普通化学第二章补充习题及答案

1、概念、习题与解答 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（DrHm<0）、熵增加（DrSm>0）都是有利因素。判断化学反应自发方向要综合考虑系统的DrHm DrSm两个影响因素。吉布斯等温方程式：DrGm =DrHm -TDrSm (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

2、)>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） 熵增加原理：DS（隔离）>0 隔离系统过程自发性判据。 对于反应 标准熵（可查298K数据） 规定 (前提是温度改变物质的状态没变)3、吉布斯函数 G=H-TS (等温条件下成立) 最小自由能原理：过程自发，反应向正反应方向进行 过程非自发，反应向逆反应方向进行 平衡状态化学平衡热力学标志 （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(s)+2Cl-(aq)+4H+

3、 (aq)=Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)（典型的反应） （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）（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TS单位一般为J.mol.K-1） （注意、两者的区别、应用、计算） 例如：判断反应的方向（一定T P下） 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>+40kJ.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（因为利用计算出平衡常数很小）；若<-40k

4、J.mol-1反应自发的可能性极大(有的教材认为<0，反应自发的可能性较大，0-40 kJ.mol-1需要具体分析计算才能确定。)4、化学平衡化学平衡热力学特征 动力学特征 v(正)=v(逆)标准平衡常数 （注意：溶液代相对浓度） （注意：两种计算平衡常数的方法要掌握，从上式可以得出结论：反应的标准平衡常数（对于给定的反应即写法一定）只与温度有关，与起始浓度或分压无关，与过程进行的途径（是否用催化剂）无关。）平衡移动方向： 反应正向自发或平衡向正向移动 平衡状态或平衡不移动 反应逆向自发或平衡向逆向移动温度对平衡常数的影响： 5、反应速率 对于反应 对于反应 若为元反应 质量作用定律若为

5、非元反应 x,y由实验确定（元反应）反应级数 n = a+b （非元反应）n = x + y（若实验发现n = a+b，不能确定反应就是元反应。如H2+I2=2HI）速率系数，对于给定的反应，只与温度和催化剂有关。 一级反应特征：（由 积分式 积分得 可以看出特征 半衰期只与速率系数有关，与起始浓度无关 lnc=-kt + lnc0 直线关系 速率系数量纲（单位）是(时间)-1 阿伦尼乌斯公式： （Ea活化能） （从该式可以推断：在低温区温度对速率影响大；活化能大的反应（速度慢的反应）温度对反应速率影响大）（温度对活化能影响可以忽略，催化剂因改变反应历程而改变活化能但不改变始态和终态，因此不改

6、变平衡）5. 链反应与光化学反应的一般概念6. 大气的主要污染物，温室效应、臭氧层空洞、酸雨及光化学烟雾等综合性大气污染及其控制。7. 清洁生产和绿色化学的概念化学反应基本原理判断题1、指定单质的DfGm、DfHm、Sm皆为零。 (错 ：指定单质Sm不为零，)2、rSmy >0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、<0的反应必能自发进行。 (错 ：该条件只能判断对应温度标准状态4、若生成物的分子数比反应物的分子数多，则该反应的rSmy >0 (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

7、 ：)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),升高温度使增大，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H

8、2（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) DfGm°(I2, g. 298 K) (B) DfHm°(Br2, l. 298 K) (

9、C) Sm°(H2, g. 298 K) (D) DfGm°(O3, g. 298 K) (E) DfHm°(CO2, g. 298 K)1-2、若下列反应都在298 K下进行，则反应的DrHm°与生成物的DfHm°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)  

10、0;      (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；DU = 0；DH = 0         (B) Q ¹ 0；W ¹ 0；DU = 0；DH = Q   (C) DU = 0；DH = 0；DG = 0；DS = 0&#

