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(完整word)热化学练习题
热化学练习题
1. 下列叙述是否正确？试解释之。
⑴ H2O(l)的标准摩尔生成焓等于H2（g）的标准摩尔生成焓;
⑵ Qp = ΔH,H是状态函数，所以Qp也是状态函数;
解:(1)Δf(H2O, l) = —285。8 kJ · mol-1
Δc(H2, g） = -285.8 kJ · mol-1
但其含义不同。H2O(l）的标准摩尔生成焓是指在标准状态下H2（g)和O2(g)生成标准状态的1 mol纯H2O时的热效应。而H2(g)的标准摩尔燃烧热焓是指在100 kPa下1 mol H2(g)完全燃烧时的热效应。其中热力学规定H2(g)的燃烧产物是水。而此规定Δc(H2O ,l） = 0。
(2)此说法不正确。ΔH = Qp是指恒压下的热效应，Qp在数值上与状态函数H的改变量ΔH相等。ΔH只取决与反应的始态和终态，与反应途径无关。而Qp和W一样是能量的传递形式,与反应途径有关,所以Qp不是状态函数。
2。 已知下列反应的热效应：
⑴ Fe2O3（s）+ 3 CO（g)＝ 2 Fe（s)+ 3 CO2（g） ΔrHm ө(1）=–24。8 kJ · mol-1
⑵ 3 Fe2O3（s）+ CO(g）＝ 2 Fe3O4（s）+ CO2（g） ΔrHm ө（2)=–47。2 kJ · mol-1
(3) Fe2O3（s）+ CO(g）＝ 2 FeO（s)+ CO2（g） ΔrHm ө（3）= —2.8 kJ · mol—1
求下列反应的反应热ΔrHm ө（4）。
（4)FeO（s）+ CO（g）＝ Fe（s）+ CO2(g）
解：由Hess定律得：
（4）＝ [ (1)– （3) ]
Δr(4） = ［Δr（1） – Δr(3） ］
= ［（-24。8 kJ·mol-1) – 2.8 kJ · mol-1]
= —11.0 kJ · mol—1
3. 用ΔfHmθ数据计算下列反应的ΔrHmθ。
（1）4 Na(s）+O2（g）= 2 Na2O（s）
(2)2 Na（s）+ 2 H2O(l）= 2 NaOH（aq）+ H2（g）
(3）2 Na(s）+CO2（g）= Na2O(s）+ CO（g)
解:（1）4 Na (s) + O2(g） = 2 Na2O(s)
Δr（298 K) = 2×Δf（Na2O,s）–[4×Δf（Na，s)+ 1×Δf（O2，g)]
= 2×(- 414。2 kJ·mol—1) – 0 kJ·mol-1 – 0 kJ · mol-1
= — 828。4 kJ · mol-1
(2） 2 Na（s) + 2 H2O = 2 NaOH（aq) + H2（g）
Δr（298 K) = 2×Δf(NaOH，aq）+ 1×Δf（H2,g）
–[2×Δf（Na，s)+ 2×Δf（H2O，l）］
= 2×(— 425。6） + 0 – ［2×0 + 2× (—285.8)] kJ · mol-1
= -279。6 kJ · mol-1
（3) 2 Na（s） + CO2（g) = Na2O（s) + CO(g)
Δr（298 K) = 1×Δf(Na2O，s）+ 1×Δf（CO,g）
–［2×Δf（Na，s)+ 1×Δf（CO2，g)]
= 1×(— 414.2 kJ · mol—1） + 1×（— 110.53kJ · mol—1) - ［2×0 + 1×（—393.51 kJ · mol-1)]
= —131.2 kJ · mol—1
4. 现有反应2 SO3（g）= 2 SO2（g）+ O2（g）
（1)试由附录查得有关数据并计算Δr.
（2）该反应在298 K和105 Pa下是否自发？
（3）求逆反应的Δr。
解:（1)Δr= 2 Δf（SO2,g) + Δf(O2，g）– 2 Δf(SO3，g)
= 2×(-296.8) – 2×（-395。7）
= 197。8 kJ · mol-1
(2） Δr> 0，这个反应在298K和105 Pa下非自发进行.
(3） Δr（逆） = —197。8 kJ · mol—1
5。 反应NH4NO3（s)= N2O（g）+ 2 H2O(l),已知298K时
NH4NO3（s) Δf =–365. 6 kJ · mol-1 = 151。1 J · K—1 · mol-1
N2O（g） Δf = 81.6 kJ · mol—1 = 220。0 J · K—1 · mol—1
H2O（l） Δf =–285。8 kJ · mol-1 = 70。0 J·K-1 · mol-1
（1)该反应是吸热还是放热?
（2）在298 K时ΔrGmө是多少?
(3）在什么温度下对反应有利于从左向右进行？
解: （1） Δr= Δf（N2O，g） + 2 Δf（H2O,l） – Δf(NH4NO3，s)
= ［81.6 + 2 (-285.8) – (-365。 6）] kJ · mol-1
= —124。4 kJ · mol-1
该反应是放热反应.
(2) Δr= （N2O，g) + 2 (H2O，l) – （NH4NO3，s)
= [222。0 +2 （70。0） – 151。1] J · mol—1 · K-1
= 210。9 J · mol-1 · K—1
Δr= Δr– TΔr
= -124。4 kJ · mol—1 – 298 K×210.9×10—3 kJ · mol-1 · K-1
= —187.2 kJ · mol-1
T > |｜ = 589。9 K
6. 求反应CaCO3（s）= CaO（s)+CO2（g)能够自发进行的最低温度。
解： Δr= Δr– TΔr
达到平衡时Δr= 0
T = =
= = 1114。9K
能自发进行的最低温度为1114.9 K
例3－1 某一封闭体系，从环境中吸热60kJ,对环境做了20kJ的功，在上述变化过程中，求：(1)ΔU体系；（2)ΔU环境;(3）从中有何启示？
解：（1)因：Q = 60kJ，W = —20kJ，则：ΔU体系 = 60 + （—20) = 40 (kJ)
（2）对环境:Q = —60kJ，W = +20kJ，则：ΔU环境 = Q + W = -60 + 20 = -40 (kJ）
（3）ΔU环境 + ΔU体系 = 0
4。某体系由状态1沿途径A变到状态2时从环境吸热314.0J，同时对环境作功117。0J。当体系由状态2沿另一途径B变到状态1时体系对环境作功44。0J,问此时体系吸收热量为多少?
解：(1) 状态1→状态2,因：Q1 = 314.0J，W1 = -117.0J
则 ΔU体系1 = 314.0 + （—117.0）
（2) 状态2→状态1,因：W2 = —44。0J，ΔU体系2=-ΔU体系1
则 ΔU体系2 = Q2 + (-44。0) = -［ 314.0 + (-117。0）］
Q2 = —153。0J
6.已知下列热化学反应：
Fe2O3(s) + 3CO(g） = 2Fe（s) + 3CO2(g) = —27。61 kJ·mol－1
3Fe2O3(s） + CO（g) = 2Fe3O4（s） + CO2(g) = —58。58 kJ·mol－1
Fe3O4（s）+CO（g） = 3FeO(s) + CO2(g） = +38。07 kJ·mol－1
则反应FeO（s） + CO（g） = Fe(s） + CO2（g)的为多少?
解：设以上4个反应分别为反应1、2、3、4，则有
（4） = [3×（1)—（2)- 2×（3)］/6

