无机化学周祖新习题解答

1、第二章 化学热力学初步思考题1状态函数的性质之一是：状态函数的变化值与体系的 始态与终态 有关；与 过程 无关。在U、H、S、G、T、p、V、Q、W中，属于状态函数的是 U、S、G、T、p、V 。在上述状态函数中，属于广度性质的是 U、H、S、G、V，属于强度性质的是 T 、p 。2下列说法是否正确：状态函数都具有加和性。系统的状态发生改变时，状态函数均发生了变化。用盖斯定律计算反应热效应时，其热效应与过程无关。这表明任何情况下，化学反应的热效应只与反应的起止状态有关，而与反应途径无关。因为物质的绝对熵随温度的升高而增大，故温度升高可使各种化学反应的S大大增加。H，S受温度影响很小，所以G受温

2、度的影响不大。2错误。强度状态函数如T、p就不具有加和性。错误。系统的状态发生改变时，肯定有状态函数发生了变化，但并非所有状态函数均发生变化。如等温过程中温度，热力学能未发生变化。错误。盖斯定律中所说的热效应，是等容热效应U或等压热效应H。前者就是热力学能变，后者是焓变，这两个都是热力学函数变，都是在过程确定下的热效应。错误。物质的绝对熵确实随温度的升高而增大，但反应物与产物的绝对熵均增加。化学反应S的变化要看两者增加的多少程度。一般在无相变的情况，变化同样的温度，产物与反应物的熵变值相近。故在同温下，可认为S不受温度影响。错误。从公式G =HTS可见，G受温度影响很大。3标准状况与标准态有何

3、不同？3标准状态是指0，1atm。标准态是指压力为100kPa，温度不规定，但建议温度为25。4热力学能、热量、温度三者概念是否相同？试说明之。4这三者的概念不同。热力学能是体系内所有能量的总和，由于对物质内部的研究没有穷尽，其绝对值还不可知。热量是指不同体系由于温差而传递的能量，可以测量出确定值。温度是体系内分子平均动能的标志，可以用温度计测量。5判断下列各说法是否正确：热的物体比冷的物体含有更多的热量。甲物体的温度比乙物体高，表明甲物体的热力学能比乙物体大。物体的温度越高，则所含热量越多。热是一种传递中的能量。同一体系：同一状态可能有多个热力学能值。不同状态可能有相同的热力学能值。5错误。

4、热量是由于温差而传递的能量，如果没有因温差而传递就没有意义。错误。原因同，温度高，但不因温差而传递能量就无热量意义。错误。原因同。正确。错误。状态确定，热力学值也确定了，各热力学值都是唯一的数据。正确。对于不同状态，某些热力学值可以相同，但肯定有不同的热力学值，否则是同一种状态了。6.分辨如下概念的物理意义：封闭系统和孤立系统。功、热和能。热力学能和焓。生成焓、燃烧焓和反应焓。过程的自发性和可逆性。6主要是系统内外的各种交换不同，封闭体系也是密封的，与系统外也无物质交流，但不绝热，系统内外有能量交换。而孤立体系是绝热的，体系内外物质和能量均无交换。功、热都是交换的能量。由于温差而产生的能量交换

5、为热，其他原因引起的能量交换为功。热力学能是体系内所有能量的总和，焓是导出的热力学函数，无物理意义。都是化学反应的焓变。由指定单质在标准态下生成1摩尔物质时的焓变为该物质的生成焓；在标准态下物质完全燃烧时的焓变叫燃烧焓。自发是指不需外力就能自动进行的，是向吉氏自由能减小的方向进行，直至吉氏自由能达到最小值。可逆是指能向正、逆两个方向同时进行。7一系统由状态(1)到状态(2)，沿途径完成时放热200 J，环境对体系做功50 J；沿途径完成时，系统吸热100 J，则W值为 250J；沿途径完成时，系统对环境做功40 J，则Q值为110J 。8. 判断以下说法的正确与错误，尽量用一句话给出你作出判断

6、的根据。碳酸钙的生成焓等于CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)的反应焓。单质的生成焓等于零，所以它的标准熵也等于零。8错误。反应物不是指定单质。错误。标准态是的指定单质生成焓为零，但标准熵不为零。9遵守热力学第一定律的过程，在自然条件下并非都可发生，说明热力学第一定律并不是一个普遍的定律，这种说法对吗？9热力学第一定律叙述的是能量变化，不是过程进行的方向。一个定律不可能把所有都包括上。10为什么单质的Sm(T)不为零？如何理解物质的Sm(T)是“绝对值”，而物质的fHm和fGm为相对值？10只要不是绝对零度，即0，组成该物质的微粒都在不停地运动，都有一定的混乱度，故Sm(T)不为零。1

