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1、第第 3 3 章章 化学热力学基础习题及全解答化学热力学基础习题及全解答1状态函数的含义及其基本特征是什么？T、p、V、U、H、G、S、G、Qp、Qu、Q、W、We 最大中 哪些是状态函数？哪些属于广度性质？哪些属于强度性质？答：答：状态函数的含义就是描述状态的宏观性质，如 T、p、V、n、m、等宏观物理量，因为体系的宏观性质与体系的状态之间存在对应的函数关系。状态函数的基本特点如下：1）在条件一定时，状态一定，状态函数就有一定值，而且是唯一值。2）条件变化时，状态也将变化，但状态函数的变化值只取决于始态和终态，与状态变化的途径无关。3）状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。其中 T、
2、p、V、S、G 是状态函数，T、p 属于强强度性质，V、S、G 属于广广度性质。 2下列叙述是否正确？试解释之。 （1）Qp=H，H 是状态函数，所以 Qp也是状态函数； （2）化学计量数与化学反应计量方程式中各反应物和产物前面的配平系数相等； （3）标准状况与标准态是同一个概念； （4）所有生成反应和燃烧反应都是氧化还原反应； （5）标准摩尔生成热是生成反应的标准摩尔反应热； （6）H2O（l）的标准摩尔生成热等于 H2（g）的标准摩尔燃烧热； （7）石墨和金刚石的燃烧热相等； （8）单质的标准生成热都为零； （9）稳定单质的fHm、Sm、fGm均为零； （10）当温度接近绝对零度时，所有放
3、热反应均能自发进行。 （11）若rHm和rSm都为正值，则当温度升高时反应自发进行的可能性增加； （12）冬天公路上撒盐以使冰融化，此时rGm值的符号为负，rSm值的符号为正。 答：答： （1）错。虽然 H 是状态函数，H 并不是状态函数，所以 Qp当然不是状态函数； （2）错。因为反应物的化学计量数为负，与反应计量方程式中反应物前面为正的系数不相等； （3）错。如气体的标准状况是指 0和 101.325KPa 条件，而标准态对温度没有限定； （4）错。如由石墨生成金刚石的生成反应就不是氧化还原反应； （5）对。因某物质的标准摩尔生成热是由某物质生成反应的标准摩尔反应热而命名的； （6）对。因
4、 H2O（l）的生成反应与 H2（g）的燃烧反应是同一个反应； （7）错。因石墨和金刚石的燃烧反应虽最终产物相同，但反应的始态不同； （8）错。因为只有稳定单质的标准生成热才为零； （9）错。因为只有稳定单质的fHm、fGm为零，而稳定单质的 Sm 在一般条件下并不为零； （10）对。因为当温度接近绝对零度时，反应熵变趋近于零，反应热为影响反应自发的唯一因素； （11）对。因rHm和rSm都为正值，说明是吸热的、有可能自发的反应，升温有利； （12）对。因冰融化变水了，说明乃混乱度增大的自发过程，rGm值必为负，rSm值必为正。 31 mol 气体从同一始态出发，分别进行恒温可逆膨胀或恒温不可
5、逆膨胀达到同一终态，因恒温可逆膨胀 对外做功 Wr大于恒温不可逆膨胀对外做的功 Wir，则 QrQir。对否？为什么？ 答：答：对。 因为从同一始态到同一终态，热力学能变相同，根据热力学第一定律，因恒温可逆膨胀对外做功 Wr 大于恒温不可逆膨胀对外做的功 Wir，则恒温可逆膨胀从环境吸收的热 Q 必大于恒温不可逆膨胀从环境吸 收的热 Qir。 4有人认为，当体系从某一始态变至另一终态，无论其通过何种途径，而G 的值总是一定的，而且如 果做非体积功的话，G 总是等于 W。这种说法对吗？ 答：答：不对。 因为从同一始态到同一终态，虽然G 的值总是一定的，但途径不同，做非体积功的大小不同，一般 不可
6、逆过程的非体积功 W小于G，只有可逆过程的非体积功 W才等于G。 5. 一体系由 A 态到 B 态，沿途径 I 放热 120J，环境对体系做功 50J。试计算： （1）体系由 A 态沿途经到 B 态，吸热 40J，其 W 值为多少？ （2）体系由 A 态沿途经到 B 态对环境做功 80J，其 Q 值为多少？ 解：解：根据热力学第一定律 U=Q+W= 120+50= 70(J) 则，途经： W= UQ=7040=110(J) 途经： Q = UW =70（80）10（J） 6在 27时，反应 CaCO3(S)=CaO(S)+ CO2(g)的摩尔恒压热效应 Qp=178.0kJmol-1，则在此温
7、度下其摩尔 恒容热效应 Qv为多少？ 解：解：根据 Qp与 Qv的关系式 Qp,mQv,mngRTQv,mQp,mngRT178.0(10)8.314300103175.5(kJmol1) 7在一定温度下，4.0mol H2(g)与 2.0mol O2(g)混合，经一定时间反应后，生成了 0.6mol H2O(l)。请按下列两个不同反应式计算反应进度。（1）2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l)（2）H2(g)+O2(g)=H2O(l)21解：解： （1）2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)t=o 4.0mol 2.0mol 0molt=t (4.00.6)mol (2.00.3)
