【精编版】普通化学第二章补充习题及答案.pdf
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1、第二章化学反应基本原理重点内容概要1、封闭系统影响反应方向的因素:焓减小(rHm0)都是有利因素。判断化学反应自发方向要综合考虑系统的rHm rSm两个影响因素。吉布斯等温方程式:rGm=rHm-TrSm(吉布斯函数定义G=H-TS)将焓和熵两个因素统一起来。2、熵熵是系统混乱度的量度。统计热力学定义:S=kln。熵值与温度、聚集状态、分子结构有关(要求会利用规律比较熵值大小)同物、同温:S(g)S(l)S(s)同物、同状态:S(高温)S(低温)同温、同状态:结构相似时S(分子量大的)S(分子量小的),分子量相近时S(含原子数多的)S(含原子数少的)S(完美晶体,0K)=0(热力学第三定律)熵
2、增加原理:S(隔离)0 隔离系统过程自发性判据。对于反应BBB0BmBBmrSS,BmS,标准熵(可查298K 数据)规定0),(,aqHSm)(TKSmr)298(KSmr(前提是温度改变物质的状态没变)3、吉布斯函数G=H-TS STHG(等温条件下成立)最小自由能原理:0mrG过程自发,反应向正反应方向进行0mrG过程非自发,反应向逆反应方向进行0mrG平衡状态化学平衡热力学标志)(TGmrBppRTTGBBmr)/(ln)(QRTTGmrln)((该式中反应商的写法要特别注意:气体代相对分压,溶液代相对浓度,固体、液体不用代入。以计量系数(反应物-,生成物+)为指数连乘)例如:MnO2
3、(s)+2Cl-(aq)+4H+(aq)=Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)(典型的反应)42/)(/)(/)(/)(22ccccppccQHClClMn)298()298(,KGKGBmBfBmr(因只有 298.15K的数据,所以该式只能计算298.15K反应的标准摩尔吉布斯函数变))15.298(298)298()298(KSKKHKGmrmrmrmrmrmrSTKKHTKG)298()((使用该式计算要特别注意单位换算,前一项单位kJ.mol-1,而后一项T S 单位一般为J.mol.K-1)(注意mrG、mrG两者的区别、应用、计算)例如:判断反应的方向(一定T P 下)
4、mrGmrG只能判断标准状态下反应的方向,可以估计一般状态下反应的可能性。以40kJ.mol-1为界限,若+40 kJ.mol-1反应自发的可能性极小,原因是即使能反应,反应进行的程度几乎可以忽略不计(因为利用KRTTGmrln)(计算出平衡常数很小);若-40 kJ.mol-1反应自发的可能性极大(有的教材认为mrG0 的反应都能自发进行。(错:该条件只能判断对应温度孤立系统、标准状态下自发)3、mrG0(错:主要看气体分子数)5、CaCO3在高温下可以发生分解反应,故该反应为吸热熵增。(对:)6、根据能量最低原理,放热反应是自发进行的。(错:影响自发性因素还有混乱度)7、冰在室温下自动融化
5、成水,是熵增起了重要作用的结果。(对:)8、化学反应的熵变与温度有关,但随温度变化不明显。(对:温度变化没有引起状态变化的前提下)9、对于可逆反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),0mrH,升高温度使正增大,逆减小,故平衡向右移动。(错:升高温度正逆反应速率都增大,不会减小)10、反应活化能越大,反应速率也越大。(错:相同温度下,活化能越大,速率常数越小,一般讲速率也越小)11、若反应速率方程式中浓度的指数等于反应方程式中反应物的系数,则该反应使基元反应。(错:例如 H2(g)+I2(g)=2HI的反应就不是基元反应)12、反应级数取决于反应方程式中反应物的计量系数。(错:非基元
6、反应必须以试验为依据)13、根据分子碰撞理论,具有一定能量的分子在一定方位上发生有效碰撞,才可能生成产物。(对)14、根据质量作用定律,反应物浓度增大,则反应速率加快,所以反应速率常数增大。(错:速率常数与浓度无关)15、反应速率常数与温度有关,而与反应物浓度无关。(对)二、选择题1 热力学函数的定义与性质1-1、下列各热力学函数中,哪一个为零:(B)(A)fGm(I2,g.298 K)(B)fHm(Br2,l.298 K)(C)Sm(H2,g.298 K)(D)fGm(O3,g.298 K)(E)fHm(CO2,g.298 K)1-2、若下列反应都在298 K 下进行,则反应的rHm与生成物