7、1比较下列各对物质的熵值大小（除注明外，T=298K，p=pO）：1molO2(200kPa) 1molO2(100kPa)1molH2O(s,273K) 1molH2O(l,273K)1gHe 1molHe1molNaCl 1molNa2SO412对于反应2C(s)+O2(g)=2CO(g)，反应的自由能变化(r Gm)与温度(T)的关系为：rGmJ·mol-1 = 232 600 168 T/K由此可以说，随反应温度的升高，rGm更负，反应会更彻底。这种说法是否正确？为什么？12正确。rGmJ·mol-1 =232 600 168 T/K =RTlnKOT增加，rGm更

8、负，KO越大，反应越完全。13在298.15K及标准态下，以下两个化学反应：H2O(l)+1/2O2(g)H2O2(l), (rGm)1=105.3kJ·mol-10Zn(s) +1/2O2(g)ZnO(s), (rGm)2=-318.3kJ·mol-10可知前者不能自发进行，若把两个反应耦合起来：Zn(s) + H2O(l)+O2(g)ZnO(s)+ H2O2(l)不查热力学数据，请问此耦合反应在298.15K下能否自发进行？为什么？13反应Zn(s) + H2O(l)+O2(g)ZnO(s)+ H2O2(l)的rGm为两耦合反应之和rGm =rGm1+rGm2=105.

9、3318.3=212.7 kJ·mol-10在298.15K下能自发进行。习题1在373K时，水的蒸发热为40.58 kJ·mol-1。计算在1.0×105 Pa，373K下，1 mol水气化过程的U和S（假定水蒸气为理想气体，液态水的体积可忽略不计）。1解：Qp=rH 0M =40.58 kJ,W= PVnRT=1×8.314×373.15×10-3=3.10kJU =Qp+ W =40.583.10=37.48kJ在373K时，水的蒸发和冷凝达到平衡，rGm=0。rGm=H 0MTS S =108.8 J·mol-1K-

10、12. 反应C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)在敞开容器体系中燃烧，测得其298K的恒压反应热为-2220 kJmol-1，求：反应的rH 0M是多少？反应的U是多少？2解：rH 0M =-2220 kJmol-1U =rH 0M + W =rH 0M PV=rH 0M nRT=-2220(35) RT=-2220(2)×8.314×298×10-3=2217.52 kJmol-13已知CS2（l）在101.3kPa和沸点温度（319.3K）气化时吸热352J·g-1，求   1 mol CS2（l）在沸点温

11、度气化过程的H和U，S。3解：Qp=rH 0M =352×76×10-3=26.752 kJ,W= PVnRT=1×8.314×319.3×10-3=2.655kJU =Qp+ W =26.7522.655=24.097kJ在373K时，水的蒸发和冷凝达到平衡，rGm=0。rGm=H 0MTS S =83.78 J·mol-1K-14制水煤气是将水蒸气自红热的煤中通过，有下列反应发生C (s) + H2O (g) = CO (g) + H2 (g)CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g)将此混合气体冷至室

12、温即得水煤气，其中含有CO，H2及少量CO2（水蒸气可忽略不计）。若C有95% 转化为CO，5% 转化为CO2，则1 dm3此种水煤气燃烧产生的热量是多少（燃烧产物都是气体）？已知CO（g）             CO2（g）           H2O（g）f kJmol-1  -110.5     &#

13、160;             -393.5                  -241.84解：由C (s) + H2O (g) = CO (g) + H2 (g)，第一步反应产生的CO (g) 和H2 (g)为1：1，反应产率为95%，可认为生成CO (g) 和H2 (g)各为0.95/2体积。C有5%

14、 转化为CO2，C (s) + 2H2O (g) = CO2 (g) + 2H2 (g)，可认为生成CO2 (g) 和H2 (g)各为0.05/2体积。这样，各气体体积比，CO：H2：CO2 =0.475：0.5：0.025n(CO)=0.0194 moln(H2)=0.02104molCO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)CO燃烧放出的热量Q=0.0194393.5(110.5)= 5.492kJH2燃烧放出的热量Q=0.02104×(241.8)= 5.0875kJ1 dm3此种水煤气燃烧产生的热量Q=5.4925.0875=10.58kJ5在一密闭的量热计中将2.456 g

