大学化学作业答案修订版911资料.doc
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1、第一章 化学反应热思考题及习题解答1说明下列符号的含义。 (T) (T) (T) 答:等容反应热; (T):温度T下,反应的摩尔焓变(数值等于等压反应热);(T):温度T下某物质的标准摩尔生成焓; :反应进度。2盖斯定律的使用条件,下列哪种说法正确? (1)等压 (2)等容 (3)等温、等容或等温、等压 (4)等温、不做有用功,等容或等压答:正确答案为(4)。3热力学标准态的含义?为什么要确定热力学标准态?答:纯理想气体热力学标准态是指该气体处于标准压力 p(100kPa)下的状态。混合理想气体中任一组分的标准态是指该组分气体的分压为p时的状态。纯液态(或纯固态)物质的标准态是指压力为p下的纯
2、液体(或纯固体)的状态。溶液的标准态选1 molL1。因为化学反应中的能量以及状态函数改变是受许多条件(如温度、压力、浓度、聚集状态等)的影响,为了比较方便,国际上规定了物质的热力学标准态。4简述照明弹中的铝、镁、硝酸钠和硝酸钡等物质各起什么作用? 答:金属铝、镁在燃烧时,可以放出大量热(= 601.7 kJmol1, = 1675.69 kJmol1)产生千度以上的高温,而反应放出的热量能使硝酸盐分解产生O2,又加速镁、铝的燃烧反应,使照明弹更加绚丽夺目。在其中铝和镁作为还原剂;氧气、硝酸钠和硝酸钡等作氧化剂。5通过计算说明,氧乙炔焰为什么可以用于金属焊接和切割?答: (5/2)O2 + C
3、2H2 = 2CO2 + H2O(g)/(kJ mol1) 0 226.7 393.5 241.8 rH=f H(生成物)(反应物)rH=2(393.5) + (241.82) 226.7 0 = 1255.5 kJmol1 因反应放出大量热,可以熔化金属,所以可用于焊接或切割金属。6通过计算说明,为什么称硼的氢化物(硼烷),硅的氢化物(硅烷)是高能燃料 已知B2H6(g)的36.56 kJmol1,B2O3(s)的1132.55 kJmol1;SiH4(g)的34.31 kJmol1,SiO2(s)的910.7kJmol1 。 解: B2H6(g) + 3O2(g) = B2O3(s) +
4、3H2O(g)(kJmol1) 36.56 0 1132.55 241.82rH= 1132.55+3(241.82) 36.56 0 = 1894.57 kJmol1 SiH4(g) + 2O2(g) = SiO2(s) + 2H2O(g)(kJmol1) 34.31 0 910.7 241.82 rH= 910.7 + 2(241.82) 34.31 0 = 1427.25 kJmol1 上述两个反应都放出大量热,因此B2H6(g)和SiH4(g)可以作为高能燃料。7已知下列反应的化学反应热 C(石墨)+ O2(g)= CO2(g) rHm(1) = 393.5 kJmol1 H2(g)+
5、 (1/2) O2(g)=H2O(l) rHm(2) = 285.8 kJmol1 C2H6(g)+(7/2)O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) rHm (3) = 1559.8 kJmol1 不用查表,计算由石墨和氢气化合生成1mol C2H6(g)反应的rHm。解:根据Hess定律 rHm (C2H6) = 2rHm(1) + 3rHm(2) rHm (3)所以rHm (C2H6) = 2(393.5) + 3(285.8) (1559.8) = 84.6 kJmol18在用硝石制硝酸时,下列反应同时发生 (1)KNO3(s)+ H2SO4(l)= KHSO4(s)+ HNO3(g
6、) (2)2KNO3(s)+ H2SO4(l)= K2SO4(s)+ 2HNO3(g) 制得的硝酸中80%是由反应(1)产生的,20%是由反应(2)产生的。问在25制取1kgHNO3(g)时将放出多少热量?已知KNO3、H2SO4、KHSO4、HNO3(g)、K2SO4的标准生成焓依次为494.63、813.99、1160.6、135.6、1437.79(kJmol1)。 解: KNO3(s)+H2SO4(l)= KHSO4(s)+ HNO3(g)方程(1)/(kJmol1)469.63 813.99 1160.6 135.6rH=f H(生成物)(反应物)rH(1) = (1160.6 +1
