大学普通化学课后作业第一章

76.06
205.03
Θ ∆ r S m (298.15 K ) = 205.03 ×1/ 2 + 76.06 − 70.29
= 108.2 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1
要使反应自发进行，则
Θ Θ Θ ∆ r Gm = ∆ r H m (298.15K ) − T ∆ r Sm (298.15 K ) < 0
△rHm=-163.0kJ/mol
㊀
Θ ∆ r S m (298.15K ) = 2 × 210.65 − 205.03 − 2 × 191.5
= −165.8 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1
要使反应自发进行，则
Θ Θ Θ ∆ r Gm = ∆ r H m (298.15 K ) − T ∆ r S m (298.15K ) < 0
Θ ∆ f H m (kJ / mol )
Baidu Nhomakorabea
2Fe2O3 (s)+3C(s) = 4Fe(s) + 3CO2 (g) -824.2 0 87.4 5.74
= −467.9kJ / mol
Θ Sm ( J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 )
0 –393.5 27.28 213.64
Θ ∆ r H m (298.15K ) = 3 × (−393.5) + 0 − 0 − 2 × (−824.2)
2.影响化学反应进行方向的主要因素有哪些？ 自由能判据使用的条件是什么？ 答：影响化学反应进行方向的主要因素有：反 应的焓变、反应的熵变、温度。 自由能判据使用的条件是：对于封闭体系，在 恒温、恒压和只做体积功的条件下。 3.影响化学平衡的主要因素有哪些？ 答：影响平衡移动的主要因素：反应的温度、 压力和物质的浓度等
Θ ∆ r Gm (T ) = − RTInK Θ
则
Θ Θ ∆ r H m ( 298.15 K ) ∆ r S m ( 298.15 K ) + = InK Θ − RT R
131.3kJ / mol 133.67 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 + = In10 −1 −1 −3 −1 −1 −8.314 J ⋅ mol ⋅ K ×10 × T 8.314 J ⋅ mol ⋅ K
C(s) + H2O (g)=CO(g) + H2 (g)
Θ ∆ f H m ( kJ / mol )
0
-241.82
–110.52 0 197.56 130.574
Θ Sm ( J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 )
5.74 188.72
Θ ∆ r H m ( 298.15 K ) = −110.52 − (−241.82) = 131.3kJ / mol
10. 分析下列反应的熵值是增加还是减少？ (1) O2(g)+ 2CO (g) = 2CO2 (g) (2) 2NO2(g) =N2O4(g) (3) 2H2O2(l) = 2H2O (l) +O2(g) (4) A2(s) + B2(g)= 2AB(g) 解： (1)反应前气体分子数多于反应后的气体分 子数，因此反应的熵值减少； (2)反应前气体分子数多于反应后的气体分子数， 因此反应的熵值减少；
Θ Sm ( J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 )
㊀
Θ ∆ r H m = −163.0kJ / mol
Θ ∆ r H m = −127 kJ / mol
Θ ∆ r H m = 91kJ / mol
Θ ∆ r H m = −196kJ / mol
(1) 2N2(g)+O2 (g) =2NO2(g) 191.5 205.03 210.65
= −71.66kJ / mol
(2) CuO(s) + H2(g)=Cu(s) + H2O(g) △fHm/kJ/mol
㊀
-157.3
0
0
-241.82
Θ Θ Θ Θ Θ ∆rHm (298.15K) = [∆f Hm ( Cu, s) +∆f Hm ( H2O, g)] −[∆f Hm ( H2, g) +∆f Hm ( CuO, s)]
−163.0kJ / mol − T × (−165.8 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 ) × 10−3 < 0
T < 983.1K
Θ (2) Ag (s)+ 1/2Cl2(g) = AgCl(s) ∆rH m = −127kJ / mol
Θ Sm ( J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 )
42.55
222.96
96.2
Θ ∆ r Sm (298.15 K ) = 96.2 − 222.96 ×1/ 2 − 42.55
= −57.83 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1
要使反应自发进行，则
Θ Θ Θ ∆ r Gm = ∆ r H m (298.15 K ) − T ∆ r S m (298.15K ) < 0
d '
c
Q 称为反应商。如果参与反应的为气体，则 以相对分压P/P 表示。
㊀
Q=K Q<K Q>K
系统处于平衡状态， 反应向正方向自发进行， 反应向逆方向自发进行，
5.试计算下列情况的热力学能变化。 (1)体系吸收热量500J，对环境做功400J. (2)体系吸收热量500J ，环境对体系做功800J。 解：由热力学第一定律
㊀
△ 解：Qv=1mol× rUm
㊀
Qv=–82.7J
由 Qp= △H
㊀ ㊀ ㊀
△rUm =–82.7J/mol 得:
㊀
根据热力学第一定律： △U=Q+W ，
△rHm = △rUm ＋ △nRT △rHm = –82.7J/mol + (-2) ×8.314 J·mol-1 ·K-1 × 298K = – 4955.14J/mol
第 1章
热力学基础
1.什么叫体系、环境?在敞口容器里进行的化学 反应是什么体系？ 答：体系：被划出来作为研究对象的这部分物体 或空间称为体系。 环境：体系以外的部分。环境通常是指与系统 有相互影响的有限部分。 敞开体系。 在敞口容器里进行的化学反应是敞开体系。因为 敞开体系 反应体系与环境既有物质交换，又有能量交换。
−467.9kJ / mol − T × 558 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 ×10−3 < 0
所以，该反应在任何温度下都能够自发进行。
