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1、第一章第一章 化学反应中的能量关系化学反应中的能量关系 1) 某理想气体对恒定外压(93.1kPa)膨胀，其体积从 50L 变化至 150L，同时吸收 6.48kJ 的热 量，试计算内能的变化。 解：U = Q + W , Q = 6.48 kJ W = p外(V2V1) = 93.31 103Pa (15050) 103m3 = 9.331kJ U = (6.489.331)kJ =2.851kJ 内能的变化为2.851kJ 2) 已知下列热化学方程式： Fe2O3(s) + 3CO(g) = 2Fe(s) + 3CO2(g), Qp=27.6kJmol-1 Fe2O3(s) + CO(g)
2、 = 2Fe3O4(s) + CO2(g), Qp=58.6kJmol-1 Fe3O4(s) + CO(g) = 3FeO(s) + CO2(g), Qp=38.1kJmol-1 不用查表，计算下列反应的 Qp：FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g) (提示：根据盖斯定律，利用已知反应方程式，设计一循环，消去 Fe2O3和 Fe3O4，而得到 所需反应方程式。) 解：若以、分别表示所给的化学方程式， 根据盖斯定律，设计一循环： 613 2 可得下列方程：FeO(s) + CO(g) =Fe(s) + CO2(g) 该反应的 Qp = 61 3 (27.6)(58.6)2
3、38.1kJmol-1 =16.7 kJmol-1 3) 试用书末附录 1 提供的标准摩尔生成焓mfH数据，计算下列反应的mrH。 CaO(s) + SO3(g) + 2H2O(l) = CaSO42H2O(s) C6H6(l) + 721O2(g) = 6 CO2(g) + 3H2O(l) 2Al(s) + Fe2O3(s) = 2Fe(s) + Al2O3(s) 解： CaO(s) + SO3(g) + 2H2O(l) = CaSO42H2O(s) mfH/ kJmol1635.5 395.26 285.85 2021.12 mrH= mfH( CaSO42H2O,s) mfH(CaO,s
4、)mfH(SO3,g) 2mfH(H2O,l) = (2021.12) (635.5)(395.26) 2 (285.85) kJmol1=418.66 kJmol1 C6H6(l) + 721O2(g) = 6 CO2(g) + 3H2O(l) mfH/ kJmol149.04 0 393.51 285.85 mrH= 6mfH(CO2,g) +3mfH(H2O,l) mfH(C6H6,l) = 6 (393.51) +3 (285.85)49.04 kJmol1=3267.65 kJmol1 2Al(s) + Fe2O3(s) = 2Fe(s) + Al2O3(s) mfH/ kJmol1
5、0 822.2 0 1669.79 mrH=mfH( Al2O3,s) mfH( Fe2O3,s) = (1669.79)(822.2) kJmol1=847.59 kJmol14) 判断下列反应或过程中熵变的数值是正值还是负值。 2C(g) + O2(g) = 2CO(g) 2NO2(g) = 2NO(g) + O2(g) Br2(l) = Br2(g) 解: 气体分子数增大的反应，熵变增大 气体分子数增大的反应，熵变增大 同一物质气态的熵值大于液态，该反应熵变增大 5)利用书末附录 1 所提供的mfG数据计算下列反应的mrG， 并判断这些反应能否自发进行。 SiO2(s,石英) + 4 H
6、Cl(g) = SiCl4 (g) + 2H2O(g) CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) Fe2O3(s) + 3CO（g） = 2Fe（s） + 3CO2(g) 解： SiO2(s,石英) + 4 HCl(g) = SiCl4 (g) + 2H2O(g) mfG/ kJmol1805.0 95.27 569.9 228.59 298m,rG=mfG( SiCl4,g) +2mfG(H2O,g)mfG(SiO2,石英)4mfG(HCl,g) = (569.9)+2 (228.59)(805.0)4 (95.27) kJmol1= 159.0 kJmol1 0 各物
7、质在标准状态下，反应不能正向进行。 CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) mfG/ kJmol1137.30 228.59 394.38 0 298m,rG=mfG(CO2,g)mfG(CO,g)mfG(H2O,g) = (394.38)(137.30)(228.59) kJmol1=28.49 kJmol10 或者1m,rG= 2mfG(H2O, g) + mfG(Mn,s) mfG(MnO2,s) 2mfG(H2,g) =2 (228.59) (466.1) kJmol1= 8.92 kJmol1 0 MnO2(s) + 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g