7、35.6 ) (494.63 + 813.99 ) = 1344.36 kJmol12KNO3(s)+H2SO4(l)= K2SO4(s)+2HNO3(g)方程(2)/(kJmol1)469.63 813.99 1437.79 135.6rH(2)= 1437.79) + 2 (135.6) 2 (469.63) + 813.99= 1041.32 kJmol1HNO3的相对分子量为63, 1 kg HNO3的物质的量n =15.9 (mol)制取1 kg HNO3(g)时的反应热为9甘油三油酸脂是一种典型的脂肪,当它在人体内代谢时发生下列反应 C57H104O6(s)+ 80 O2(g)=
8、57CO2(g)+52H2O(l)该反应的= 3.3510 4 kJmol1 ,问如以当代男大学生平均每人每日耗能10125.3kJ,且以完全消耗这种脂肪来计算,每天需消耗多少脂肪?解:每天消耗脂肪物质的量该脂肪相对分子量为884; 每天消耗脂肪的质量为 0.30884=267.0 (g)10葡萄糖(C6H12O6)完全燃烧反应的方程式为 C6H12O6(s)+ 6O2(g)= 6CO2(g)+ 6H2O(l) 该反应的= 2820 kJmol1 ,当葡萄糖在人体内氧化时,上述反应热的约40%可用于肌肉活动的能量。试计算一匙葡萄糖(以3.8g计)在人体内氧化时,可获得的肌肉活动能量。 解:葡萄
9、糖相对分子量为180;一匙葡萄糖(3.8g)的物质的量为 3.8 / 180 = 0.021(mol) 一匙葡萄糖被氧化放出的热量为 0.021 = 0.021 2820 = 59.2 kJ可获得的肌肉活动能量 59.240% = 23.7 kJ11辛烷是汽油的主要成分,根据附录的有关数据计算下列两个反应的热效应,并从计算结果比较可以得到什么结论(已知:(C8H18,l)=218.97 kJmol1)?(1)完全燃烧 C8H18(l)+ O2(g)CO2(g)+ H2O(l) (2)不完全燃烧 C8H18(l)+ O2(g)C(s)+ H2O(l)解:据附录查得下列物质C8H18(l), O2
10、 (g) , CO2 (g),C(s), H2O(l)的标准生成焓变分别为218.97kJ.mol1, 0, 393.5 kJ.mol1, 0, 285.83 kJ.mol1rH=f H(生成物) f H((反应物) C8H18(l)+(25/2)O2(g)= 8CO2 (g) + 9H2O(g)/(kJmol1)218.97 0 393.5 285.83rH(1)= 8 (393.5) + 9 (-285.83) 0 (218.97) = 5501.5 kJmol1 C8H18(l)+(9/2)O2(g)= 16C (s) + 9H2O(g)/(kJmol1) 218.97 0 0 285.
11、83rH(2)= 0 + 9 ( 285.83 ) 0 (218.97) = -2353.5 kJ.mol1rH(1) rH(2), 结论:完全燃烧放热量大。第二章 化学反应进行的方向和限度思考题及习题解答1下列说法是否正确?如不正确,请说明原因。 (1) 因为=H,而H及变化途径无关,,H是状态函数,所以也是状态函数。答:错, H是状态函数,但是焓变(H)不是状态函数。=H只是数值关系。热量、功以及状态函数的变量“”都不是状态函数。 (2)单质的标准生成焓()和标准生成吉布斯函数变()都为零,因此其标准熵())也为零。答:错,因 H 和 G 的绝对值还无法得到,因此采用相对值,根据定义,最稳
12、定单质的和都为零,而S有绝对值,除完美晶体在0K时的熵等于0外,其它条件下的熵(包括标准熵)皆不为零。但离子的熵也是相对值,是以氢离子为相对标准(H+的= 0)。 (3)对于纯固、液、气态物质而言,100kPa、298K是其标准态。答:对。虽然热力学标准态不指定温度,但是任何温度都有其对应的标准态。 (4)H、S、G都及温度有关,但H,S,G都及温度关系不大。 答:错,一般认为反应的H,S 及温度关系不大,但G =H TS,所以G及温度关系较大。 (5)等温等压条件下,用就可以判断任何一个化学反应的方向。答:错,等温等压条件下用(0 或 0,反应不能自发进行,但其平衡常数并不等于零。答: 0,