13. 如果下列反应：C(s) + H2O (g)=CO(g) + H2 (g) 的标准 平衡常数为10，试求该反应达到平衡时的温度。
Θ Θ 解：查表得298K时各物质的 ∆ f H m 和 Sm
Θ Θ Θ Θ Θ ∆rHm (298.15K) = [∆ f Hm ( NO, g ) + 2∆ f Hm ( HNO3, l )] −[∆ f Hm ( H2O, l ) + 3∆ f Hm ( NO2 , g )]
= [90.25 + 2 × (−174.10)] − [−285.83 + 3 × 33.18]
7. 查表求298K及标准状态下，下列反应的反应热。 (1)3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(l)+NO(g) (2)CuO(s)+H2(g)=Cu(s)+H2O(g) 解：查表得298K时各物质的△fHm (1) △fHm/kJ/mol
㊀
㊀
3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(l)+NO(g) 33.18 -285.83 -174.10 90.25
Θ ∆ r S m (298.15 K ) = 3 × (213.64) + 4 × 27.28 − 3 × 5.74 − 2 × 87.4
= 558J ⋅ mol −1 ⋅ K −1
要使反应自发进行，则
Θ Θ Θ ∆ r Gm = ∆ r H m (298.15 K ) − T ∆ r S m (298.15 K ) < 0
㊀ ㊀ ㊀ ㊀
㊀
△rHm.2=-140kJ/mol △rHm.3=-571.6kJ/mol
㊀
㊀
= [–414.8 –(–140) ]×2–(–571.6) =22kJ/mol
9. 已知下列反应中前三个反应的热效应分别为27.6 kJ/mol，-58.58kJ/mol，38.07kJ/mol，求第四个 反应的热效应： Fe2O3 (s)+3CO (g)=2Fe(s)+ 3CO2 (g) Fe3O4(s) +CO (g) = 3FeO (s) + CO2 (g) FeO (s)) +CO (g) = Fe(s)+ CO2 (g) 解：对已知反应方程式进行运算 （4）＝ [(1)×3–(3)×2 – (2)]÷6 根据盖斯定律： Q(4)＝ [Q(1) × 3–Q(3)×2- Q(2)]÷6= –16.7 kJ/mol （1） （3） （4） 3Fe2O3 (s) +CO (g) = 2Fe3O4(s) + CO2 (g) （2）
T = 1146 K
14. 在308K和总压强为101.3kPa时，N2O4有27.2％分解为 NO2。 (1)计算反应的N2O4(g)=2 NO2 (g)的 K ；
㊀
(2)计算308K，总压强增加1倍时，N2O4的离解百分率； (3)从计算结果说明压强对平衡移动的影响。 解： （1）设反应前N2O4的物质的量为100mol。 平衡时N2O4的物质的量为100mol×(1- 27.2％)=72.8mol， 平衡时NO2的物质的量为2×100mol×27.2％=54.4mol。 平衡时N2O4的分压 P = P × nNO2 = 101.3kPa × 54.4 NO2 总 127.2 n总 n 平衡时NO2的分压 PN O = P总 × N2O4 = 101.3kPa × 72.8 2 4 127.2 n总
−127.0kJ / mol − T × (−57.83 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 ) × 10−3 < 0
T < 2196.1K
(3) HgO (s) = Hg(l)+1/2O2 (g)
Θ Sm ( J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 )
Θ ∆rH m = 91kJ / mol
70.29
△U = Q － w代入已
知数据得： (1) △U = 500J - 400J =100J (2) △U = 500J – (-800J) =1300J
6.反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) 在恒容量热器中进 行，生成2molNH3时放热82.7J，求反应的 rUm 和 △
㊀
298K时反应的△rHm 。根据
= −241.82 − (−157.3) = −84.5kJ / mol
8. 已知下列热效应： (1) N2(g)+3O2(g) +H2(g)=2HNO3(aq) △rHm.1=-414.8kJ/mol (2) N2O5 (g)+ H2O(l) = 2HNO3(aq) (3) 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O(l) 求下列反应的热效应: (4) N2(g)+ 5O2 (g) = 2N2O5 (g) 解：对以上四个方程式进行进行计算 (4)＝[ (1) –(2) ]×2–(3) 根据盖斯定律： △rHm.4 = [△rHm.1 –△rHm.2 ]×2–△rHm.3
4.什么是化学反应的反应商？如何应用化学反 应商和平衡常数的关系来判断化学反应进行的方向 及化学平衡移动的方向？
aA 答：对于反应： (aq ) + bB(aq ) = cC (aq) + dD(aq )
[D ] 在任一状态时： Θ C Q= [ A ]' Θ C
'
[C ] Θ C a ' b [B ] Θ C
(3)反应前气体分子数少于反应后的气体分子数， 因此反应的熵值增加； (2)反应前气体分子数少于反应后的气体分子数， 因此反应的熵值增加。
11. 试分析下列反应自发进行的温度条件： (1) 2N2(g)+O2 (g) =2NO2(g) (2) Ag (s)+ 1/2Cl2(g) = AgCl(s) (3) HgO (s) = Hg(l)+1/2O2 (g) (4) 2H2O2(l) = 2H2O (l) +O2(g) 解：查表得298K时各物质的Sm
Θ ∆ r S m ( 298.15 K ) = 130.574 + 197.56 − 188.72 − 5.74 = 133.67 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1
根据
Θ Θ Θ ∆ r Gm (T ) = ∆ r H m ( 298.15 K ) − T ∆ r S m ( 298.15 K )
91.0kJ / mol − T × (108.2 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 ) ×10−3 < 0
T > 841K
12. 查表求下列反应：2Fe2O3 (s)+3C(s) = 4Fe(s) + 3CO2 (g) 在什么温度下能够自发进行？
Θ Θ 解：查表得298K时各物质的 ∆ f H m 和 Sm