11、160;    (D) Q ¹ W；DU = Q - W；DH = 01-6、已知反应H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)的标准平衡常数K1° = 4.0´10-2，则同温下反应1/2H2(g) + 1/2Br2(g) HBr(g)的K2°为： （B）       (A) (4.0´10-2)-1      (B) 2.0´10-1     

12、; (C) 4.0´10-2       (D) (4.0´10-2)-1/21-7、6题述两个反应的与的关系是 （答D）  (A)   = (B)  =2   (C)   = (D) =1-8、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 

13、; (C) 对孤立体系而言，DrSm° > 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 （B）(A) DH > 0  , DS< 0       (B) DH > 0  , DS > 0    (C) DH < 0   , DS> 0 &#

14、160;  (D) DH < 0   , DS < 0 2-2、在定温定压条件下，某反应的。下列说法正确的是 。 (D) (A) 该反应的， (B) 该反应一定不能自发进行(C) 该反应在非标准条件下，一定不能自发进行（D）298K,标准条件下，该反应一定不能自发进行 2-3、已知反应H2O(g)1/2O2(g) + H2(g)在一定温度、压力下达到平衡。此后通入氖气，若保持反应的（总）压力、温度不变，则：       (A) 平衡向左移动  

15、  (B) 平衡向右移动    (C) 平衡保持不变   (D) 无法预测（B：相当于增大体积产生的后果）2-4、298K,对于反应2AB(g) = A2(g) + B2(g), 保持温度不变增大容器的体积，降低总压力时，反应物的转化率   (A) 增大    (B) 减少     (C)不变   (D) 无法预测 （C：因反应前后气体分子系数相同，总压对平衡无影响）2-5、已知反应N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)的K° =

16、 0.63，反应达到平衡时，若再通入一定量的N2(g)，则K°、反应商Q和DrGm°的关系是： （答：D）(A) Q = K°，DrGm° = 0   (B) Q > K°，DrGm° > 0 (C) Q < K°，DrGm° < 0     (D) Q < K°，DrGm° > 02-6、已知反应H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)，在1297 K和1495 K时的K°分别为1.6

17、´105和3.5´104，则该反应的焓变或自由能变：      (A) DrHm° > 0       (B) DrHm° < 0        (C) DrGm° < 0       (D) DrGm° > 0（答：B C分析：根据 或 温度升高，放热反应，平衡常数减小；吸热反应，平衡常数增大

18、根据DrGm°=-RTlnK ° K °>1可知DrGm° < 0 ）2-7、在恒温下，对于同一反应来说，下列说法正确的是：        (A) 一反应物浓度增大，该反应的转化率就增大       (B) 反应方程式中，化学计量系数相同的反应物的转化率总是相等    (C) 转化率和平衡常数都可以表示化学反应进行的程度 (D) 转化率和平衡常数都与反应物的最初浓度无关 （答：C 分析

19、：A 增大某种反应物的浓度，其它反应物的转化率增大B起始浓度不同时，转化率不等D平衡常数与反应物的起始浓度无关 ）2-8、化合物有三种不同的水合物，它们的脱水反应的K°分别为 A·3H2O(s) = A·2H2O(s) + H2O(g) K1° A·2H2O(s) = A·H2O(s) + H2O(g) K2°A·H2O(s) = A(s) + H2O(g) K3° 为了使 A·2H2O晶体保持稳定（不发生风化与潮解）容器中水蒸气应为（A）> K1° (B) = K1°

20、 (C) = K2° (D) K1°>> K2° 3、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      (B) E正 > E逆      (C) E正 = E逆     

21、;  (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) s-1      (B) mol×dm-3×s-1     (C) mol-1×dm-3×s-1     (

22、D) mol-1×dm3×s-1 (答：D 速率常数k量纲= n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0.20mol.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) DrGm°越负，反应速率越快     (B) Dr

23、Sm°越正，反应速率越快(C) DrHm°越负，反应速率越快     (D) 活化能越小，反应速率越快 （答：D 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