13、只能说明在标准态下,过程不能自发进行。在非标准态下,而且|又不是很大时,不能用于判断反应方向。可逆反应平衡常数都不应为零。2选择题(将正确答案的标号填入空格内)(1)下列物理量属于状态函数的是。T p V W H H S G: 答:正确答案为 。 (2)生产水煤气的反应为 C(s)+ H2O(g)= CO(g)+ H2(g)该反应的= 131.3 kJmol1,则该反应是 (系统H 0,S 0)。低温下正向不自发,高温下正向自发;低温下正向自发,高温下正向不自发;任何温度下正向都自发;任何温度下正向都不自发 答:正确答案为。3不用查表,将下列物质按标准熵值由大到小的顺序排列。(1)Si(s)
14、(2)Br(l) (3)Br(g)答: (3)(2)(1)4给出下列过程的,的正负号(或零)(1)电解水生成H2和O2; (2)H2O(g)273K H2O(l); (3)H2O(l) 268K H2O(s)答:各变化量的符号如下表所示 (1)+(2)(3)5SiC是耐高温材料,问以硅石(SiO2)为原料,在标准状态和298K时能否制得SiC。解 SiO2 + C = SiC + O2 kJmol1 856.67 0 62.76 0 0。 结论:不能在此条件下制备SiC。6由二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法(1)MnO2(s)+ 2H2(g)= Mn(s)+ 2H2O(g) =37.22
15、kJmol1 =94.96Jmol1K1 (2)MnO2(s)+2 C(s)= Mn(s)+ 2CO(g) =299.8 kJmol1; =363.3Jmol1K1 试通过计算确定上述两个反应在298K、标态下的反应方向?如果考虑工作温度越低越好,则采用那种方法较好? 解:(1)MnO2(s) + 2H2 (g) = Mn(s) + 2H2O(g)rG=rHTr S=37.22kJmol129894.9610 3=8.922 (kJmol1) (2) MnO2(s) + 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g)rG=rHTrH= 299.8 298 363.3 10 3 = 191.54
16、kJmol1上述两个反应的均大于0,所以298K,100 kPa下反应都不能自发正向进行。(K) (K)答:若考虑工作温度越低越好,易采用方程(1)的方法。7汞的冶炼可采用朱砂(HgS)在空气中灼烧 2HgS(s)+ 3O2(g)= 2HgO(s)+ 2SO2(g) 而炉中生成的HgO又将按下式分解 2HgO(s)= 2Hg(g)+ O2(g) 试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时,才可以得到Hg(g)?已知HgS(s),HgO(s)的分别是 58.2 kJmol1,90.83 kJmol1;分别是50.6,58.56(kJmol1);分别是82.4 Jmol1K1和70.29 Jmol1K1。
17、 解: 查表得 2HgS(s) + 3O2 (g) = 2HgO (s) + 2SO2 (g)/(kJmol1) 58.2 0 90.83 297.04/(Jmol1K1)82.4 205.03 70.29 248.11 ; 0 , 低温自发,高温非自发。 结论(1):当升温至T 4607.87K 时, 反应由自发转变为非自发。 2HgO(s) = 2Hg(g) + O2(g) kJmol1 90.83 61.32 0 Jmol1K1 70.29 174.85 205.03 ; 0 , 低温非自发,高温自发。结论()当升温至T 734.76K 时, 反应由非自发转变为自发进行。所以,当734.
18、76K T 4607.87K时。才可得到Hg(g)。8汽车尾气中含有CO,能否用热分解的途径消除它?已知热分解反应为CO(g)= C(s)+ O2(g),该反应的= 110.5 kJmol1, = 89Jmol1K1 。解: rG=rH TrS, 此反应rH0, rS0 rG永远大于零,说明此反应在任何温度下反应都不能自发进行,又因 0,很小(9.51025),平衡产率很低,故不能用热解法除CO。9在298K,100kPa条件下,金刚石和石墨的标准熵分别为2.45 Jmol1K1和5.71 Jmol1K1,它们的燃烧反应热分别为395.40 kJmol1和393.51 kJmol1,试求: (
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