第一章化学变化的能量关系及第二章化学反应的方向参考答案

P1921第一章 化学变化中的能量关系2计算下行反应的标准反应焓变rHm:解： 2Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3(s) + 2Fe(s) fHm(kJmol-1) 0 -822.1 -1669.8 0rHm=fHm(Al2O3,s)+2fHm(Fe,s)-2fHm(Al,s)-fHm(Fe2O3 ,s) = -1669.8 + 2×0 - 2×0 -(-822.1) = - 847.7(kJmol-1) C2H2 (g) + H2(g) C2H4(g)fHm(kJmol-1) 226.748 0 52.283rHm = fHm(C2H4,g) -fHm(C2H2,g) - fHm(H2,g) = 52.283- 226.748 - 0 = -174.465 (kJmol-1)3. 由下列化学方程式计算液体过氧化氢在298 K时的fHm(H2O2，l)： H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O (g) rHm = - 214.82 kJmol-1 2H(g) + O(g) = H2O (g) rHm = - 926.92 kJmol-1 2H(g) + 2O(g) = H2O2 (g) rHm = - 1070.6 kJmol-1 2O(g) = O2 (g) rHm = - 498.34 kJmol-1 H2O2 (l) = H2O2 (g) rHm = 51.46 kJmol-1解：方法1：(1)由可知H2O的fHm(H2O,g)= - 214.82 kJmol-1(2)根据计算O的fHm(O,g)2O(g) = O2 (g) rHm = - 498.34 kJmol-1rHm = fHm(O2 ,g)- 2fHm(O,g)= 0 - 2fHm(O,g)= -498.34 kJmol-1fHm(O,g)=249.17 kJmol-1(3) 根据求算fHm（H,g)2H(g) + O(g) = H2O (g) rHm = - 926.92 kJmol-1fHm(kJmol-1)249.17- 214.82rHm = fHm(H2O,g) - 2fHm(H,g) -fHm(O,g) = - 214.82 - 2fHm(H,g)- 249.17 = - 926.92fHm(H,g)= 231.465 kJmol-1 (4) 根据求算fHm（H2O2 ,g)2H(g) + 2O(g) = H2O2 (g) rHm = - 1070.6 kJmol-1fHm(kJmol-1) 231.465 249.17 rHm = fHm(H2O2 ,g) - 2fHm(H,g) -2fHm(O,g) =fHm(H2O2 ,g) -2×231.465 - 2×249.17= - 1070.6f Hm(H2O2 ,g)= - 109.33 kJmol-1(5) 根据求算f Hm(H2O2 ,l) H2O2 (l) = H2O2 (g) rHm = 51.46 kJmol-1fHm(kJmol-1) -109.33rHm = fHm(H2O2 ,g) - fHm(H2O2 ,l) = -109.33 - fHm(H2O2 ,l) = 51.46fHm(H2O2 ,l)= -160.79 kJmol-1方法2：根据盖斯定律有：（方程-方程+方程-方程）×2-方程÷2可得以下方程 H2(g)+O2(g)=H2O2(l) rHmrHm=(rH1-rH2+rH3-rH5) ×2-rH4 ÷2 =-214.82-(-926.92)+(-1070.6)-51.46 ×2-(-498.34) ÷2=(-409.96)×2+498.34 ÷2 =(-321.58) ÷2 =-160.79(kJmol-1) fHm(H2O2 ,l)= rHm= -160.79 kJmol-14. 在373 K，101.3 kPa下，2.0 mol H2 和1.0 mol O2反应，生成2.0 mol的水蒸气，总共放热484 kJ的热量，求该反应的rHm和U。解： 2H2（g） + O2(g) = 2H2O(g)(1) 定压下 Qp = rHm=-484 kJ即 rHm= - 484kJmol-1(2)U= Q P PV= QP -nRT=- 484 (2 2 1) ×8.314×10-3 ×373= - 480.90 kJ6. 用弹式量热计测得下列反应 C7H16 (l) + 11O2 (g) 7CO2 (g) + 8H2O (l)在298K时Qv = - 4804 kJmol-1，试求反应的等压热效应Qp。解：Qp = Qv + nRT = - 4804 +（7-11）×8.314×10-3 ×298 = - 4813.91kJ7. 