24、增大一倍  (C) 不改变反应速率              (D) 使平衡常数减少4、热力学函数、平衡常数的计算与应用4-1、反应MgCO3(s) = MgO(s)+CO2(g)的，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6.99×10-2Pa (C)  低于6.99×10-2Pa  (D) 高于69.9Pa 分析：DrGm°

25、; = DrHm°-T DrSm°=117.66-500×174.91×10-3 =30.205kJ.mol-1 （注意前后单位统一） K° =e-7.27= 6.99×10-4 （注意上下单位统一；ln不是 log） P(CO2)= 6.99×10-4×100kPa = 6.99×10-2kPa 所以，当P(CO2)< 669.9Pa时, Q < K°,此时反应能自发进行。（注意平衡常数表达式中，代相对分压 ）4-2、已知298K时， Br2(g)的，则298K时，Br2(l)的蒸

26、汽压为 (答A) (A)28.6kPa  (B) 57.2kPa (C)  99.9kPa  (D) 5.62kPa分析：对于反应Br2(l) = Br2(g) 蒸汽压=e -1.25×100kPa =28.6kPa 4-3、8000C时，AB2(s) = A(s) + B2(g) 达到平衡时测得B2(g)的分压为131.72kPa,此反应的（ ）(A)-1.07  (B) 1.07 (C)  2.46  (D) -2.46 （E）-1.83分析： = -2457.8J.mol.-1 -2.46kJ.mo

27、l-1(注意温度换算成热力学温度才能代入公式中)三、计算题1、化学反应的方向和化学平衡1-1、在101.3kPa和80.1（沸点）下，苯的气化热Q=30.5kJ·mol-1，计算该条件下，苯的气化过程的DUm、DHm、DGm、DSm。答：DHm= Q=30.5kJ·mol-1 DUm=DHm-D(PV)= 30.5- 8.314×10-3（273+80.1）=30.5 -2.9= 27.6 kJ·mol-1DGm=0DSm= 30.5×1000/（273+80.1）= 86.3J·mol-1·K-11-1*、设有反应A(g)

28、+B(g)2C(g)，A、B、C都是理想气体。在250C、1×105Pa条件下，若分别按下列两种过程发生变化，且：过程体系放热41.8kJ.mol-1，而没有做功；过程体系做了最大功，放出了1.64 kJ.mol-1的热。那么变化过程的Q，W，,各是多少？答：过程 过程Q = -41.8 kJ.mol-1 Q = -1.64 kJ.mol-1W=0 W=-Q= -40.2 kJ.mol-1=Q+W=-41.8 kJ.mol-1 状态函数的变化，过程与过程相同=+= -41.8 kJ.mol-1 =(必须用可逆过程热效应状态函数的改变与过程无关，始终态相同，可以用可逆途径计算) =-T

29、=-41.8-298×(-5.50×10-3)= -40.2 kJ.mol-11-2、在甲醇脱氢生产甲醛的反应中，银催化剂的活性逐渐降低，其光泽也 逐渐消失。有人怀疑，此现象是由于有Ag2O生成所致。这种怀疑是否正确？已知：反应在5500C 100kPa下进行。 答：反应：2Ag + 1/2O2 (g) = Ag2O 利用 = -30585-823×（-66.27）=23954J.mol-1 >>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S

30、O3 。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) =-1434.5-(-634.9)-(-396.7)= -403.9kJ.mol-1同理-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）106.5-38.1-256.8 = -188.4 J.mol-1.K-1但由于 反应进行最高温度1-4、已知= 5.740J·

31、mol-1·K-1，=1.897 kJ·mol-1，=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：转变反应：石墨=金刚石 1.897 kJ.mol-1 =2.900kJ.mol-1 -298.15K× （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）=-3.364J.mol-1.K-1 =5.740 =5.740-3.364=2.376 J.mol.K-1 <所以金刚石比石墨相

32、对有序 1-5、已知下列数据： SbCl5（g）              SbCl3（g）       -394.3             -313.8  -334.3          

