题解二化学反应的方向和限度精品文稿.ppt

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1、题解二化学反应的方向和限度第1页，本讲稿共47页1（2）在定温定压条件下，下列两个生成液态水的化学 方程式所表达的反应放出的热量是一相同的值。H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）（）答：以上两化学反应式是同一反应的不同形式。定温定压条件下，化学焓变（反应热）、熵变等与热化学反应方程式书写形式有关，因此反应放出的热量不同，后者是前者的两倍。第 1 章 热化学与能源第2页，本讲稿共47页2（3）功和热是在系统和环境之间的两种能量传递方式，在系统内部不讨论功和热。（）答：在热力学中将所研究对象的总体称为系统，与系统密切相关的周围物质称为环境。功和热是在系

2、统与环境之间，通过界面传递的那部分能量，与过程相关。在界面内，系统内各部分之间的能量传递不计入热、功之中。第 1 章 热化学与能源第3页，本讲稿共47页3（4）反应的H就是反应的热效应。（）答：反应的热效应包括恒压反应热效应、恒容反应热 效应。只有在恒压、只做体积功的条件下的化学反应 或过程才有qp=H，两者数值相等，概念不同。第 1 章 热化学与能源第4页，本讲稿共47页4 2.选择题（将所有正确答案的标号填入空格内）（1）在下列反应中，进行1mol 反应时放出热量最大的是（c）（a）CH4（l）2O2（g）CO2（g）2H2O（g）（b）CH4（g）2O2（g）CO2（g）2H2O（g）（

3、c）CH4（g）2O2（g）CO2（g）2H2O（l）（d）CH4（g）3/2O2（g）CO（g）2H2O（l）第 1 章 热化学与能源第5页，本讲稿共47页5解：（c）（a）式与（b）式比较：因生成CH4（g）放热少，而生成 CH4（l）放热多，故（b）反应的放热大于（a）；（b）式与（c）式相比：因生成H2O（g）放热少，而生成H2O（l）放热多，故（c）反应的放热大于（b）；（c）式与（d）式相比：（d）式CH4（g）不完全燃烧，放出的热 量显然没有（c）大，且最少。故 此题的答案是（c）（b）（a）（d）第 1 章 热化学与能源第6页，本讲稿共47页6（2）通常，反应热的精确的实验数据

4、是通过测定反应 或过程的哪个物理量而获得的。（d）（a）H（b）pV（c）qp（d）qv 答：通常，反应热的精确的实验数据是通过量热法测 得，而量热反应所用仪器通常是弹式量热器，所以测 得的是定容反应热，即qv。第 1 章 热化学与能源第7页，本讲稿共47页7（3）下列对于功和热的描述中，正确的是（a）（a）都是途径函数，无确定的变化途径就无确定的数值；（b）都是途径函数，对应于某一状态有一确定值；（c）都是状态函数，变化量与途径无关；（d）都是状态函数，始终态确定，其值也确定。答：功和热与变化过程的具体途径有关，故都是途径函数 故（a）正确。（b）中对应于某一状态有一确定值是状态函数的性 质

5、。状态相同，变化途径不同，系统与环境传递的功和 热就不同，故不正确。（c）和（d）前提和结论不对。第 1 章 热化学与能源第8页，本讲稿共47页8（4）在温度T的标准状态下，若已知反应A2B的标准 摩尔反应焓rHm，1，与反应2AC的标准摩尔反应焓 rHm，2，则反应C4B 的标准摩尔反应焓rHm，3 与 rHm，1及rHm，2的关系为 rHm，3（a）2rHm，1 rHm，2（b）rHm，1 2 rHm，2（c）rHm，1 rHm，2（d）2rHm，1 rHm，2第 1 章 热化学与能源第9页，本讲稿共47页9解：设 反应 A2B rHm，1（1）反应 2AC rHm，2（2）反应 C4B