已知298 K时： C6H4(OH)2 (aq) C6H4O2 (aq) + H2 (g), rHm,1 = 177.4 kJmol-1 O2 (g) + H2 (g) H2O2 (aq),rHm,2 = - 191.2 kJmol-1 1/2O2 (g) + H2 (g) H2O (g), rHm, 3 = - 241.8 kJmol-1 H2O (g) H2O (l), rHm, 4 = - 44.0 kJmol-1试计算下面反应的rHm ：C6H4(OH)2 (aq) + H2O2 (aq) C6H4O2 (aq) + 2 H2O (l)解： C6H4(OH)2 (aq) + H2O2 (aq) C6H4O2 (aq) + 2 H2O (l) （5） 反应5= 反应1 -反应2 + 2×（反应3 + 反应4）rHm，5 = rHm, 1 - rHm, 2 + 2×（rHm, 3 + rHm, 4） = 177.4 -（- 191.2）+ 2×（- 241.8 - 44.0 ） = - 203 kJmol-19已知298 K标态下：fHm(O,g) = 249.1 kJmol-1 , fHm(N,g) = 472.7 kJmol-1 ,O(g) + N(g) NO(g) rHm(NO,g) = - 631.8 kJmol-1,求反应 1/2N2（g） + 1/2O2(g) = NO(g) 的 H298K= ?解：设计盖斯循环，H298K=H1+H2+H3=fHm(N,g)+ fHm(O,g)+ rHm(NO,g) =90.0(kJ/mol)10 选择正确答案的序号填入括号内。答案(1)D. 110.5,解：反应=反应-反应 H3=H1-H2 =-393.5+283=-110.5(2)C、-270.1,解：由反应求算Hf(HBr), H1=2Hf(HBr,g) (Hf(H2,g)+ H(Br2,l) =2Hf(HBr,g)- 0 -0 =-72.4 (kJmol-1)Hf(HBr,g) = -72.4./2 = -36.2(kJmol-1) 由反应求算Hf(NH3),H2=2Hf(NH3,g) (3Hf(H2,g)+ H(N2,g) =2Hf(NH3,g)- 3×0 -0 =-92.4 (kJmol-1) Hf(NH3,g) = -92.4./2 = -46.2(kJmol-1) 由反应求算Hf(NH4Br，s),H3 = Hf(NH4Br，s) Hf(NH3,g) + Hf(HBr,g)=Hf(NH4Br，s) -36.2 -46.2= -187.7 Hf(NH4Br，s) = -187.7+（-82.4） = -270.1(kJmol-1)(3)B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g) 根据QP = Qv+nRT 有：QP - Qv =nRT ，当|n|越大，则QP与Qv的差值也就越大。 依题意：反应A的|n| = |1-1/2|=1/2反应B的|n| = |1-3|= 2 反应C的|n| = |1-1|=0 反应D的|n| = |1-1/2-3/2|=1 选B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g)（）冰的熔化热333单位有误，应改为333 选D 、-5.994 解：依题意：H2O(s)=H2O(l)的 H=+333J.g-1则有：H2O(l)=H2O(s)的H=-333J.g-118g的水转化为同温度的冰，其焓变为： H = -333J.g-1×18g-1 = - 5994J= -5.994kJ （5）C、-286 解：由反应可得：rHm=2.Hf(H2O,l)-2Hf(H2,g) + H(O2,g) =2.Hf(H2O,l)-2×0+0 =- 572 Hf(H2O,l) = - 572/2=-286(kJ.mol-1)(6)B、-89.6.解：依题意有：KClO3(s) = KCl(s) + 3/2O2(g)的H1 = -44.8kJ则：反应2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2（g）的H2为：H2 = 2H1 = 2×（-44.8）= - 89.6(kJ)(7) B、b-a解：反应（1）-反应（2）得反应（3）： MnO2(s)=Mn(s)+O2(g) H3 - -(3)H3 = H1- H2 =a-bH3 = Hf(Mn,s)+ Hf(O2,g) - Hf(MnO2,s)=a-b解得：Hf(MnO2,s =b-a 选B、b-a(8)A、Hf(CO2，g)= H 解：由反应可得：H=Hf(CO2，g)- Hf(C石墨，s) +Hf(O2，g)=Hf(CO2，g)-0 +0H=Hf(CO2，g)P3234第二章 化学反应的方向1 不查表、比较下列物质的Sm的大小。（1）O2(g), O3(g), SO2(g)（2）Br2(g), Cl2(g), F2(g), I2(g) 解：(1)Sm的大小为：Sm (O2,g)< Sm (O3,g)< Sm (SO2,g) 。