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1、第二章2. 2.0mol H2(设为理想气体)在恒温(298K)下,经过下列三种途径,从始态0.015m3膨胀到终态0.04 m3,求各途径中气体所做的功。(1) 自始态反抗100Kpa的外压到终态。(2) 自始态反抗200Kpa的外压到中间平衡态,然后再反抗100Kpa的外压到终态。(3) 自始态可逆地膨胀到终态。解:(1)W=-PV=-100Kpa(0.04-0.015)m3=-2.5 KJ (2)由题意知 PV=nRT 又P1V1=P2V2 W=W1+W2=-200KPa(0.025-0.015)m3-100KPa(0.04-0.025)m3=-3.5 KJ(2)第二解法:由题意知 PV
2、=nRT V2(中间态)=(nRT)P2=(2.0mol8.315kpaLmol-1K-1298K)200kP =24.78 L25 L0.025 m3W=W1+W2=-200KPa(0.025-0.015)m3-100KPa(0.04-0.025)m3=-3.5 KJ (3) 3. 在P和885下,分解1.0molCaCO3需耗热量165KJ。试计算此过程的W、U和H。CaCO3的分解反应方程式为:CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)解:等压过程 H=Qp=165 kJ W=-PV=-ngRT=-1.0mol8.315J mol-1K-1(885273)K=-9600J=-9628.
3、8 J-9.6kJU=Q+W=165 KJ-9.6 KJ=155.4 KJ答:此过程的W为-9.6kJ;U为155.4 KJ;H为165 kJ。5. 利用附录二的数据,计算下列反应在298 K的rHm:(1) (2) 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)解:(1) rHm=fHm(PbO,s)+ fHm(SO2,g)- fHm(PbS,s)- fHm(O2,g) =-215 KJ mol-1-296.8 KJ mol-1+100 KJ mol-1-0 =-412 KJ mol-1(2) rHm=4fHm(NO,g)+6fHm(H2O,l)-4fHm(NH3,g)-5fHm
4、(O2,g) =490.4 KJ mol-1+6(-285.8 KJ mol-1)-4(-46.11 KJ mol-1)-0 =-1169 KJ mol-110. 不查表,预测下列反应的熵值是增加还是减小?(1) 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)(2) 2O3(g)=3O2(3) 2NH3(g)=N2(g)+3H2(g)(4)2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)(5)H2(g)+I2(g)=2HI(g)解:(1)熵值减小。反应后,气体的量减小。 (2)熵值增加。反应后,气体的量增加。 (3)熵值增加。反应后,气体的量增加。 (4) 熵值减小。反应后,气体的量减小。 (5) 熵值
5、增加。虽然反应前后气态物质的量均为2mol,但HI的对称性比H2和I2差,S是增加的,S0。13. 1mol水在其沸点100下汽化,求该过程的W、Q、U、H、S、和G。已知水汽化热为2.26 KJ g-1.解:W=-PV=-ngRT=-1mol8.315 J mol-1K-1(100273)K-1=3101.5J-3.1 (KJ)在等压状态下,H=Qp=2.26 KJ g-11mol18 g mol-140.7 KJU=Q+W=40.7 KJ-3.1 KJ=37.6 KJG=H-TS=0答:该过程的W为-3.1KJ;Q为40.7 KJ;U为37.6 KJ;H为40.7 KJ;S为109 J m
6、ol-1K-1;G为0 。14. 利用附录二的数据,判断下列反应在25和标准态下能否自发进行。(1)Ca(OH)2(s)+CO2(g)=CaCO3(s)+H2O(l)(2)CaSO42H2O(s)=CaSO4(s)+2H2O(l)(3)PbO(s,黄色)+CO(g)=Pb(s)+CO2(g)解:(1) rGm=fGm(CaCO3,s)+fGm(H2O,l)- fGm(Ca(OH)2,s)- fGm(CO2,g) =-1128.8-237.2+896.8+394.4 =-74.8(KJ mol-1)0 反应可以自发进行(2)rGm=fGm(CaSO4,s)+2fGm(H2O,l)- fGm(Ca
7、SO42H2O,s) =-1321.9-2237.2+1797 =0.7(KJ mol-1)0反应不能自发进行 (3)rGm=fGm(Pb,s,黄色)+fGm(CO2,g)- fGm(PbO,s)- fGm(CO,g) =0-394.4+188+137.2 =-69.2(KJ mol-1) 0 反应可以自发进行20. 如果想在标准压力P下将CaCO3分解为CaO和CO2,试估计进行这个反应的最低温度(设反应的H和S不随温度而变)。解:CaCO3 (s)= CaO(s)+ CO2 (g)rHm=fHm(CaO , s)+fHm(CO2,g)-fHm(CaCO3,s) =-635.1-393.5+
8、1206.9 =178.3(KJ mol-1)rSm=Sm(CaO , s)+ Sm(CO2,g)- Sm(CaCO3,s)=397.7+213.6-92.9 =160.4(J K-1 mol-1)H0, S0 高温时有利于反应进行,其转向温度(最低温度)答:进行这个反应的最低温度应该高于1112K(即高于839)。21. 利用附录二的数据,判断下列反应 C2H5OH(g)=C2H4(g)+H2O(g)(1) 在25下能否自发进行?(2) 在360下能否自发进行?(3) 求该反应能自发进行的最低温度。解:已知反应:C2H5OH(g)=C2H4(g)+H2O(g) rHm=fHm(C2H4 ,
9、g)+fHm(H2O,g)-fHm(C2H5OH,g) =52.3-241.8+235.3 =45.8(KJmol-1) rSm=Sm(C2H4 , g)+ Sm(H2O,g)- Sm(C2H5OH,g)=219.4+188.7-282 =126.1(J K-1mol-1)(1) rGm=rHm-TrSm=45.8 KJmol-1-(273+25)K126.110-3 KJmol-1K-1 =8.2 KJ mol-10 25下不能自发进行。(2) rGm=rHm-TrSm=45.8 KJmol-1-(273+360)K126.110-3 KJmol-1K-1 =-34 KJ mol-10 360下能自发进行。(3)转向温度时,rGm=rHm-TrSm=0 答:该反应能自发进行的最低温度应该高于363K(即应该高于90)。