6、rHm，3（3）根据盖斯定律，将反应组合可得反应（3）：（3）2（1）（2）即：rHm，3 2 rHm，1 rHm，2 亦可设计循环。（d）第 1 章 热化学与能源第10页，本讲稿共47页10（5）对于热力学可逆过程，下列叙述正确的是(a，b，d)（a）变化速率无限小的过程；（b）可做最大功的过程；（c）循环过程；（d）能使系统与环境都完全复原的过程。答：根据可逆过程定义，可以知道abd三项所述都是 可逆过程的特征。第 1 章 热化学与能源第1 1页，本讲稿共47页11（6）在一定条件下，由乙二醇水溶液、冰、水蒸气、氮气和氧气组成的系统中含有（a，d）（a）三个相（b）四个相（c）三种组分（d

7、）四种组分（e）五种组分 解：系统中有气体、液体、固体冰三相；乙二醇、氮气和氧气为独立组分，水、冰、水蒸气为一种组分，共四组分。第 1 章 热化学与能源第12页，本讲稿共47页12（7）一只充满氢气的气球，飞到一定高度即会爆炸，这要取决于一定高度上的（d）（a）外压（b）温度（c）湿度（d）外压和温度 答：大气压力和温度随高度的增加而下降，温度影响 内压，气球飞到一定高度以后，气球外压低，内部的 压力大于外压，故而爆裂。第 1 章 热化学与能源第13页，本讲稿共47页13（8）下列说法中，不正确的是（d）（a）焓只有在某种特定条件下，才与系统反应热相等；（b）焓是人为定义的一种具有能量量纲的热

8、力学量；（c）焓是状态函数；（d）焓是系统能与环境进行热交换的热量；答：（d）“焓”无确定的物理意义，如体积功非热能等。第 1 章 热化学与能源第14页，本讲稿共47页14 3.填空题 使可燃样品（质量为1.000 g）在弹式热量计内完 全燃烧，以测定其反应热，必须知道：（1）反应终态温度与始态温度之差T；（2）吸热介质的比热容和质量；（3）钢弹组件的总热容Cb；第 1 章 热化学与能源第15页，本讲稿共47页154.钢弹的总热容Cb可利用一已知反应热数值的样品而求得。设将0.500 g苯甲酸（C6H5COOH）在盛有1209 g水的弹式热量计的钢弹内（通入氧气）完全燃烧尽，系统的温度由296

9、.35 K上升到298.59 K。已知在此条件下苯甲酸完全燃烧的反应热效应为-3226kJmol-1，水的比热容为4.18Jg-1K-1。试计算该钢弹的总热容。第 1 章 热化学与能源第16页，本讲稿共47页16解：苯甲酸的摩尔质量为122.12gmol-1，0.500g苯甲酸完全燃烧的反应热为q qm=q/=-3226 kJ.mol-1 其中=dn/vB=0-0.500g/122.12g mol-1/(-1)q=qm=-C（H2O）T+Cb T 即 Cb=-qm+C（H2O）T/T=-32261030.500/122.12+12094.18(298.59-296.35)/(298.59-29

10、6.35)=839（JK1）第 1 章 热化学与能源第17页，本讲稿共47页175.葡萄糖完全燃烧的热化学反应方程式为 C6H12O6（s）6O2（g）=6CO2（g）6H2O（l）qp，m=2820 kJmol1 当葡萄糖在人体内氧化时，上述反应热约30可用做肌 肉的活动能力。试估计一食匙葡萄糖（3.8 g）在人体 内氧化时，可获得的肌肉活动的能量。第 1 章 热化学与能源第18页，本讲稿共47页18解：葡萄糖C6H12O6的摩尔质量为180.16 gmol-1，3.8g葡萄糖完全燃烧的热效应为：q=qp,m=qp,m（03.8)/180.16/（1）=28203.8/180.16=59.5

