第二章化学反应的能量34306.pdf

习 题 1.某系统由 A 状态变至 B 状态共经历了三步。（1）放热 300kJ，环境对系统做功 100kJ；（2）吸热 450kJ，体积不变；（3）系统对环境做功 500kJ，无热量变化。试计算该系统热力学能的变化量U。解：(200450500)300UkJ 2.1.435g 萘（C10H8）与适量的氧气一起放入弹式量热计中进行反应。水浴中盛水 2000g，反应后，水温由 20.17升高 25.84，已知量热计热容为 1.80kJ-1，如忽略温度计、搅拌器等吸收的少量热，试计算 1mol 萘燃烧反应的恒容热效应。解：4(4.18420001800)(25.8420.17)J5.765 10 JQ 46-1128(5.765 10)5.14 10 J mol1.435vQU 3.葡萄糖的发酵反应如下：6126252C H O(s)=2C H OH(l)+2CO(g),1mol 葡萄糖的发酵反应产生的热力学能变化为-72.8kJmol-1，试计算 1mol 葡萄糖在 25，100kPa 下的恒压热效应。解：728002 8.31429867.845pQ kJmol-1 4.比较下列各组物质中，何者有更大的焓值：（1）273K 1mol CO(g)和 373K 的 1mol CO(g)H高温物H低温物；0H；（2）1mol C6H6（l）和 1mol C6H6(g)H气H液H固，；0H；（3）1mol 反应 CaCO3（s）CaO（s）+CO2(g)的生成物和反应物 此反应为吸热反应，；0H；（4）1mol 反应 I2（g）+H2（g）2 HI(g)的生成物和反应物 此反应为放热反应，；0H。5.利用标准生成焓fm H数据，计算下列反应的标准热效应：（1）N2O4(g)+3CO(g)N2O(g)+3CO2(g)fmH/kJmol-1 9.16 -110.52 81.05 -393.14 rmfmfm()()()()HHH 生成物反应物=-775.97 kJmol-1 （2）2FeO(s)+CO2(g)Fe2O3(s)+CO(g)fmH/kJmol-1 -271.96 -393.14 -824.25 -110.52 rmfmfm()()()()HHH 生成物反应物=2.29kJmol-1 （3）CH4(g)+4CuO(s)CO2(g)+2H2O(l)+4Cu(s)fmH/kJmol-1 -74.81 -157.32 -393.14 -285.83 0 rmfmfm()()()()HHH 生成物反应物=-260.71 kJmol-1 （4）2NaHCO3Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(l)fmH/kJmol-1 -950.81 -1130.68 -393.14 -285.83 rmfmfm()()()()HHH 生成物反应物=91.97kJmol-1 6.已知反应 SiO2(s)+3C(石墨)SiC(s)+2CO(g)，rm H618kJmol-1，试用附录二中的有关数据计算 SiC 的标准生成焓，并与附录中的 SiC 的标准生成焓相比较。解：rmfmfmfmfmfmfm2fm()()()()(SiC,s)+2(CO,s)-3(C,s)-(SiO,s)618(SiC,s)6182(-110.52)+3 0(910.94)HHHHHHHH 生成物反应物 =-71.9 kJmol-1 查表得fmH(SiC,立方)=-73.2 kJmol-1 fmH(SiC,六方)=-65.3 kJmol-1 7.根据表 2.1 中 C2H6(g)和 C2H4(g)的标准燃烧焓数据，计算反应 C2H4(g)+H2(g)C2H6(g)的标准热效应。解：rm137.03H kJmol-1 8.利用表 2.1 中乙醇（C2H5OH(l)）的标准燃烧焓数据及 CO2(g)、H2O(l)的标准生成焓数据计算乙醇在 298K 下的标准生成焓。解：fm25(C H OH)276.87H kJmol-1 9.已知 CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l);rm 1 H，=-870.3 kJmol-1 C(石墨)+O2(g)CO2(g);rm 2 H，=-393.5 kJmol-1 H2(g)+1/2O2(g)H2O(l);rm 3 H，=-285.8 kJmol-1 求 2C(石墨)+2 H2(g)+O2(g)CH3COOH(l)的rm 4 H，。解：2(2)2(3)(1)=(4)rm 4rm 2rm 3 rm 1 H2(H+H)H，=-488.3 kJmol-1 10.煤的气化技术是由下列热化学反应组成，由碳与水反应生成甲烷。已知：CO（g）+H2O（g）CO2(g)+H2(g)，rm 1 H，=-41.4kJmol-1 C（石墨）+H2O（g）CO(g)+H2(g)，rm 2 H，=+131.4kJmol-1 CO（g）+3H2（g）CH4(g)+H2O(g)，rm 3 H，=-206.2kJmol-1 试计算反应：2C（石墨）+2H2O(g)CH4(g)+CO2(g)的标准热效应，并与用标准生成焓公式法计算结果相比较。解：2(2)(3)(1)rm 4 H，=15.2kJmol-1 用标准生成焓公式法计算结果为rm 4 H，=15.69 kJmol-1 11.如果仅从单位质量的放热量来作比较，试问 C2H2（g）、C2H6(g)、H2(g)和 N2H4(l)中何者是最佳的高能燃料？C2H2（g）11rm1299.6kJ mol49.99kJ gH C2H6(g)11rm1559.09kJ mol51.97kJ gH H2(g)11rm285.83kJ mol142.92kJ gH N2H4(l)11rm622kJ mol20.74kJ gH 所以仅从单位质量的放热量来作比较，H2(g)是最佳的高能燃料。