7、的fHm相等的反应是:(C)(A)1/2H2(g)+1/2I2(g)HI(g)(B)H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)(C)H2(g)+1/2O2(g)H2O(g)(D)C(金刚石)+O2(g)CO2(g)1-3、如果系统经过一系列变化,最后又回到起始状态,则下列关系式均能成立的是:(C)(A)Q=0;W=0;U=0;H=0 (B)Q 0;W 0;U=0;H=Q(C)U=0;H=0;G=0;S=0 (D)QW;U=QW;H=0 1-6、已知反应 H2(g)+Br2(g)2HBr(g)的标准平衡常数K1=4.0 102,则同温下反应1/2H2(g)+1/2Br2(g)HBr(g)的 K2为:
8、(B)(A)(4.0102)1(B)2.0 101(C)4.0 102(D)(4.0 102)1/21-7、6 题述两个反应的)1(mrG与)2(mrG的关系是(答 D)(A)1(mrG=)2(mrG(B)1(mrG=)2(mrG2(C)1(mrG=)2(21mrG(D)1(mrG=)2(2mrG1-8、下列关于熵的叙述中,正确的是:(答:C)(A)298K 时,纯物质的Sm=0 (B)一切单质的Sm=0 (C)对孤立体系而言,rSm 0 的反应总是自发进行的。(D)在一个反应过程中,随着生成物的增加,熵变增大。2、反应自发性与化学平衡2-1、某反应在高温时能自发进行,低温时不能自发进行,则(
9、B)(A)H 0 ,S 0 ,S 0 (C)H 0 (D)H 0 ,S K,rGm 0(C)Q K,rGm 0 (D)Q 0 2-6、已知反应 H2(g)+Br2(g)2HBr(g),在 1297 K 和 1495 K 时的 K 分别为 1.6 105和3.5 104,则该反应的焓变或自由能变:(A)rHm 0 (B)rHm 0 (C)rGm 0(答:B C 分析:根据RSRTHKmrmrln或)()()(ln211212TTTTRHTKTKmr温度升高,放热反应,平衡常数减小;吸热反应,平衡常数增大根据rGmRTlnK K 可知rGm K1(B)ppOH)(2=K1(C)ppOH)(2=K2
10、(D)K1ppOH)(2 K23、化学反应速率3-1、A B+C 是吸热的可逆基元反应,正反应的活化能为E正,逆反应的活化能为E逆,那么:(A)E正 E逆(C)E正=E逆(D)无法确定(答:B 根据过度状态理论,能量反应历程图理解。H=E正-E 逆)13、下列 能量反应历程图,属于放热反应的是(AD)(A)(B)(C)(D)3-2-1、二级反应速率常数的量纲是:(A)s1(B)mol dm3s1(C)mol1dm3s1(D)mol1dm3s1(答:D 速率常数 k 量纲=ndmmolsdmmol)(313n反应级数)3-2-2、某反应的速率常数为0.099min-1,反应物的起始浓度为0.20
11、mol.L-1,反应的半衰期为()(A)7min (B)1.01min (C)4.04min(D)无法计算(答:A 一级反应特征的几种计算要掌握)3-3、对于一个确定的化学反应来说,下列说法中正确的是:(A)rGm越负,反应速率越快(B)rSm越正,反应速率越快(C)rHm越负,反应速率越快(D)活化能越小,反应速率越快(答:D)()(BcAkcvyxRTEaAek对于确定的反应,反应速率与过程活化能、反应温度和反应物浓度有关)3-4、反应 A+BC+D 为放热反应,若温度升高10,其结果是(答:D)(A)对反应没有影响(B)使平衡常数增大一倍(C)不改变反应速率(D)使平衡常数减少4、热力学
12、函数、平衡常数的计算与应用4-1、反 应MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g)的166.117molkJHmr,1191.174KmolJSmr,欲使该反应在500K 时能自发进行,则 CO2的分压为(答 A)(A)低于 69.9Pa (B)高于 6.9910-2Pa(C)低于 6.9910-2Pa (D)高于 69.9Pa 分析:rGm=rHmrSm117.66-500174.91 10-3=30.205kJ.mol-1(注 意前后单位统一)27.7500314.81000205.30lnRTGKmrK10-4(注意上下单位统一;ln 不是 log)PcoPK)(2P(CO2)=6.9