11、（kJ）可获得的肌肉活动的能量为：59.53018.0（kJ）第 1 章 热化学与能源第19页，本讲稿共47页19 6、已知下列热化学方程式：Fe2O3（s）3CO（g）2Fe（s）3CO2（g）；qp27.63 kJmol1 3Fe2O3（s）CO（g）2Fe3O4（s）CO2（g）；qp58.6 kJmol1 Fe3O4（s）CO（g）3FeO（s）CO2（g）；qp38.1 kJmol1 不用查表，试计算下列反应的qp。FeO（s）CO（g）Fe（s）CO2（g）提示：根据盖斯定律利用已知反应方程式，设计一循环，使消去 Fe2O3和Fe3O4，而得到所需反应方程式。若以（1），（2）（3

12、），（4）依次表示所给出的反应方程式，则可得:6qp，43qp，1qp，22qp，3第 1 章 热化学与能源第20页，本讲稿共47页20第 1 章 热化学与能源解：由化学方程式可得：6(4)=3(1)-（2）-2（3）即得以下反应方程式：6FeO（s）6CO（g）6Fe（s）6CO2（g）则 qp（4）3qp（1）-qp（2）-2qp（3）-16.7（kJmol-1）第21页，本讲稿共47页217.已知乙醇在101.325 kPa大气压下正常沸点温度（351 K）时的蒸发热为39.2 kJmol1 试估算1 mol液态C2H5OH在该蒸发过程中的体积功w和U。第 1 章 热化学与能源第22页，

13、本讲稿共47页22解：w=-pV=-nRT=-18.31410-3kJmol-1K-1351K=-2.92（kJmol-1）Hm=qp,m=39.2 kJmol-1 Um=Hm-B（Bg）RT=39.2 kJmol-1-2.92 kJmol-1=36.3（kJ）第 1 章 热化学与能源第23页，本讲稿共47页23 8.在下列反应或过程中，qv与qp有区别吗？简单说明（1）NH4HS（s）NH3（g）H2S（g）（2）H2（g）Cl2（g）2HCl（g）（3）CO2（s）CO2（g）（4）AgNO3（aq）NaCl（aq）AgCl（s）NaNO3（aq）第 1 章 热化学与能源25 25-78

14、25 第24页，本讲稿共47页24 解：据qp qv+B（Bg）RT（1）B（Bg）0，qp qv（2）B（Bg）0，qp qv（3）B（Bg）0，qp qv（4）B（Bg）0，qp qv第 1 章 热化学与能源第25页，本讲稿共47页259.根据第8题中所列的各化学方程式和条件，试计算发生下列变化时，各自U和H之间的能量差值。（1）2.00 mol NH4HS（s）的分解（2）生成1.00 mol HCl（g）（3）5.00 mol CO2（s）（干冰）的升华（4）沉淀出2.00 mol AgCl（s）第 1 章 热化学与能源第26页，本讲稿共47页26 解：（1）NH4HS（s）NH3（g

15、）H2S（g）Um-Hm=-B（Bg）RT=-28.31410-3 kJmol-1K-1298K=-4.958 kJmol-1 2.00 mol NH4HS（s）的分解过程两者能量差为：2.00 mol（-4.958 kJmol-1）=-9.29 kJ（2）H2（g）Cl2（g）2HCl（g）因为 B（Bg）0 所以 Um-Hm=0 生成1.00 mol HCl（g）过程两者能量差为0。第 1 章 热化学与能源25 25 第27页，本讲稿共47页27（3）CO2（s）CO2（g）Um-Hm=-18.31410-3 kJmol-1K-1（273.15-78)K=-1.62 kJmol-1 5.0

16、0 mol CO2（s）的升华过程两者能量差为：5.00 mol（-1.62 kJmol-1）=-8.10 kJ（4）AgNO3（aq）NaCl（aq）AgCl（s）NaNO3（aq）B（Bg）0 Um-Hm=0 沉淀出2.00 mol AgCl（s）过程两者能量差为0。第 1 章 热化学与能源25-78 第28页，本讲稿共47页28 10.试查阅附表3的数据计算下列反应的rHm（298.15 K）。（1）4NH3（g）3O2（g）2N2（g）6H2O（l）（2）C2H2（g）H2（g）C2H4（g）（3）NH3（g）稀盐酸（4）Fe（s）CuSO4（aq）第 1 章 热化学与能源第29页，本