33、;    -301.2通过计算回答反应  SbCl5（g）= SbCl3（g）+  Cl2（g）（1）在常温下能否自发进行？（2）在600K时能否自发进行？答：（1）反应的：= -301.2 +334.3 =33.1kJ.mol-1 1分>0 所以常温标准状态下不能自发反应. (3分)（2） =-313.8+394.3 = 80.5 kJ.mol-1= = -600K×=80.5-600× = -14.9 kJ.mol-1 6分<0 所以600K标准状态下能自发反应. 8分1-6、某反应A(s) + B

34、(aq) = C(g) + D(l) 的和分别为30.00kJ.mol-1和30.02kJ.mol-1,求该反应的和。答：根据和受温度影响小，在一定温度范围内其值可视为常数得：30.00 = -298 30.02 =-299 解得：=35.96 kJ.mol-1 = -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=48.5 kJ×mol-1，= -104 kJ×mol-1，试估算该反应在773K时。答：原理同上 773K时=- 773K× = -71.2 kJ&#

35、215;mol-11-7、298K时，反应： (1) HF ( aq ) + OH- ( aq ) = H2O ( l ) + F- ( aq ) ,= - 61.86 kJ×mol-1(2) H2O (l) = H+ ( aq ) + OH- ( aq ) ,= 79.89 kJ×mol-1计算HF在水中离解反应HF(aq)=H+(aq)+F-(aq)的。若c (HF) = c (F- )=0.1mol×L-1 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-

36、 ( aq )所以反应（3）的Dr Gmy = （- 61.86 kJ×mol-1 ）+（79.89 kJ×mol-1）= 18.03 kJ×mol-1正向自发Dr Gm<0 Dr Gm= 18.03 + 8.314×10-3×298×<018.03 + 2.48lnc(H+)<0 18.03 -2.48×2.303pH<0 pH >2.31-8、有下列两个反应：SO2(g) + Cl2(g) = SO2Cl2(l) (1) SO3(g) +2HCl(g) = SO2Cl2(l) + H2O(l

37、) (2)计算回答：（1）根据热力学观点，298K,SO2Cl2(l)的合成应采用哪个反应？（2）求反应（1）在298K的标准平衡常数。（3）说明温度对SO2Cl2与水的反应的影响。已知热力学数据: SO2(g) -296.8 -300.1SO3(g) -395.7 -371.1HCl(g) -92.3 -95.3SO2Cl2(l) -389.1 -313.8H2O(l) -285.8 -237.1答：(1)对于反应（1）= -313.8 -0-（-300.1）= -13.7 kJ×mol-1 对于反应（2）= -313.8 +(-237.1)-2(-95.3) -(-371.1)

38、= 10.8 kJ×mol-1由于反应（1）<0 反应（2）>0在298K采用反应（1）合适 (2) （3）反应（2）-285.8 +(-389.1)- (-395.7)-2(-92.3)= -94.6 kJ×mol-1 反应（2）为放热反应，其逆反应为吸热反应，因此升高温度有利于向SO2Cl2与水反应生成SO3 和HCl。 1-9、已知反应CuBr2(s) = CuBr(s) + 1/2Br2(g) 在450K时,在550K。求：（1）该反应的、（2）向一个2.00L容器中引入0.500mol CuBr2,加热到600K时CuBr2的分解率。 答：(1)450

39、K 550K 根据 和受温度影响小 = (2)600K =0.67 分解率= （知识点：根据平衡分压计算平衡常数，根据平衡常数计算热力学函数）1-10、在1200K时，CaCO3的分解反应按下式进行：(1):CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)已知该反应达到平衡时，CO2的分压为3.95×103Pa；同时又已知反应(2):C（s）+CO2(g)=2CO(g)在1200K时的标准平衡常数为1.9.现将固态的C,CaO,CaCO3同置于一密闭容器中，并让其在1200K时反应，求平衡态时CO的分压。 答：密闭容器的平衡系统同时存在两个反应，可以合并为(3) (3)=(1)