1molO2的原子数少于O3(g),e而1mol的O3的摩尔质量小于SO2(g)的摩尔质量。(2) Sm的大小为：Sm (F2,g)< Sm (Cl2,g)< Sm (Br2,g)< Sm(I2,g)，M(F2)<M(Cl2)<M(Br2)<M(I2)，对于同类物质，摩尔质量越大，则熵值越大。2、确定下列过程中，系统是熵增还是熵减，或基本不变？（1）KNO3溶于水中；（2）乙醇（l）乙醇（g）(3) 碳与氧气反应生成二氧化碳；（4）石灰石分解。（1）Sm>0，即熵值增大。KNO3(s)K+(aq)+NO-3(aq) 根据P25可知液态的熵值大于固态的熵值。 （2）Sm >0，即熵值增大。乙醇（l）乙醇（g） 根据P25可知液态的熵值大于固态的熵值。（3）Sm0即熵值基本保持不变。反应前后的气体n=0 （4）Sm >0，即熵值增大。因为反应后有CO2产生，而气体的熵值大于固体的。3、1 mol 水在其沸点373 K下汽化，恒压汽化热为40.68 kJmol-1, 求该过程的W, Qp, U, rHm, rGm和rSm。解：依题意有 100kPa、373K时 rHm=Qp=40.68kJ.mol-1根据 相平衡时， 有：根据 W= -P.V= -nRT×10-3 W= - RT×10-3= -8.314×373×10-3 =-3.10(kJ) 根据U=Q+W得： U=QP + W = 40.68+( 3.10) =37.58(kJ) 在定温、定压下：rHm=Q=40.68kJ/mol rGm=0kJ/mol rSm=109.1 J.K-1.mol-1 W=-3.10 kJ9. 计算下列反应标准状态下，300K时rGm，并判断该条件下反应自发进行的方向。（1） 2Al(s) + Fe2O3(s) = Al2O3(s) + 2Fe(s);(2) (NH4)2Cr2O7(s) = Cr2O3(s) + N2(g) + 4H2O(g);(3) SiO2(s) + 4HF(g) = SiF4(g) + 2H2O(g);(4) I2(s) = I2(g)解： （1） 2Al(s) + Fe2O3(s) = Al2O3(s) + 2Fe(s);Sm/ JK-1mol-1 28.32 90.0 0.986 27.15fHm /( kJmol-1) 0 -822.1 -1669.8 0根据rSm = i Sm（生成物）- j Sm（反应物）求rSmrSm( 298K) = Sm(Al2O3, s) + 2Sm(Fe, s) - 2Sm(Al, s) - Sm(Fe2O3, s) = 0.986 + 2×27.15 2×28.32 90.0 = -91.35 JK-1mol-1 根据rHm= ifH m（生成物）- jfH m（反应物）求rHmrHm( 298 K) =fHm (Al2O3, s) + 2fHm (Fe, s) -2fHm (Al, s) -fHm (Fe2O3, s)= (-1669.8) + 2×0- 2×0 (-822.1)= -847.7 kJmol-1根据rGm( TK)= rHm( 298 K) - TrSm( 298K),求rGm( 300 K)rGm( 300 K) =rHm( 298 K) - TrSm( 298K) = -847.7 300×(-91.35)×10-3 = -820.3 kJmol-1 rGm( 300 K) < 0, 该条件下反应能自发由左向右进行。（2） (NH4)2Cr2O7(s) = Cr2O3(s) + N2(g) + 4H2O(g) Sm/ JK-1mol-1 ? 81.8 191.489 188.723fHm /( kJmol-1) ? -1128.4 0 -241.825rSm( 298K) = Sm(Cr2O3, s) + Sm(N2, g) + 4Sm(H2O, g) - Sm(NH4)2Cr2O7, s) =?rHm( 298K) = fHm(Cr2O3, s) + fHm(N2, g) + 4fHm(H2O, g) - fHm (NH4)2Cr2O7, s)=?rGm( 300 K) =rHm( 298 K) - TrSm( 298K) =?(本教材中没有(NH4)2Cr2O7的热力学数据)（3）(3) SiO2(s) + 4HF(g) = SiF4(g) + 2H2O(g);Sm/ JK-1mol-1 41.9 173.52 282.38 188.72fHm /( kJmol-1) -85.94 -268.6 - 1614.9 -241.83rSm( 298K) = Sm(SiF4, g) + 2Sm(H2O, g) - Sm(SiO2, s) - 4Sm(HF, g) = 282.38 + 2×188.72 41.9 - 4×(173.52) = -76.16 JK-1mol-1rHm( 298K) =fHm(SiF4, g) + 2fH (H2O, g) -fHm(SiO2, s) - 4fHm(HF, g) = - 1614.9 + 2×(-241.83) (-85.94) - 4×(-268.6) = -938.22 kJmol-1rGm( 300 K) =rHm( 298 K) - TrSm( 298K) = - 938.22 300×(-76.16)×10-3 = - 915.37 kJmol-1 rGm( 300 K) < 0, 该条件下反应能自发由左向右进行。