15、正癸烷（C10H12 ，l）完全燃烧，使量热计中的水温由296.32 K升至303.51K。已知量热计的热容为16.24 kJ·K-1，求正癸烷的燃烧热。5 Q=-16.24×(303.51296.32)=-116.77kJHC 0M =-6275.9 kJmol-16阿波罗登月火箭用联氨（N2H4 , l）作燃料，用N2O4（g）作氧化剂，燃烧产物为N2（g） 和H2O（l）。计算燃烧1.0 kg联氨所放出的热量，反应在300K，101.3 kPa下进行，需要多少升N2O4（g）?已知N2H4（l）      &

16、#160;  N2O4（g）          H2O（l）f kJmol-1        50.6           9.16             -285.86解：反应方程式为2

17、N2H4 (l)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(l)Hr 0M = 4Hf0M (H2O,l) 2Hf0M (N2H4 , l) Hf0M (N2O4,g)=4×(-285.8) 2×50.69.16=1253.56 kJmol-1Q=×Hr 0M =×(1253.56)=41785.33kJn(N2O4)= n(N2H4)/2=1000/30=33.33molV(N2O4)=n(N2O4)RT/p=33.33×8.314×300/101.32×103=0.8205m3=820.5L7若已知12g钙燃烧时放出190.

18、8kJ的热；6.2g磷燃烧时放出154.9kJ的热；而168g氧化钙与142g五氧化二磷相互作用时，放出672.0kJ的热。试计算结晶状正磷酸钙的生成热。7解： Ca(s)+1/2O2(g)CaO(s) (1) 2P(白磷)+5/2O2(g)P2O5(s) (2)3CaO(s)+P2O5(s)Ca3(PO4)2(s) (3)方程式(1)×3+(2)+(3)为：3Ca(s)+2P(白磷)+4O2(g)Ca3(PO4)2(s)正好是由指定单质生成Ca3(PO4)2的反应方程式，其热效应就是Ca3(PO4)2的生成焓Hf0M。Hf0M (Ca3(PO4)2,s)=3Hr0M (1)+ Hr

19、 0M (2)+ Hr 0M (3)=3××(190.8)×(154.9)(670.0)=4127.0 kJmol-18已知下列数据（1）Zn（s）+1/2O2（g）=ZnO（s） r= -348.0 kJmol-1      （2）S（斜方）+O2（g）=SO2（g）      r= -296.9kJmol-1（3）SO2（g）+1/2O2（g）= SO3（g）    r= -98.3 

20、;kJmol-1   （4）ZnSO4（s）= ZnO（s）+ SO3（g） r= 235.4 kJmol-1    求ZnSO4（s）的标准生成热。8解：方程式(1)+(2)+(3)(4)为：Zn(s)+S(斜方)+2O2(g)ZnSO4(s)正好是由指定单质生成ZnSO4(s)的反应方程式，其热效应就是ZnSO4(s)的生成焓Hf0M。Hf0M (ZnSO4,s)=Hr0M (1)+ Hr 0M (2)+ Hr 0M (3)Hr 0M (4)=348.0296.998.3235.4=978.6 kJmol-1 

21、9常温常压下B2H6（g）燃烧放出大量的热B2H6（g）+3O2（g）=B2O3（s）+3H2O（l） r= -2165 kJmol-1  相同条件下1 mol单质硼燃烧生成B2O3（s）时放热636kJ，H2O（l）的标准生成热为 -285.8kJ·mol-1，求B2H6（g）的标准生成热。9解：由2B(s)+3/2O2(g)B2O3(s) Hr0M =2×636=1272 kJmol-1Hf0M ( B2O3,s)= 1272 kJmol-1B2H6（g）燃烧反应 r= Hf0M ( B2O3,s)+3Hf0M ( B2O3,s)Hf0M

22、(B2H6,g)Hf0M (B2H6,g)= Hf0M ( B2O3,s)+3Hf0M ( B2O3,s)r=12723×(-285.8)(-2165 )=35.6 kJmol-110已知反应3Fe2O3(s)=2Fe3O4(s)+ O2(g)试计算r，f。在标准状态下，哪种铁的氧化物稳定？10解：r=2 Hf0M (Fe3O4,s)+1/2Hf0M (O2,g)3Hf0M (Fe2O3,s)=2×(-1118.4)+03×(-824.3)=236.1 kJmol-1r=2 Gf0M (Fe3O4,s)+1/2Gf0M (O2,g)3Gf0M (Fe2O

