化学热力学初步

化学热力学初步

【2-1】计算下列系统得热力学能变化:

（1）系统吸收了100J能量，并且系统对环境做了540J功。

（2）系统放出了100J热量，并且环境对系统做了635J功。

解：（1）U 二Q W =100J - 540J = -440J

（2）U =Q W = -100J 635J =535J

【2-2】2.0molH2 （设为理想气体）在恒温（298K）下，经过下列三种途径，从始态0.015m3膨胀到终态0.040 m3，求各途径中气体所做得功。

（1）自始态反抗100kPa的外压到终态。

（2）自始态反抗200kPa的外压到中间平衡态，然后反抗100kPa的外压到终态。

（3）自始态可逆地膨胀到终态。

解：（1）w=-p ：V=-100 0.040-0.015 =2.5kJ

（2）W2=W2 W2= - p2V2-V0 - p2V2- V2，关键是确定中间态在p2下的体积V2:

1 1

、八nRT 2.0mol 8.315（kPa L mol K ） 298K 3

V2 24.8L 0.025m

P2 200kPa

- -200 0.025-0.015 -100 0.040 - 0.025 - -3.5kJ

V20.040

（3）W3 pdV=-nRTIn」= -2.0 8.315 298ln 4861J : 4.9kJ

V1 V0.015

【2-3】在和885o C下，分解1.0molCaCO3需耗热量165kJ。试计算此过程得W、厶U和冷。

CaC03的分解反应方程式为CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）

解：CaCQs）^ CaO（s） 82（ g）

AfH；/kJ mol J —120.69 —635.1 —393.5

系统的标准摩尔焓变：QH；=[-635.1—393.5]—[—1206.9] = 178.3kJ moL

系统对环境做功：W 二-p V 二- ：nRT 二-1.0 8.315 10“ 1158 二-9.6kJ

等压热效应就是反应的焓变：.：H二Q =165kJ

内能变化值：:U =Q W =165 一9.6 =155.4kJ

【2-4】已知

(1)C(s)+O2(g)=CO2(g) &H；=-393.5kJ mol-1

1 件1

(2)H2(g)^O2(g)=H 2O(l) A rH ；=-285.9kJ mol-

(3)CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O A rH：=-890.0kJ mol-1

试求反应C(s)+2H2(g)=CH4(g)的rH m。

解：④=①+2X^—3

也r H m = A rH；+ 2也r H2e—也「日39 = —393.5 + 2x(—285.9) —(―890.0) = -75.3kJ moL 【2-5】利用附录二的数据，计算下列反应在298K时的ArH m :

3

(1)PbS(s)+ —O2(g)二PbO(s)+SO2(g)

2

(2)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)

(3)CaCO s (s)+2H+(aq)=Ca2+(aq)+CO2 (g)+H 2。(1)

(4)AgCI(s)+Br-(aq)=AgBr(s)+CI-(aq)

解: (1) PbS(s) 3O2© ^PbO(s) SO2(g)

-100 0 -219 -296.8 f H；/kJ mol」

e 3 i

A rH* =[—219—296.8] —[—100 +3x0] =—411.8kJ mol

(2)4NH s(g) 5O2(g) ^4NO(g) 6H2OQ)

-46.11 0 90.4 -285.8 也屮；/kJ mol』

9 _1

△rH m = [4 汉90.4+6 汉(一285.8)] —[4 汉(Y6.11)+5 汉0] = —1168.8kJ mol

(3)CaCO s(s) 2H (aq) Ca2 (aq) CO2© 出。(1)

9

-1206.9 0 -542.7 -393.5 -285.8 也f H m/kJ mol

A r H m = [—542.7—393.5-285.8]—[—1206.9+ 2% 0] =-15.1kJ mo「

(4)----------------------------------------- AgCl(s) Br^aq) AgBr(s) Cl 7aq)

-100 -167.2 AfHm /kJ mol J -127.1 -121

釦H * = [—100—167.2]—[—127.1—121] =—19.1kJ mol 」

【2-6】阿波罗登月火箭用N 2H 4Q )作燃料，用N 2O 4(g)作氧化剂，燃烧后产生 N 2(g)和H 20(l)。写 出配

平得化学方程式，并计算

1kg N 2H 4Q )燃烧后得.订H 氏

解：其化学方程式为：

2N 2H 4(l) N 2O 4(g)

6N 2(g) 4H 2O(l)

：f H ；/ kJ mol 1

50.6

9.16

— 285.8

也r H ； = [6x0+4x(—2858)] —[2x50.6+9.16] = —1253.56kJ mol"

【2-7】已知:

(1) 4NH 3(g) 5O 2(g) =4N0(g) 6H 2O(I) • ：rH 「=「1168.8kJ mol 」 (2) 4NH 3(g) 3O 2(g) =2N 2(g) 6H 2O(l) ：rH^ -1530.4kJ mol J

试求NO 得标准生成焓。

解：由(1)-(2)得：22© 2O 2(g) = 4N0(g),.汕16

-.汕29

两边同除以 4 得：2心©+102©^ NO(g), 4^r H ；-A H 9)

9

1

9

9

1

则 NO 的标准生成焓： A f H m = 一3屮9 — A r H 29

) =-(一118.8+1530.4) =90.4kJ mol

4 4

【2-8】已知 (1)

2NH 3 ( g ) +3NO 2 ( g ) 4N 2 (g ) +3H 2O (l ) ：rH/ =-

1010kJ/mol

(2) ------------------------------------ N 2O ( g ) +3H 2 ( g ) N 2H 4 ( l ) + H 20 ( l ) • :rH, = - 317kJ/mol

1

A

(3)

2NH 3 ( g ) + O 2 ( g ) N 2H 4 ( l ) +H 2O ( l ) TH 3 = -143kJ/mol

1

A

(4)

H 2 ( g ) + —02 ( g ) H 2O ( l )

rH 4 =- 286kJ/mol

2

试计算N2H4 (l )的标准生成焓。

解：3X ②-①得 9H 2 ( g )+4N 2( g )宀 3N 4 ( l )+2NH3 ( g ) ③-④得 2NH 3 ( g )

N^4 ( l )+ H 2 ( g )

两式相加得 8H 2 ( g )+4N 2( g ) T 4N 4( l )

由上，△ rHm= 1 [ (3八rH,- ：rH 「) + ( ：rH 『- rH /1) ]=50.5 kJ mol

4

【2-9】利用附录十的键能数据，计算下列反应的

计H l :

A

A r H m (1kg)=

-1253.56kJ 2mol

1000g 32.0g mol

--19587kJ - -19.6MJ