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）J 440J 540J 100-=-=+=∆W Q U （２）J 535J 635J 100=+-=+=∆W Q U

【2-２】２.0m ｏlH 2(设为理想气体)在恒温（２9８Ｋ）下，经过下列三种途径，从始态0.015m

３

膨胀到终态0.040 m 3，求各途径中气体所做得功。 （１)自始态反抗100k Ｐａ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１00kP ａ的外压到终态。 (3）自始态可逆地膨胀到终态。

解：（1）()kJ 5.2015.0040.01001=-⨯-=∆⋅-=V p W

（2)()()222022

222V V p V V p W W W '-''⨯''--''-=''+'=,关键是确定中间态在2p '下的体积2V ': 311220.025m L 8.24kPa

200K 298)K mol L kPa (315.8mol 0.2≈=⨯⋅⋅⋅⨯=''='--p nRT V

()()kJ 5.3025.0040.0100015.0025.02002-=-⨯--⨯-=W

(3） 4.9kJ J 4861015

.0040

.0ln 298315.80.2ln

1232

1

≈=⨯⨯-=-=-=⎰V V nRT pdV W V V 【2-3】在θ

p 和８85ｏ

C 下，分解１.0m ｏｌCaCO 3需耗热量16５kJ 。试计算此过程得

。

和、H U W ∆∆ C ａC Ｏ3的分解反应方程式为32CaCO (s)=CaO(s)+CO (g) 解:ﻩ ﻩﻩ (s)

CaCO 3(g)CO CaO(s)2+

1θ

m f m ol kJ /-⋅∆H ―120.6９ ―63５.１ ―393.5

系统的标准摩尔焓变：1

θm r m ol kJ 3.1781206.9][393.5]635.1[-⋅=----=∆H

系统对环境做功：kJ 6.9115810315.80.13

-=⨯⨯⨯-=∆-=∆-=-nRT V p W

等压热效应就是反应的焓变:kJ 165==∆Q H

内能变化值：kJ 4.1556.9165=-=+=∆W Q U 【２-4】已知

(１)θ

-1221C(s)+O (g)=CO (g)ΔrH =-393.5kJ mol ⋅

（2)θ-1

22221H (g)+

O (g)=H O(l)ΔrH =-285.9kJ mol 2

⋅ (３）θ-1

42223CH (g)+2O (g)=CO (g)+2H O ΔrH =-890.0kJ mol ⋅

试求反应24C(s)+2H (g)=CH (g)的m rH θ

∆。 解：④=①+2×②－③

1θ3r θ2r θ1r θ

m r m ol kJ 3.75)0.890()9.285(25.3932-⋅-=---⨯+-=∆-∆+∆=∆H H H H

【2－5】利用附录二的数据,计算下列反应在298K 时的m rH θ

∆： (1)223

PbS(s)+

O (g)=PbO(s)+SO (g)2

(2)3224NH (g)+5O (g)=4NO(g)+6H O(l)

(３）+2+

322CaCO (s)+2H (aq)=Ca (aq)+CO (g)+H O(l)

(４）--AgCl(s)+Br (aq)=AgBr(s)+Cl (aq)

解：(1)

(g)O PbS(s)223

+(g)SO PbO(s)2+

1θ

m f m ol kJ / 8.962 192 0 100-⋅∆---H

1θm r mol kJ 8.4110]2

3001[]8.962192[-⋅-=⨯+----=∆H

(2）(g)

O 5(g)4NH 23+O(l)6H 4NO(g)2+

1θ

m f m ol kJ / 8.285 0.49 0 11.46-⋅∆--H

1θm r m ol kJ 8.11680]5)11.46([4])8.285(64.904[-⋅-=⨯+-⨯--⨯+⨯=∆H

(3）)

aq (H 2(s)CaCO 3+

+O(l)H (g)CO (aq)Ca 222+++

1θm f m ol kJ / 285.8 5.393 542.7 0 9.1206-⋅∆----H

1θm r m ol kJ 1.150]29.1206[285.8]393.5542.7[-⋅-=⨯+-----=∆H

（４)

)aq (Br AgCl(s)-

+(aq)Cl AgBr(s)-+

1θ

m f m ol kJ / 2.167 001 121 1.127-⋅∆----H

1θ

m r m ol kJ 1.19]1211.127[]2.671001[-⋅-=-----=∆H

【2－6】阿波罗登月火箭用N 2Ｈ4(l)作燃料，用N 2O 4(g)作氧化剂,燃烧后产生N 2(g)和H ２O （l)。写出配平得化学方程式,并计算1kg N 2H 4(l ）燃烧后得θrH ∆。

解：其化学方程式为:)

g (O N (l)H 2N 4242+O(l)4H (g)6N 22+

1θ

m f m ol kJ /-⋅∆H 50.6 ９.1６ 0 -28５.8

1θm r m ol kJ 56.12539.16]50.62[)]8.285(406[-⋅-=+⨯--⨯+⨯=∆H

19.6MJ kJ 19587m ol 32.0g 1000g

2m ol 1253.56kJ )kg 1(1

θm r -=-=⋅⨯-=

∆-H

【2-7】已知:

（1）132214()5()4()6()1168.8NH g O g NO g H O l rH kJ mol θ

-+=+∆=-⋅

（2）13222

24()3()2()6()1530.4NH g O g N g H O l rH kJ mol θ-+=+∆=-⋅

试求NO 得标准生成焓。

解：由(1)－(2)得: )g (O 2(g)2N 22+θ2r θ1r 4NO(g)H H ∆-∆，

两边同除以4得：)

g (O (g)N 222121+)( NO(g)θ

2r θ1r 4

1H H ∆-∆， 则ＮＯ的标准生成焓:1θ

2r θ1r θ

m f mol kJ 4.90)4.15308.118(4

1)(41-⋅=+-=∆-∆=∆H H H 【2-８】已知

（1）2NH 3(g ）+3N Ｏ2(ｇ)4N 2(g ）+3H ２O （l ）1rH θ

∆＝﹣10１0kJ/mol

（2）N 2O ( g ) ＋3Ｈ2 ( g )

N 2H 4 ( ｌ ） + H 20 （ l ） 2rH θ

∆=﹣３17kJ/mol

(3）2NH 3 ( g ) ＋

1

2Ｏ2 ( g )N 2Ｈ4 ( ｌ ) ＋H ２O （ l ) 3rH θ

∆＝－143kJ/mo ｌ (４）H 2 ( ｇ ） + 1

2

O 2 ( ｇ )

Ｈ2O （ ｌ ） 4rH θ

∆＝﹣２８6kJ/mol

试计算N2H4（l)的标准生成焓。

解：3×

② -① 得 9Ｈ2 ( ｇ ）+4Ｎ2( ｇ )→3N 2Ｈ４ （ l )+2N Ｈ3 ( g ) ﻫ ③－④ 得 2N Ｈ３ ( ｇ ） →Ｎ2H 4 ( l )+ H 2 ( ｇ ) ﻩﻫ两式相加得 8H 2 ( g )+4N ２（ ｇ )→4N ２Ｈ4( l )ﻩﻫ由上,△r Ｈｍ=

14

[（3×2rH θ∆-1rH θ∆）＋ (3rH θ∆- 4rH θ

∆)]=５0.5 kJ·mol -1