(4) I2(s) = I2(g)Sm/ JK-1mol-1 116.7 260.49fHm /( kJmol-1) 0 62.24rSm( 298K) = Sm(I2, g) - Sm(I2, s) = 260.49 - 116.7= 143.79 JK-1mol-1rHm( 298K) = fHm(I2, g) -fHm(I2, s)= 62.24 0= 62.24 kJmol-1rGm( 300 K) =rHm( 298 K) - TrSm( 298K) = 62.24 300×143.79×10-3 = 19.1 kJmol-1 rGm( 300 K) > 0，该条件下反应不能自发由左向右进行，而逆向自发。11根据下列反应焓变和熵变的符号，判断反应的方向。 H2O2 (g) H2O(g) + O2(g) rHm < 0 ; CO(g) C(s) + 1/2O2(g) rHm > 0 ; CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) rHm > 0 ; HCl(g) + NH3(g) NH4Cl(s) rHm < 0 ;解：根据rGm=rHm -TrSm H2O2 (g) H2O(g) + O2(g) rHm < 0 ; 该反应为气体分子数增加的过程， rSm >0, rGm< 0, 反应正向自发。 CO(g) C(s) + 1/2O2(g) rHm > 0 ; 该反应为气体分子数减少的过程，rSm < 0, rGm > 0, 反应正向不能自发进行，而逆向自发。 CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) rHm > 0 ; 该反应为气体分子数增加的过程，rSm >0, 但rHm > 0， 低温下反应不能正向自发，高温下反应能正向自发。 HCl(g) + NH3(g) NH4Cl(s) rHm < 0 ; 该反应为气体分子数减少的过程，rSm < 0, 且rHm < 0， 低温下rGm < 0, 反应能正向自发进行；高温下rGm > 0, 逆向自发。12 选择正确答案的序号填入括号内。（1）A；A的n=1-(1+2)=-2<0属于气体分子数减少的过程，熵值减少，rSm < 0；B为固体液化过程，熵值增加，rSm > 0；C反应为气体分子数增加的过程，熵值增加，rSm > 0；D为分子离解为离子的过程，熵值增加，rSm > 0；所以应选A。（2）B；根据rGm = rHm-TrSm，当rSm<0时，若反应在标态下是自发反应，则有rGm<0，可推出（-TrSm）>0，rHm<0，所以应选B、rHm<0、rSm<0。（3）C；正确，根据P12 热化学方程式书写注意事项可得。 A、错误，因为在标态下，指定单质（不一定是稳定单质）其fGm、fHm不一定等于零，必须指明是稳定单质，其fGm、fHm才等于零，但稳定单质在标态下的Sm不等于零。 B、错误，对于吸热反应，其rHm>0. D、错误，因为反应物中S为气体，在标态下它不是问定单质，故rGm、rHm、rSm均不等于SO2(g)的fGm、fHm、Sm。（4）B；反应MgCl(s)Mg(s)+Cl2 rHm > 0 ；为气体分子数增加的过程，rSm>0，根据rGm=rHm T.rSm可推知反应在高温下自发由左向右进行，故选B。（5）C；根据rGm=rHm T.rSm，当rHm<0，.rSm>0时，无论温度是多少，rGm始终小于零，反应总是正向进行，所以选C.（6）C；对于同一种物质，气态的熵值总是大于液态的熵值，故液体的气化过程属于熵增过程。所以选C、熵（7）A、C；根据rGm=-RTlnK可知，反应（1）的K1<反应（2）的K2，故反应（1）比反应（2）的反应程度要小，所以A正确。根据rGm<0时，反应能正向自发进行，因反应（1）和（2）的rGm都小于零，所以反应（1）和（2）都可正向自发进行，故C也是正确的。（8）D；题目中的KP应改为K，再根据rGm 与KP的关系（rG = - RT lnK） 解得K=10，所以选D。注：K与Kp的关系为：题目未给出具体的反应方程式，所以暂时无法求KP。（9）A；干冰反应CO2(g)CO2(s),是由气体凝聚为固体的放热、熵减过程，故降温利于气体凝固，所以选A、H<0，S<0，低温有利于反应自发进行。 (10) B；因为Sm 是状态函数，所以盖斯定律也适用，反应 (1)BC S1反应 (2)BA S2 (2)-(1)得AC S3S3=S2 - S1所以选B。