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1、第三章 化学反应系统热力学习题及答案3.1 标准热化学数据（P126）1. 所有单质的 (T)皆为零？为什么？试举例说明？答：所有处于标准态的稳定单质的 (T) 皆为零，因为由稳定单质生成稳定单质的状态未发生改变。如：单质碳有石墨和金刚石两种， (298.15K,石墨)=0，而 (298.15K,金刚石)=2.9 kJmol-1 (课本522页)，从石墨到金刚石状态要发生改变，即要发生相变，所以 (298.15K,金刚石)不等于零。2. 化合物的标准生成热(焓)定义成：“由稳定单质在298.15K和100KPa下反应生成1mol化合物的反应热”是否准确？为什么？答：标准生成热(焓)的定义应为：
2、单独处于各自标准态下，温度为T的稳定单质生成单独处于标准态下、温度为T的1mol化合物B过程的焓变。此定义中（1）强调压力为一个标准大气压，而不强调温度；（2）变化前后都单独处于标准态。3. 一定温度、压力下，发生单位化学反应过程中系统与环境交换的热Qp与化学反应摩尔焓变是否相同？为什么？答： 等压不作其他功时（W=0），数值上Qp=。但Qp 是过程量，与具体的过程有关；而是状态函数，与过程无关，对一定的化学反应有固定的数值。如将一个化学反应至于一个绝热系统中，Qp为零，但有确定的数值。3.2 化学反应热力学函数改变值的计算（P131）1. (T)、(T)、(B,相态,T)各自的含义是什么？答
3、：(T)： 温度为T，压力为P，发生单位反应的G；(T)：温度为T，压力为P，发生单位反应的G；(B,相态,T)：温度为T，压力为P，由各自处于标准状态下的稳定单质，生成处于标准态1mol化合物反应的G。2. 25时，H2O(l)及H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为-285.838 kJ mol-1及-241.825 kJ mol-1。计算水在25时的气化焓。解：Hm=fHm(H2O,g)- fHm(H2O,l)=-241.825-(-285.838)=44.01 kJmol-13用热化学数据计算下列单位反应的热效应(298.15K)。 (1) 2CaO(s)+5C(s,石墨)2CaC2(s)
4、+CO2(g) (2) C2H2(g)+H2O(l)CH3CHO(g) (3) CH3OH(l)+O2(g)HCHO(g)+H2O(l)解： (1) 2CaO(s)+5C(s,石墨)2CaC2(s)+CO2(g)fHm(kJmol-1)： -635.09 0 59.8 -393.509 rHm(298.15K)=2fHm(CaC2(s) + fHm(CO2(g) - 2fHm(CaO(s) - 5fHm(C(s)=2(-59.8)+(-393.509) - 2(-635.09) - 0=757.07 kJmol-1(2) C2H2(g)+H2O(l)CH3CHO(g)cHm(kJmol-1)：
5、 -1300 0 -1193rHm(298.15K)= cHm(C2H2(g)+ cHm(H2O(l)- cHm(CH3CHO(g)=-1300-(-1193)=-107 kJmol-1注：C2H2(g)和CH3CHO(g)的cHm数值本书未给出，是从其它物理化学书中查到的。(3) CH3OH(l)+O2(g)HCHO(g)+H2O(l)fHm(298.15K)： -238.66 0 -115.9 -285.83rHm(298.15K)=fHm(HCHO(g)+fHm(H2O(l)-fHm(CH3OH(l)-(1/2)fHm(O2(g) =-115.9+(-285.83)-(-238.66)=
6、 -163.16 kJmol-14利用附录表中 (B,相态,298.15 K)数据，计算下列反应的 (298.15K)及 (298.15K)。假定反应中各气体物质可视为理想气体。 (1) H2S(g) + 3/2O2(g) H2O(l) + SO2(g) (2) CO(g) + 2H2(g) CH3OH (l) (3) Fe2O3(s) + 2Al(s) Al2O3() + 2Fe (s)解：=+B(g)RT。 【因为H=U+PV，H=U+(PV)=U+(ngRT)= U+RTng，对一定温度压力下的化学反应则有：=+ B(g)RT】(1) H2S(g) + 3/2 O2(g) H2O (l)
7、 + SO2(g)=fHm(SO2(g)+fHm(H2O(l)- fHm(H2S(g)-3/2fHm(O2(g)=-296.83+(-285.83)-(-20.63)-0=-562.03 kJmol-1=+ B(g)RT=-B(g)RT= -562.03+(3/2)8.314298.1510-3 = -558.3 kJmol-l (2) CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)，=(-238.66)-(-110.525)=-128.14 kJmol-1， =-B(g)RT=(-128.14)-(-3) 8.314298.1510-3 = -120.7 kJmol-l(3) Fe2O3(s)+2