例3.4 已知CO2（g)和Fe2O3(s)的下列数据
CO2(g） Fe2O3（s）
-393.509 -824.2
—394。359 -742。2
求反应在什么温度下能自发进行。
解：

上述反应自发进行的温度为：

例3－2 在298。15K和100kPa下，2 mol H2完全燃烧放出483。64kJ的热量.假设均为理想气体,求该反应的ΔH和ΔU。[反应为2H2(g） + O2(g) = 2H2O(g)]
解：该反应在恒温恒压下进行，所以
ΔH = QP = —483。64 kJ

ΔU = ΔH － Δn（g)RT
= （-483.64) — (-1） × 8。314 × 10－3 × 298。15 = 481.16 （kJ）
例3－4 计算下列反应的
2Na2O2（s) + 2H2O(l) = 4NaOH（s） + O2（g）
解:查附录五得各物质的如下：
Na2O2（s) H2O（l） NaOH（s） O2(g)
（kJ·mol－1） —510。9 —285。83 -425。61 0

例3－5 甲烷在298。15K，100kPa下与O2（g）的燃烧反应如下。求甲烷的标准摩尔燃烧焓(CH4，g)。
CH4（g） + 2O2（g） = CO2(g) + 2H2O(l）
解:查附录得各物质的如下：
CH4（g） O2(g） CO2(g) H2O(l）
(kJ·mol－1) -74。81 0 -393.51 -285.83
由标准摩尔燃烧焓的定义得

例3－6 试计算石灰石（CaCO3）热分解反应的和，并初步分析该反应的自发性。
解：写出化学反应方程式，从附录查出反应物和生成物的和的值，并在各物质下标出。
CaCO3(s) = CaO（s) + CO2(g)
（kJ·mol－1） -1206。92 -635。09 -393。509
(J·mol－1·K－1） 92。9 39。75 213.74
根据式（3－15）得

根据式(3－19）得

反应的为正值，表明此反应是吸热反应。
例3－7 试计算石灰石(CaCO3)热分解反应的及转变温度Tc,并分析该反应在标准态时的自发性.
解:写出化学反应方程式，从附录中查出各物质的值，并写在相关分子式下面：
CaCO3（s) ＝ CaO(s） + CO2(g)
-1128。79 —604。03 —394.359
（1)的计算
方法Ⅰ：利用的数据计算

