近代化学基础 第四章 习题答案

1、近代化学基础 第四章 习题答案 第四章习题参考解答 6.已知 （1） c(s) + o2 (g) = co2(g) rhm?(1) =-393.5kjmol-1 (2) h2(g) + 1/2o2(g) = h2o(l) rhm?(2) = -285.9 kj.mol-1 (3) ch(g) + 2 o (g) = co(g) + 2ho(l) rhm?(3) = -890.0kj.mol-1 试求反应 c(s) + 2h2(g) = ch4(g) 的rhm? 。 . 解：（1）+ 2(2)=（3） rhm?= rhm?(1)+2rhm?(2)- rhm?(3) = -393.5 + 2（-2

2、85.9）-（-890.0）= -75.3 kj.mol-1 7. 阿波罗登月火箭用n2h4(l)作为燃料，用n2o4(g)作氧化剂，燃烧后产生n2(g)和h2o(l)，写出配平的化学方程式，并计算n2h4(l)燃烧反应的rhm?(298.15k)。 解： 2n2h4(l) + n2o4(g) = 3n2(g) + 4h2o(l) 查表得各物质的rhm?为 fhm?( n2h4,1) = 50.63kjmol-1 fhm?( n2o4) = 9.16kjmol-1 fhm?( h2o ,1) =-285.84kjmol-1 rhm?= 4fhm?( h2o) - 2fhm?( n2h4)- f

3、hm?( n2o4) = 4(-285.84) - 250.63 - 9.16 = -1253.8 kj.mol-1 8预言下列过程体系的s符号： (1) 水变成水蒸汽； （2） 气体等温膨胀； （3）苯与甲苯相溶； （4） 盐从过饱和水溶液中结晶出来； （5）渗透。 解：(1)s0；(2)s0；(3)s0； (4)s0；(5)s0 9利用附录的数据，判断下列反应在标准态下能否自发进行。 (1) ca(oh)2(s) + co2(g) = caco3(s) + h2o(l) (2) 略 解：由附录得ca(oh)2(s), co2(g), caco3(s), h2o(l)的fgm?分别为 -89

4、6.69， -394.36，-1128.8， -237.13kj.mol-1 rgm?= -1128.8 + (-237.13) -(-896.69 -394.36) kj.mol-1 =-74.88 kj.mol-1 在标准态下rgm=rgm? 13 10. co 是汽车尾气的主要污染源，有人设想用加热分解的方法来消除它： co(g) = c (s) + 1/2 o2(g) 试从热力学角度判断该想法能否实现？ 解：fgm? (co,g) = -137.17kj.mol-1 上述反应的rgm? =137.17kj.mol-1 0 反应逆向进行的倾向性很大。该想法不能实现。 11. 蔗糖在新陈代

5、谢过程中所发生的总反应可写成： c12h22o11 (s) + 12 o2(g) = 12 co2 + 11 h2o(l) 假定有25%的反应热转化为有用功，试计算体重为65kg的人登上3000米高的山，须消耗多少蔗糖？（已知fhm?(c12h 22o11)= -2222kj.mol-1 ） 解：co2 和h2o(l)的fhm?分别为-393.5kjmol-1和-285.84kjmol-1 rhm?= 11fhm?( h2o) + 12fhm?( co2)- fhm?( c12h 22o11) = 11(-285.84) + 12(-393.5) - (-2222) = -5644.2 kj.

6、mol-1 有25%的反应热转化为有用功,每摩尔蔗糖可做的功w =-5644.225% =-1411 kj。 体重为65kg的人登上3000米高的山，须作功为 w =mgh= 65kg3000m9.8m.s-2=1911kj 须消耗蔗糖量 n = 1911/1411=1.354mol m = nm =1.354mol34210-3kg.mol-1= 463g 12. 已知反应 (a) s(s) + h2(g) = h2s(g) k?a = 1.010-3 (b) s(s) + o2(g) = so2 (g) k?b = 5.0106 计算下列反应 so2(g) + h2(g) = h2s(g)

7、 + o2(g) 的k?值。 解：（a）-（b）得所求的反应。所以有 k ? = ka?/ kb? = 1.010 / 5.0 10 6 = 2.010 3 -10 13. 有反应 pcl5 (g) = pcl3(g) + cl2(g) (1) 计算在298.15k时该反应的rgm?(298.15k)和k?的值各是多大。 (2) 近似计算在800k时该反应的k?。 -1 解： 查表得：pcl5的 fgm? = -305 kj.molfhm?= -375 kj.mol-1 -1 -1 pcl3的 fgm? = -268 kj.molfhm? = -287 kj.mol -1 (1) rgm? =

8、-268-(-305)= 37 kj.mol -7k ?=exp(-rgm? /rt) = exp(-37000 / 8.314 298.15) = 3.3 10 -1 (2) rhm? =-287-(-375) = 88 kj.mol ?rhmk2118800011ln?(?)?(?)?22.27603 rt1t28.314298.15800k1 k2? =1.56 10 3 14 14. 已知反应 1/2cl2(g) + 1/2h2(g) = hcl(g) 在298.15k时，k? = 4.971016， -1 rhm? (298.15k) = -92.3 kj.mol，求500k时的k?