8、Al(s)Al2O3()+2Fe(s)，=(-1675.7)-(-824.2)= -851.5 kJmol-l， =-B(g)RT= -851.5 kJmol-l5计算在无限稀的溶液中发生下述单位反应的热效应。已知标准摩尔生成焓数据(单位是kJ mol-1)：H2O(l),-285.83；AgCl(s),-127.07；Na+,-329.66；K+,-251.21；Ag+,-105.90；NO3-,-206.56；Cl-,-167.46；OH-,-229.94；SO42-,-907.51。 (1) NaCl(,aq)+KNO3(,aq) (2) NaOH(,aq)+HCl(,aq)(3) 1/
9、2Ag2SO4(,aq)+NaCl(,aq)解：(1) 实质上是：Na+Cl-+K+NO3-Na+Cl-+K+NO3-，没有化学反应，所以=0(2) 实质上是：OH-(,aq)+H+(,aq)H2O(l)，=fHm(H2O(l)- fHm(H+(,aq)- fHm(OH-(,aq )=-285.83-0-(-229.94)=-55.89 kJmol-1(3) 实质上是：Ag+(,aq)+Cl-(,aq)AgCl(s)， =(-127.07)-(-105.9)-(-167.46)=146.29 kJmol-16(1) CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (298.15K)
10、=-41.2 kJmol1 (2)CH4(g) + 2H2O(g) CO2(g) + 4H2(g) (298.15K)=165.0 kJmol1反应 CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 4H2(g) 为 (2)-(1)：则：(298.15K) = 165.0-(-41.2) = 206.2 kJmol17解：CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g) (298.15K) = 4(C-H)+(Cl-Cl)-3(C-H)-(C-Cl)-(H-Cl) =414.63+242.7-328.4-430.95= -102.02 kJmol1 C2H6(g) C2H4(g
11、) + H2(g) (298.15K) = 6(C-H)+(C-C)-(H-H)-4(C-H)-(C=C) =2414.63+347.7-435.97-606.7 = 134.29 kJmol18. 由以下数据计算2,2,3,3四甲基丁烷的标准生成热。已知：H(g)=217.94 kJ mol-1，C(g) =718.38 kJ mol-1，C-C=344 kJ mol-1，C-H= 414 kJ mol-1。解：2,2,3,3四甲基丁烷的结构式如下：【含有7个C-C键和18个C-H键】9H2(g)+8C(s,石墨)C8H18， =(C8H18) 【相当于9个H2(g)变成18个H(g)原子，
12、8个C(s,石墨)变成8个C(g)原子后（此时打开键需要吸收一定的能量），然后再组合成C8H18（放出一定的能量）。】所以，(C8H18)=18H(g)+8C(g) (7C-C +18C-H)=18217.94+8718.38-7344 -18414= -190.04 kJmol-19. 将0.005kg的正庚烷放入弹式量热计内通氧燃烧，反应的结果使量热计量温度上升2.94 K，已知量热计总的热容量为8175.54 J K-1，开始时的平均温度为298.15 K。求298.15 K时燃烧的H值。解：反应方程式为 C7H16(l)+11O2(g)=7CO2(g)+8H2O(l) MC7H16=
13、100 g/mol总热量：QV=-2.948175.54=-24036.1 J，因为QV=UUm=-24036.1/0.05= -480.72 kJmol-1Hm=Um+B(g)RT = -480.72+(7-11)8.314298.1510-3= -490.6 kJmol-110. 在291-333K温度范围内，下述各物质的Cp,m /(J K-1 mol-1)分别为： CH4(g)：35.715； O2(g)：29.36； CO2(g)：37.13； H2O(l)：75.30；在298.2K时，反应 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)的恒压反应热效应为 -890.34
14、 kJ mol-1。求333K时该反应的恒容反应热效应为多少？解： (333K)=(298.2K)+=-890.34+=-890.34+93.295(333-298.2)10-3= -887.1 kJmol-1rUm(333K)=rHm(333K)-B(g)RT= -887.1-(1-3)8.31433310-3= -881.6 kJmol-1 3.3 化学反应的自发方向和限度（P136） 1. 在等温、等压下，一个化学反应之所以能自发进行，是由于反应物的化学势总和大于产物的化学势总和，那么为什么反应总不能进行到底？而要达到平衡态？答：因为物质分子在反应过程中不可能总是处于各自的纯态，反应中会发生混合，混合使体系的Gibbs自由能降低，这样在反应过程中在G曲线上会出现极小值，而达到平衡，使反应不能进行到底。2. 能否用0、0、0来判断反应的方向？为什么？答： 可以，但条件是反应中所有物质均处于各自的标准态，且不相互混合。3.