方法Ⅱ:利用和的数据计算。由例3－6的结果有

（2）的计算

(3）反应自发性的分析和Tc的估算
在298.15K的标准态时,由，所以石灰石热分解反应非自发。
在1273K的标准态时，因，所以石灰石热分解反应能自发进行。
石灰石分解反应,属低温非自发、高温自发的吸热的熵增大的反应，在标准态时自发分解的最低温度即转变温度可按式（3－27）求得:

例4-2 求下列反应：
　　　（COOH）2（s） + 2 CH3OH（l） ═ (COOCH3)2(l） + 2 H2O(l)的ΔrHmө。
已知298.15 K下，反应：
① （COOH)2(s） + O2(g） ═ 2 CO2 + H2O(l） ΔcHmө = 251.5 kJ·mol-1
② CH3OH(l） + O2（g) ═ CO2(g) + 2 H20（l） ΔcHmө = — 726.5 kJ·mol-1
③ (COOCH3）2(l） + O2(g） ═ 4 CO2(g) + 3 H20（l) ΔcHmө = — 1677.8 kJ·mol-1
解 将热化学方程式① + 2② - ③得总反应，故
ΔrHmө = ΔcHmө [（COOH)2(S）] + 2ΔcHmө ［（CH3OH）（l）] —ΔcHmө ［（COOCH3）2（l）］
= [( - 251.3） + 2( — 726.5) — （ - 1677.8)]
= - 26.0 (kJ·mol—1）
例4—3 298.15 K下反应：CaCO3(s) ═ CaO（s） + CO2（g) ΔrHmө = 178.32 kJ·mol-1，
求算该反应的ΔrSmө值。
解：下列各反应物和生成物在298.15 K的标准摩尔熵为：
Smө(CaCO3，s）= 92.9 J·K—1·mol—1
Smө （CaO,s） = 38。1 J·K-1·mol—1
Smө（CO2，g)= 213。7 J·K—1·mol-1
根据式（ 4.14 )，298。15K下
ΔrSmө= [ν(CaO）Smө（CaO,s）+ν(CO2）Smө(CO2，g）] ―[ν（CaCO3)Smө（CaCO3,s）]
= ［1 × 38.1 + 1 × 213.7］ ―1 × 92.9= 158。9（J·K-1·mol-1）
例4-4 298。15 K下反应：
Ba(OH）2·8H2O（ s） + 2 NH4+(aq） ═ Ba2+ (aq) + 2 NH3 （g） + 10 H2O ( l）
ΔrHmө = 122。1 kJ·mol—1，求算该反应的ΔrSmө值。
解： 298。15 K下各反应物和生成物的标准摩尔熵为：
Smө（Ba(OH)2·8H2O、s）= 427 J·K-1·mol—1
Smө（Ba2+， aq)= 9.6 J·K-1·mol—1
Smө（NH4+, aq）= 113.4 J·K-1·mol—1
Smө（NH3,g）= 192。45 J·K-1·mol—1
Smө（H2O，l）= 69.91 J·K—1·mol-1
根据式（ 4。12 )，298。15K
ΔrSmө= [ν（Ba2+)Smө（Ba2+，aq)+ν（NH3）Smө（NH3，g）］ ―［ν(H2O )Smө（H2O ，l）]
―［ν(Ba(OH)2·8H2O ）Smө（Ba(oH)2·8H2O ，s）+ν（NH4 +）Smө （NH4+，aq))
=[1 × 9。6 + 2 × 192.45 + 10 × 69.91］ ―[1 × 427 + 2 × 113。4]
= 440（J·K-1·mol—1）
例4-5 计算298。15K下反应的标准摩尔熵变ΔrSmө
2HCl（g) ═ H2（g） + Cl2（g)
解 根据式(4.12 ）,298.15K
ΔrSmө = ［ν（H2)Smө（H2，g ）+ν（Cl2)Smө （Cl2，g)］ ― ［ν(HCl）Smө（HCl ，g ）］
= ［1× 130.69 + 1 × 223.07] ―［2 × 186.71]
= —19.66(J·K—1·mol-1)
例4-6 利用下列数据:ΔfGmө（NO，g）= 86.6 kJ·mol—1， ΔfGmө（NO2，g)= 51。3 kJ·mol—1,求反应 2 NO（g） + O2（g） ═ 2 NO2（g) 在25℃时的标准平衡常数Kө.
解：ΔrGmө(298 K）= 2ΔfGmө(NO2，g）–［2ΔfGmө(NO，g)+ ΔfGmө（O2，g）］
=（2 × 51.3）— (2 × 86.6 + 0)
= - 70.6 (kJ·mol—1)
ΔrGmө（298K）=– RT ln Kө = –2。303 RT lg Kθ
=–(2。303 × 8。314 J·K—1·mol-1 × 298 K ×lg Kө)
= –5。71×103 J·mol-1 × lg Kө
lg Kө = 70600 J·mol—1/5.71×103 J·mol—1 = 12.38
Kө = 2。40×1012