23、3,s)=2×(-1015.4)+03×(-742.2)=195.8 kJmol-1该反应的r0，为非自发，故Fe2O3更稳定。11. 分析下列反应自发进行的温度条件。（1） 2N2(g)+O2(g) 2N2O(g) r=163 kJ/mol（2）Ag(s)+ Cl2(g) AgCl(s) r= 127 kJ/mol（3）HgO(s) Hg(l)+ O2(g) r=91 kJ/mol（4）H2O2 (l) H2O(l) + O2(g) r=98 kJ/mol11解：该反应气体分子数减小，rS0，而rH0，根据公式rG=rHTrS0，即该反应在任何温度时都不能自发进行。该反应

24、气体分子数减小，rS0，而rH0，根据公式rG=rHTrS，该反应在低温时能自发进行。该反应气体分子数增加，rS0，而rH0，根据公式rG=rHTrS，该反应在高温时能自发进行。该反应气体分子数增加，rS0，而rH0，根据公式rG=rHTrS，该反应在任何温度时都能自发进行。12已知下列数据CaSO4(s)            CaO(s)          SO3(g)f/kJmol-1

25、60;  -1432.7                -635.1           -395.72/ Jmol-1 K-1  107.0             &

26、#160;   39.75            256.65通过计算说明能否用CaO (s) 吸收高炉废中的SO3气体以防止SO3污染环境。12解：用CaO (s) 吸收高炉废中的SO3气体的化学方程式为： CaO (s) + SO3 (g)CaSO4(s)rHmO=rHmO(CaSO4,s)rHmO(CaO,s)rHmO(SO3,g)=-1432.7(-635.1)(-395.72)= 401.88kJrSmO=SmO(CaSO4,s)SmO(CaO,s)SmO

27、(SO3,g)=107.039.75256.65=189.4 Jmol-1 K-1若反应发生T=2121.86K在2121.86K的高稳下都能自发进行，该反应在高炉中能进行。13已知下列键能数据键         NN  NC1 NH  C1C1     C1H   HHEkJ·mol-1 945      201   

28、60; 389       243       431       436（1）求反应 2 NH3（g）+3Cl2（g）=N2（g）+ 6HCl(g)  的f ；（2）由标准生成热判断NCl3 (g) 和NH3（g）相对稳定性。13解：r =6E(N-H)+3E(Cl-Cl)E(NN )6E(H-Cl)=6×389+3×2439456×431=468 kJ·mol-1

29、 1/2N2(g)+3/2Cl2(g)NCl3(g)rHmO(1)=1/2E(NN )+ 3/2E(Cl-Cl)3E(N-Cl) =1/2×945+3/2×2433×201=234 kJ·mol-11/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)rHmO(1)=1/2E(NN )+ 3/2E(H-H)3E(N-H) =1/2×945+3/2×43633×389=40.5 kJ·mol-1NH3（g）比NCl3 (g)相对稳定性。14已知(石墨）= 5.740J·mol-1·K-

30、1，f(金刚石）=1.897 kJ·mol-1，f(金刚石）=2.900 kJ·mol-1。根据计算结果说明石墨和金刚石的相对有序程度。14解： 反应C(石墨)C(金刚石)r(金刚石）= =3.364 Jmol-1 K-10金刚石更有序。15已知下列数据：SbCl5（g）              SbCl3（g）f/kJmol-1       -394.3  

31、60;                    -313.8f /kJmol-1       -334.3                    

32、60;  -301.2通过计算回答反应  SbCl5（g）= SbCl3（g）+  Cl2（g）在常温下能否自发进行？在500时能否自发进行？15解：rGmO=rGmO(SbCl3,g)rGmO(Cl2,g)rGmO(SbCl5,g)=-301.2+0(-334.3)= 33.1kJ0在常温下该反应不能自发进行。rHmO=rHmO(SbCl3,g)rHmO(Cl2,g)rHmO(SbCl5,g)=-313.8+0(-394.3)=80.5kJrSmO=159.0 Jmol-1 K-1rGmO(500K)= rHmOTrSmO=80.5(273.15+500)×159.0×10-3=-42.4 kJmol-10在500K时该反应能自发