8、mol 0.6mol= =0.3（mol） )()(22 HHn )()(22 OOn )()(22 OHOHn 2)0 . 44 . 3( 1)0 . 27 . 1 ( 2)06 . 0(（2）H2(g) + O2(g) H2O(l)21t=o 4.0mol 2.0mol 0molt=t (4.00.6)mol (2.00.3)mol 0.6mol= =0.6（mol） )()(22 HHn )()(22 OOn )()(22 OHOHn 1)0 . 44 . 3( 2/1)0 . 27 . 1 ( 1)06 . 0(=0.6（mol） 8已知（1）Cu2O(s)+O2(g) 2CuO(s)
9、 rHm（1）=-143.7kJmol-121（2）CuO(s)+Cu(s) Cu2O(s) rHm（2）=-11.5kJmol-1 求fHmCuO(s)。解：解：因为(1)+(2)式，得 Cu(S)+ ) 3()()(212SCuOgO（3）式恰好是的生成反应，其反应热为的生成热，根据 Hess 定律及其推论：因为(1)+(2)(SCuO)(SCuO =(3)故=+=(-143.7)+(-11.5)=-155.2(kJ mol-1)(SCuOHmf1 ,mrH2,mrH9有一种甲虫，名为投弹手，它能用由尾部喷射出来的爆炸性排泄物的方法作为防卫措施，所涉及到的 化学反应是氢醌被过氧化氢氧化生成
10、醌和水： C6H4（OH）2（aq）+H2O2（aq） C6H4O2（aq）+2H2O（1） 根据下列热化学方程式计算该反应的rHm。 （1）C6H4(OH)2(aq)C6H4O2(aq)+H2(g) rHm（1）=177.4kJmol-1 （2）H2(g)+O2(g)H2O2(aq) rHm（2）=-191.2kJmol-1（3）H2(g)+O2(g)H2O(g) rHm（3）=-241.8kJmol-121（4）H2O(g)H2O(1) rHm（4）=-44.0kJmol-1 解：解：因（1）（2）2(3)+(4)式= 氢醌被过氧化氢氧化生成醌和水的反应，根据赫斯定律，故该反应 的标准反应
11、热为： rHm=rHm（1）rHm（2）+2rHm（3）+rHm（4） =177.4 kJmol-1(-191.2) kJmol-1+2(-241.8)kJmol-1+(-44.0)kJmol-1=585.4 kJmol-1 10利用附表中 298.15K 时有关物质的标准生成热的数据，计算下列反应在 298.15K 及标准态下的恒压热 效应。 （1）Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) （2）4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(1) 解：解：查表，将有关物质的标准生成热的数据代入反应热的计算公式 （1）rHm（298K）= 3fHmFeO(s) +fH
12、mCO2(g) fHmFe3O4(s)fHmCO(g) =3(272)+(393.51)(1118)(110.52)=19.01(kJmol-1) （2）rHm（298K）= 4fHmNO(g) +6fHmH2O(1) 4fHmNH3(g)5fHmO2(g)=490.25+6(285.83)4(46.11)50=1169.54(kJmol-1) 11利用附表中 298.15K 时的标准燃烧热的数据，计算下列反应在 298.15K 时的rHm。 （1）CH3COOH(1)+CH3CH2OH(1)CH3COOCH2CH3(1)+H2O(1) （2）C2H4(g)+H2(g)C2H6(g)解：解：查
13、表，将有关物质的标准燃烧热的数据代入反应热的计算公式 （1）rHm（298K）= cHmCH3COOH(1) +cHmCH3CH2OH(1)cHmCH3COOCH2CH3(1)cHmH2O(1) =874.5+(1366.8)(2254.2)0=12.9(kJmol-1) （2）rHm（298K）= cHmC2H4(g) +cHmH2(g) cHmC2H6(g) =1410.0+ (285.83) (1559.8) =136.03(kJmol-1) 12人体所需能量大多来源于食物在体内的氧化反应，例如葡萄糖在细胞中与氧发生氧化反应生成 CO2 和 H2O（1） ，并释放出能量。通常用燃烧热去估
14、算人们对食物的需求量，已知葡萄糖的生成热为 1260kJmol-1, CO2(g)和 H2O(l)的生成热分别为393.51 和285.83 kJmol-1，试计算葡萄糖的燃烧热。 解：解： 葡萄糖的氧化反应为： C6H12O6(s) +6O2(g)6 CO2(g)+6 H2O(l) 葡萄糖的燃烧热为： cHmC2H4(g)=rHm= 6fHmCO2(g) +6fHmH2O(l) fHmC6H12O6(s)6fHmO2(g) =6(393.51)+6(285.83)(1260)60=2816 (kJmol-1) 13乙炔燃烧能放出大量热，氧炔焰常用于焊接和气割。已知石墨气化的热化学方程式为C（石墨，s）C(g) rHm=717 kJmol1；试根据有关键焓估算乙炔的标准摩尔生成热。已知 D(HH)=435.9 kJmol1。D(CC)=835 kJmol1，D(CH)=416 kJmol1。解：解： 2C（石墨，s）+H2(g)C2H2 (g) rHm,1=fHm（C2H2 ,g）此乃乙炔的生成反应，同时考虑石墨的气化反应C(石墨，s)C(g)