12.乙醇 C2H5OH（l）和乙醛 CH3CHO（l）完全燃烧时，分别放出热量为-1366.8kJ mol-1和1166.4kJmol-1。（1）写出该两化合物燃烧反应的热化学方程式；（2）计算乙醇氧化为乙醛反应的标准热效应。已知-1fm3 H(CH CHO,l)=-196kJmol 解：25222C H OH(l)+3O(g)=2CO(g)+3H O(l),1rm1366.8kJ molH 32225CH CHO(l)+O(g)=2CO(g)+2H O(l)2,1rm1166.4kJ molH 乙醇氧化为乙醛的反应为：252321C H OH(l)+O(g)=CH CHO(l)+H O(l)2 可见1rm,3rm,1rm,21366.81166.4200.4kJ molHHH 乙醇氧化为乙醛反应的标准热效应为-200.4 kJmol-1 用标准生成焓公式法计算结果为-204.85kJmol-1 13.根据附录二中标准熵的数据，计算下列反应的标准熵变：（1）SiO2(s)+2H2(g)Si(s)+2H2O(g)-1-1m/J molKS，41.84 130.57 18.83 188.72-1-1rm=93.29J molKS (2)NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)-1-1m/J molKS，94.56 192.34 186.70-1-1rm=284.48J molKS（3）SiO2(s)+2H2O(l)SiH4(g)+2O2(g)-1-1m/J molKS，41.84 69.91 204.51 205.03 -1-1rm=432.91J molKS (4)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)-1-1m/J molKS，186.15 188.72 213.64 130.57-1-1rm=172.33J molKS 14.已知 25oC 时-1fm3 H(PCl,g)=-287.0kJmol,-1fm5 H(PCl,g)=-374.9kJmol;-1fm3 G(PCl,g)=-267.8kJmol,-1fm5 G(PCl,g)=-305.0kJmol。试计算此时反应 PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)的焓变。解：PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)fmH/kJmol-1 -287 0 -374.9 rmfmfm()()()()HHH 生成物反应物=-87.9kJmol-1 15.查附录二或附录七，计算下列反应的标准 Gibbs 函数变，并判断它们在 298K 时，能否自发?（1）2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(l)fmG/kJmol-1 -32.89 0 -393.51 -237.18 rmfmfm()()()()GGG 生成物反应物=-2964.23kJmol-10;在 298K 时能自发.（2）4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l)fmG/kJmol-1 -16.48 0 86.57 -237.18 rmfmfm()()()()GGG 生成物反应物=-1010.88kJmol-10;在 298K 时能自发.（3）Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)fmG/kJmol-1 -1015.46 -137.15 0 -393.51 rmfmfm()()()()GGG 生成物反应物=-9.98kJmol-10;在 298K 时能自发.（4）22Mg(aq)2OH(aq)Mg(OH)(s)fmG/kJmol-1 -456.01 -157.30 -833.6 rmfmfm()()()()GGG 生成物反应物=-62.99kJmol-10;在 298K 时不能自发.rm133.67SJmol-1K-1 rmrmrmGHTS rmrm982HTKS 19.已知 2CH3OH(l)2CH4(g)+O2(g)在 298K，100kPa 下不能自发，试计算该反应自发进行的温度条件（假定反应中各物质均处于标准态）。解：2CH3OH(l)2CH4(g)+O2(g)fmH/kJmol-1 -239.03 -74.81 0-1-1m/J molKS 127.24 186.15 205.03 rm328.44HkJmol-1 rm322.85SJmol-1K-1 rmrmrmGHTS rmrm1017HTKS 20.已知反应：N2H4(l)+2O2(g)N2(g)+2H2O(g)，rm G616.53KJ/moL （1）试计算 N2H4(l)的标准生成 Gibbs 函数变fm G；（2）N2H4(l)在 298K、100kPa 下能否分解？解：rmfm2fm2fm24fm24fm2fm2rm G2 G(H,)G(,)G(N H,)G(N H,)2 G(H,)G(,)G 2(228.59)0(616.53)159.35KJ/moLO gNgllO gNg N2H4(l)N2(g)+2H2(g)，rm G159.35KJ/moL 0;在 298K 时不能自发.2C(s)+O2(g)2CO(g)fmG/kJ mol-1 0 0 -137.15 rm274.30G kJmol-10;在 298K 时能自发.两式相耦合，(1)+(2)2C(s)+SiO2(s)+2Cl2(g)SiCl4(g)+2CO(g)rm39.33G kJmol-10;在 298K 时能自发.