8、) mfH/ kJmol1520.9 0 0 110.54 mS/ Jmol1 K153.1 5.69 31.76 198.01 mfG/ kJmol1466.1 0 0 137.30 2m,rH= 2mfH(CO, g) + mfH(Mn,s) mfH(MnO2,s) 2mfH(C,g) = 2 (110.54) (520.9) kJmol1= 299.82 kJmol12m,rS= 2 mS( CO, g) + mS(Mn,s) mS(MnO2,s) 2 mS( C,g) =2 198.01 + 31.7653.12 5.69 Jmol1 K1=363.3 Jmol1 K12m,rG=2m
9、,rHT 2m,rS= (299.82298 363.3 103) kJmol1= 191.56 kJmol1 0 或者 2m,rG= 2mfG(CO, g) + mfG(Mn,s) mfG(MnO2,s) 2mfG(C,g) =2 (137.30) (466.1) kJmol1= 191.5 kJmol1 0 以上两反应在 25和 100kPa 下均不能正向进行。 要使反应能够正向进行，则必须mrHT mrSmrmr SH T1 31096.9437.22K= 391.95 K T2 310 363.382.299K= 825.3 K 故从温度考虑，第一种方法较好。 8) 反应 C2H4（g
10、）+ H2（g）= C2H6（g） mrH= 136.98kJmol-1，mrS= 120.66Jmol-1K-1， 试求该反应在 25时的mrG，并指出该反应在 25、100kPa 下能否自发进行。 解：mrG=mrHTmrS= 136.98298 (120.66) 103 kJmol1=101.02 kJmol10 该反应在 25、100kPa 下不能自发进行。 mrH 0, mrS0 , 若使上述反应正向进行，即mrG=mrHTmrSmrmr SH= 10 189.13401.923-K=2125 K 10) 利用附录 1 所提供的数据，计算下列反应在 298K 时的mrH和mrG。 C
11、uS(s) + H2(g) Cu(s) + H2S(g) 求该反应在 1000K 时的mrG。 解：解： CuS(s) + H2(g) Cu(s) + H2S(g) mfH/ kJmol 48.5 0 0 20.17 mfG/ kJmol148.9 0 0 33.05 mS/ Jmol1 K166.5 130.70 33.30 205.88 mrH=mfH(H2S,g) +mfH(Cu,s)mfH(CuS,s)mfH(H2,g) = (20.17)(48.5) kJmol1= 28.33 kJmol1mrG=mfG(H2S,g) +mfG(Cu,s)mfG(CuS,s)mfG(H2,g) =
12、(33.05)(48.9) kJmol1= 15.85 kJmol1 mrS= mS(H2S,g) + mS(Cu,s) mS(CuS,s) mS(H2,g) = 205.88+33.3066.5130.70Jmol1 K1=41.98 Jmol1 K1或者 mrS(298K) = 298mrmrGH=29810)85.1533.28(3= 41.88 Jmol1 K11000 K 时 mrG(1000K) =mrH(298) TmrS= 28.331000 41.98103 kJmol1=13.65 kJmol111) 金属镍在一定条件下可以与 CO 生成 Ni(CO)4 (四羰基镍) Ni
13、(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g)。 据此可进行镍的提纯。过程是：在一定温度下以 CO 通过粗镍，生成 Ni(CO)4，在另一温度 下 Ni(CO)4分解为纯镍及 CO。试计算在 100kPa，Ni(CO)4的生成和分解温度。 （已知：Ni(CO)4(g)的mfH=602.3 kJmol-1， mS= 401.7 Jmol-1K-1。Ni(s)的 mS= 29.9 Jmol-1K-1，其他有关数据可查表) 解： Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) mfH/ kJmol 0 110.54 602.3 mS/ Jmol1 K129.9 198.01 401.7 mrH=mfH(Ni(CO)4,g)mfH(Ni,s)4mfH(CO,g) =602.34 (110.54) kJmol1=160.14 kJmol1mrS= mS(Ni(CO)