17、讲稿共47页29 解：（1）4NH3（g）3O2（g）2N2（g）6H2O（l）fHm(298.15K)-46.11 0 0-285.83rHm=BfHm(298.15K)=6（-285.83）-4（-46.11）kJmol-1=-1530.54 kJmol-1（2）C2H2（g）H2（g）C2H4（g）fHm(298.15K)226.73 0 52.26rHm=BfHm(298.15K)=（52.26-226.73）kJmol-1=-174.47 kJmol-1第 1 章 热化学与能源第30页，本讲稿共47页30（3）NH3（g）H+(aq)=NH4+（g）fHm(298.15K)46.11

18、 0-132.43 rHm=BfHm(298.15K)=（-285.83）-（-46.11）kJmol-1=-86.32 kJmol-1（4）Fe（s）Cu（aq）=Fe（aq）Cu（s）fHm(298.15K)0 64.77-89.1 0 rHm=BfHm(298.15K)=（-89.1）-64.77kJmol-1=-153.9 kJmol-1第 1 章 热化学与能源第31页，本讲稿共47页31 11.计算下列反应的（1）rHm（298.15 K）；（2）rUm（298.15K）和（3）298.15K进行1mol反应时的体积功w CH4（g）4Cl2（g）CCl4（l）4HCl（g）第 1

19、章 热化学与能源第32页，本讲稿共47页32 解：CH4（g）4Cl2（g）CCl4（l）4HCl（g）fHm(298.15K)-74.81 0-135.44-92.307（1）rHm=(-135.44)+4(-92.307)-(74.81)kJmol-1=-429.86 kJmol-1（2）rUm=rHm-B（Bg）RT=-429.86kJmol-1-（4-5）8.31410-3 kJmol-1298.15 K=-429.86 kJmol-1（3）等温等压下 w=-nRT=-(4-5)8.31410-3 kJmol-1 298.15 K=2.479 kJmol-1第 1 章 热化学与能源第3

20、3页，本讲稿共47页3312.近298.15 K时在弹式热量计内使1.0000g正辛烷（C8H18，l）完全燃烧，测得此反应热效应为-47.79 kJg-1（对于1.0000 g液体C8H18而言）。试根据此 实验值，估算正辛烷（C8H18，l）完全燃烧的（1）qv；（2）rHm（298.15 K）。第 1 章 热化学与能源第34页，本讲稿共47页34第 1 章 热化学与能源解：C8H11(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l)（1）qv,m=q/=q/(0-m/M)v=(-47.79)kJg-1(0-114.23)gmol-1(-1)=-5459 kJmol-1（2）qp=qv+vB

21、（Bg）RT=-5459 kJmol-1-4.58.31410-3 kJmol-1 K-1 298.15K=-5470 kJmol-1 rHm=qp=-5470 kJmol-1 第35页，本讲稿共47页3513.利用CaCO3、CaO、和CO2的fHm（298.15 K）的数 据，估算煅烧1000kg石灰石（以纯CaCO3计）成为生 石灰所需热量。又在理论上要消耗多少燃料煤（以 标准煤的热值估算）？第 1 章 热化学与能源第36页，本讲稿共47页36解：rHm=vBfHm=fHm（CaO，s）+fHm（CO2，g）-fHm（CaCO3，s）=-393.509+（-635.09）-（-1206.