9、(500k)。 ?k2?rhm11 解： ln?(?) k1rt1t2?k2?9230011ln?(?) 164.97?108.314298.15500解之得： k?(500k) = 1.471010 15. 已知在298.15k时，空气中水蒸气的分压力为1800pa，问此时水是否能蒸发？为 什么？用计算说明之，并问该温度下饱和水蒸气压是多大(pa)？若同温度下当空气中水蒸气分压为5000pa，问此时水是蒸发呢？还是凝聚？为什么？ 解：水变为水蒸气的变化h2o(l) = h2o(g) 可视为一有纯凝聚相参加的化学变化。在 298.15k时的标准反应吉布斯函数变为： rgm?(298.15k)

10、= fgm?( h2o,g) - fgm?( h2o,l) = -228.57 kj.mol-1-(-237.13 kj.mol-1) = 8.56 kj.mol-1 -2k ?=exp(-rgm? /rt) = exp(-8560 / 8.314 298.15) = 3.16410 k ?= p(h2o)饱和 / p? -2 p(h2o) 饱和= k ? p? =3.16410 100kpa = 3.164kpa 由题给条件，空气中水蒸气的分压力为1800pa，小于此温度下的饱和蒸气压，此时水能蒸发。若同温度下空气中水蒸气分压为5000pa，此时大于此温度下的饱和蒸气压，水蒸气应是凝聚为水。

11、 16. 计算在298.15k时，下列反应的标准平衡常数k?。 3o2(g)?o3(g) 2解：298.15k时o3的fgm?为163 kj.mol-1 rgm? = 163 kj.mol-1 -29 k ?=exp(-rgm? /rt) = exp(-163000 / 8.314 298.15) = 2.7710 17. 设反应 aa + bb c 在恒温下，当ca恒定时，若将cb增大为原来的二倍，测得其反应速率亦增大为原来的二倍；当cb恒定时，若将ca增大为原来的二倍，测得其反应速率增大为原来的四倍。试写出此反应的速率方程式。 解：设速率方程为 = k cacb (1) 当ca恒定时 2

12、= k ca (2cb)(2) 当cb恒定时 4 = k (2ca)(cb)(3) (2) / (1) 得 =1，(3) / (1) 得= 2 2 此反应的速率方程为 = k cacb 15 18. 对下列反应 c2h5cl (g) c2h4(g) + hcl(g) -1 已知其活化能ea=246.9kj.mol，700k时的速率常数 k1=5.910-5s-1，求800k时的速率常数k2是多少？ 解： ln lnk2ea11?(?) k1rt1t2k224690011?(?) ?5?15.9?10s8.314700800 k2=200.9 k1 =1.1910-2s-1 19. 已知在967

13、k时，n2o(g)的分解反应 n2o(g) n2(g) + 1/2 o2(g) -1-1 在无催化剂时的活化能为244.8 kj.mol，而在au作催化剂时的活化能为121.3 kj.mol。问：在金作催化剂时反应速率增加为原来的多少倍？ 解：由阿累尼乌斯公式：k?ae?e/rt?ea/rt k2a2ea,2?e?(e2?e1)/rt?e?(121300?244800)/8.314?967?e15.362?4.69?106 ?ea,1/rtk1a1e 20. 在301k时，鲜牛奶大约在4h后变酸。但在278k时，鲜牛奶在48h后才变酸。假定反应速率与牛奶变酸时间成反比，求牛奶变酸的活化能。 解

14、：根据动力学结论，同一反应当达到相同变化时，速率常数与所需时间成反比。即 k2 / k1 = t1/ t2 lne11t1k?ln2?a(?) rt1t2t2k1t111?1411?1(?)?8.314ln(?)j.mol?1?75.16kj.mol?1 48301278t2t1t2ea?rln 16 21. 写出下列反应的标准平衡常数k?的表达式： (1) nh3(g) = 3/2h2(g) + 1/2n2(g) (2) baco3(s) = bao(s) + co2(g) (3) fe3o4(s) + 4h2(g) = 3fe(s) + 4h2o(g) 13解：(1) nh3(g)?n2(

15、g)?h2(g) 22k?(ph2/p?)3/2(pn2/p?)1/2(pnh3/p?) (2) baco3(s)?bao(s)?co2(g) k? = p(co2)/p? (3) fe3o4(s)?4h2(g)?3fe(s)?4h2o(g) k?(ph2o/ph2)4 22. 若将1.00 mol so2(g)和1.00 mol o2(g)的混合物，在600和100kpa下缓慢通过v2o5催化剂，使生成so3(g)。当达到平衡后总压仍为100kpa，测得混合物中剩余的o2为0.615mol。试计算标准平衡常数k?(873k)。 解： 2so2 (g) + o2 (g) = 3so3(g) 初

16、始： 1.00 mol 1.00 mol 0 变化量： 2（1-0.615） 1-0.615 2（1-0.615） 平衡时： 0.23 mol 0.615mol 0.77mol n = 1.615mol 平衡时分压：(0.23/1.615) p?(0.615/1.615) p?(0.77/1.615) p? k? ?(l (1) 在298k，100kpa下的rhm? (298.15k)，rsm? (298.15k)，rgm? (298.15k)； -1 (2) 在1123k，100kpa下的rgm? (1123k)和k?(1123k)； (3) 在100kpa压力下(即p(co2)=100kp

17、a)进行分解的最低温度。 解： 查298k时 mgo(s)的fhm?=-601.83kj.mol-1, sm?= 27j.k-1.mol-1 fgm? =-569.55kj.mol-1 co2(s)的fhm?=-393.51kj.mol-1, sm? = 213.7j.k-1.mol-1 fgm?=- 394.36kj.mol-1 (1) rhm?（298k）= - 601.83 -393.51 -(-1111.88) = 116.54 kj.mol -1 rsm?（298k）= 27 + 213.7 - 65.6 = 175.1 j.k-1 .mol -1 394.36 -(-1028.28) = 64.42 kj.mol-1rgm?（298k）= -569.55 (2)