40、+(2) (3) CaCO3(s) + C(s) = CaO(s) + 2CO(g) =7.51×10-2平衡时系统CO分压：P(CO)=2.74×104Pa 1-11、在693K时，反应2HgO(s)=2Hg(g)+O2(g)在密闭容器内发生，所生成的两种气体总压力为5.16×104Pa.。已知该反应的，求该分解反应在723K时的标准平衡常数。答：根据反应中化学计量数关系可知 p(总)=p(Hg)+p(O2)= 2 p(O2)+ p(O2)=3 p(O2) p(O2)=1/3 p(总)=1.72×104Pa p(Hg)=3.44×104Pa=

41、2.03×10-2利用 1-*12、反应C(石墨) + CO2(g) =2CO(g)的有关热力学数据（298K） CO2(g) -393.5 -394.4CO(g) -110.5 -137.2(1) 判断该反应在600K、标准状态下能否自发进行？(2) 估算1000K和100kPa下，CO2转化率？(3) 欲使CO2转化率达到90%,反应温度应达到多高？答：（1）求 =2（-110.5）-（-393.5）=172.5kJ.mol-1 =2（-137.2）-（-394.4）=120kJ.mol-1= = 172.5-600×0.176266.78kJ.mol-1 >0所

42、以该反应在600K、标准状态下不能自发进行 （2）1000K转化率 172.5-1000×0.1762 -3.7kJ.mol-1 设 开始n(CO2)=1mol 转化n(CO2)= xmol 平衡 n(CO2)=(1-x) mol n(CO)= 2xmol n(总)= 1+x平衡相对分压 x=0.53mol1000K转化率=53%(3)当转化率=90% x=0.90mol -23.57T=172500-176.2T T=1130K1-*13、反应C6H5C2H5(g) = C6H5C2H3(g) + H2(g) 在873K和100kPa下达到平衡。求下列情况下乙苯转化为笨乙烯的转化率

43、(873K =8.9×10-2)（1）以纯乙苯为原料（2）原料气中加入不起反应的水蒸气，使物质的量之比为n(乙苯)：n(水)=1：10 答：设起始取1mol乙苯气体，达到平衡时转化率(1)为x (2)为yC6H5C2H5(g) = C6H5C2H3(g) + H2(g) （1）平衡时 (1-x)mol x mol x mol n(总)=(1+x)mol （2）平衡时 (1-y)mol y mol y mol n(总)=(1+y+10)mol 根据 PA= = （1）= x = 0.29(2) = y=0.62由计算得到的结论时，加入不参与反应的水，（相当于增大体积）平衡向气体分子数增

44、大的方向移动，使反应进行程度增大，转化率提高。2、化学反应速率计算反应级数、反应速率方程式、速率常数2-1、 400时，反应的速度常数，对于CO、NO2都是一级反应。问（1）反应的总级数是多少？（2）当，时反应速度v = ？答：（1）因对于CO、NO2都是一级反应，所以反应的总级数n=2(2) = ××= 0.00052-1 高层大气中微量臭氧O3吸收紫外线而分解，使地球上的动物免遭辐射之害，但低层的O3却是光化学烟雾的主要成分之一。低层O3可通过下列过程形成：（1）NO2NO +O (一级反应)，k1=6.0×10-3s-1 （2）O + O2 O3 (二级反应)，k2=1.0×106mol-1.L.s-1 假设由反应（1）产生氧原子的速率等于反应（2）消耗氧原子的速率，当空气中NO2浓度为3.0×10-9mol.L-1时，污染空气中O3的生成速率是多少？答：由反应式（2）可知O3的生成速率等于O的消耗速率由反应式（1）可知O的生成速率等于NO2消耗速率又假设由反应（1）产生氧原子的速率等于反应（2）消耗氧原子的