22、92）=178.32 kJmol-1 Qp=qpn=rHmn=178.32 kJmol-1(1000103g/100.g mol-1)=1.78106 kJ即 需消耗的燃料煤为（29.3 MJkg-1）：m=Qp/q=1.78106kJ/29.3103 kJkg-1=60.8 kg第 1 章 热化学与能源第37页，本讲稿共47页3714.设反应物和生成物均处于标准状态，试通过计算说明298.15 K时究竟是乙炔（C2H2）还是乙烯（C2H4）完全燃烧会放出更多热量：（1）均以kJmol-1表示；（2）均以kJg-1表示。第 1 章 热化学与能源第38页，本讲稿共47页38解：C2H2(g)+5

23、/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)（1）rHm，1=BfHm=-1299.58 kJmol-1 rHm，2=BfHm=-1410.94 kJmol-1 C2H4放出的热量多（2）rH1=fHm，1/M乙炔=-49.91（kJg-1）rH2=fHm，2/M乙烯=-50.28（kJg-1）C2H4放出的热量多第 1 章 热化学与能源第39页，本讲稿共47页3915.通过吸收气体中含有的少量乙醇可使K2Cr2O7酸性溶液变色（从橙红色变为绿色），以检验汽车驾驶员是否酒后驾车（违反交通规则）。其化学反应可表示为 2Cr2O72-（aq）16H+(aq）3C2H5OH（aq）4Cr3+(aq）

24、11H2O（l）3CH3COOH（l）试利用标准摩尔生成焓数据求该反应的 rHm（298.15 K）？第 1 章 热化学与能源第40页，本讲稿共47页40解：2Cr2O72-(aq)+16H+(aq)+3C2H5OH(l)=4Cr3+(aq)+11H2O(l)+3CH3COOH(l)rHm=BfHm=4fHm(Cr3+，aq)+11fHm(H2O，l)+3fHm(CH3COOH，l)-16fHm(H+，l)-2fHm(Cr2O72-，aq)-3fHm(C2H5OH，l)=-8780.4 kJmol-1第 1 章 热化学与能源第41页，本讲稿共47页41*16.试通过计算说明下列甲烷燃烧反应在2

25、98.15 K进行1 mol反应进度时，在定压和定容条件 燃烧热之差别，并说明差别之原因。CH4（g）2O2（g）CO2（g）2H2O（l）第 1 章 热化学与能源第42页，本讲稿共47页42解：qp-qv=B（Bg）RT=-2RT=-28.314298.15=-4958（Jmol-1）产生这种差别的原因是反应前后的体积发生了变化。第 1 章 热化学与能源第43页，本讲稿共47页4317.在298.15 K时碳、氢和甲烷标准摩尔燃烧焓分别为393.5、285.8和890.4 kJmol1，试推算出该温度下甲烷的标准摩尔生成焓的值。【提示：找出甲烷的生成反应与碳（石墨）、氢（g）及甲烷（g）三个

26、燃烧反应的关系，再利用盖斯定律的运算方法求算。注意，这种计算与反应的各个步骤在实际上能否发生无关，所需要的仅仅是各步骤在形式上是可能的。】第 1 章 热化学与能源第44页，本讲稿共47页44解：C（s）O2（g）CO2（g）（1）H2（g）1/2O2（g）H2O（l）（2）CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+H2O（l）（3）C（s）2H2（g）CH4（g）（4）由化学方程式可得：（4）（1）2（2）（3）则fHm（CH4）rHm（4）fHm（1）2 fHm（2）fHm（3）cHm（C）2 cHm（H2）cHm（CH4）393.52285.8890.4 74.7（kJmol1）第 1 章

27、 热化学与能源第45页，本讲稿共47页4518.环己烯的氢化焓是120 kJmol1，苯氢 化焓是208 kJmol1，计算苯的离域 焓。【提示：环己烯及苯的性质与氢化反应可参考大学有机化学教材，也可根据分子式进行推演苯有三个定域双键为基础计算苯的氢化焓，这个数值与观察值（208 kJmol1）之间的差别就是离域焓。共轭双键的离域作用带来了苯的热化学稳定性。】第 1 章 热化学与能源第46页，本讲稿共47页46解：假设苯有三个定域双键计算其氢化焓，则 rHm（苯，氢化）3 rHm（环己烯，氢化）360（kJmol1）则苯的离域焓 rHm（苯，离域）360（208）152（kJmol1）第 1 章 热化学与能源第47页，本讲稿共47页47