13、910-4 100kPa=6.99 10-2kPa所以,当 P(CO2)69.9Pa时,Q 0 因为在指定温度与压力下,银氧化生成氧化银反应的吉布斯函数变大于零,所以反应不能进行,怀疑时错误的。1-3、煤里总含有一些含硫杂质,因此燃烧时会产生SO2和 SO3。试问能否用CaO 吸收SO3以减少烟道气体对空气的的污染?若能进行,试计算标准状态下能使反应进行的最高温度?(所需数据可查表)答:反应:CaO(s)+SO3(g)=CaSO4(s)()()()298(34SOHCaOHCaSOHKHmfmfmfmr =-1434.5-(-634.9)-(-396.7)=-403.9kJ.mol-1同理)2
14、98(KGmr-1322.0-(-603.3)-(-371.1)=-347.6 kJ.mol-1(由于-347.6-40 kJ.mol-1,根据经验可以判断反应可以自发进行))298(KSmr106.5-38.1-256.8=-188.4 J.mol-1.K-1但由于0)298(KHmr0)298(KSmr反应进行最高温度CKSHTmrmrC69.187084.21434.18810009.4031-4、已 知石墨)(mS=5.740J mol-1 K-1,金刚石)(mfH=1.897 kJmol-1,(金刚石)mfG=2.900 kJ mol-1。试通过计算说明石墨和金刚石的相对有序程度。答
15、:转变反应:石墨=金刚石)15.298(KHmr1.897 kJ.mol-1)15.298(KGmr=2.900kJ.mol-1)15.298(KGmr)15.298(KHmr-298.15K)15.298(KSmr(注意上式对应的反应为由指定单质生成1molB反应时,反应的焓变用生成焓代替,反应的吉布斯函数变用生成吉布斯函数变代替,熵变绝对不要用B 的标准熵代,应该是由指定单质生成1molB反应的熵变))15.298(KSmr=1.100015.298900.2897.1KmolJ=-3.364J.mol-1.K-1)15.298(KSmr=(石墨)金刚石mmSS)(=)(金刚石mS5.74
16、0)(金刚石mS=5.740-3.364=2.376 J.mol.K-1 0 所以常温标准状态下不能自发反应.(3 分)(2))15.298(KHmr=-313.8+394.3=80.5 kJ.mol-1)15.298(KSmr=1.15.2981.335.80KmolkJ=1.15.2984.47KmolkJ)600(KGmr)15.298(KHmr-600K)K15.298(Smr=80.5-60015.2984.47=-14.9 kJ.mol-1 6 分)600(KGmr0 所以 600K 标准状态下能自发反应.8 分1-6、某反应A(s)+B(aq)=C(g)+D(l)的)298(KG
17、mr和)299(KGmr分别为30.00kJ.mol-1和 30.02kJ.mol-1,求该反应的mrH和mrS。答:根据mrH和mrS受温度影响小,在一定温度范围内其值可视为常数得:30.00=mrH-298mrS30.02=mrH-299mrS解得:mrH=35.96 kJ.mol-1mrS=-0.02kJ.mol-1.K-1=-20kJ.mol-1.K-11-6、已知反应 N2(g)+3H2(g)=2NH3(g),在 673K 时mrG=48.5 kJmol1,mrH=-104 kJmol1,试估算该反应在773K 时mrG。答:原理同上773K 时mrG=mrH-773K 673)67
18、3(KGHmrmr=-71.2 kJmol11-7、298K 时,反应:(1)HF(aq)+OH (aq)=H2O(l)+F(aq),mrG=61.86 kJmol1(2)H2O(l)=H (aq)+OH (aq),mrG=79.89 kJmol1 计算 HF在水中离解反应HF(aq)=H(aq)+F(aq)的mrG。若c(HF)=c(F)=0.1mol L1 时,HF 在水中离解反应正向自发,介质pH 应在何范围?答:反应(1)+(2)得 HF 在水中离解反应(3):HF(aq)=H (aq)+F(aq)所以反应(3)的rGm=(61.86 kJmol1)+(79.89 kJmol1)=18
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