化学热力学初步(完整资料).doc

1、【最新整理，下载后即可编辑】【最新整理，下载后即可编辑】【最新整理，下载后即可编辑】化学热力学初步2 1计算下列系统得热力学能变化：(1)系统吸收了 10QJ能量，并且系统对环境做了 540J功。(2)系统放出了 10QJ热量，并且环境对系统做了 635J功。解：(1) At/ =(2 + IV = 100J - 540J = -440J(2)U = Q + W = -100J + 635J = 535J22 2.0molH2 (设为理想气体)在恒温(298K)下，经过下列 三种途径，从始态0.015m3膨胀到终态0.040 n?,求各途径中气体所做 得功。(1)自始态反抗lOOkPa的外压到

2、终态。(2)自始态反抗200kPa的外压到中间平衡态,然后反抗lOOkPa的 外压到终态。(3)自始态可逆地膨胀到终态。解：(1) W； =- A V = -100 X(0.040 - 0.015 )= 2.5kJ(2)叱=股+叱=一州(匕一匕)一工(匕卜),关键是确定中间态在P；下的 体积匕：匕二吗Pi2.011X)1x8.315(kPa L nior1 K-1)x298K OT 八八“200 kPa=24.8L、0.025m%=-200 x(0.025 - 0.015 )-100 x(0.040 - 0.025 ) = -3.5kJ“V0 040 W=-pdV = -nRTin =-2.0

3、 x8.315 x 298 In - = 4861J 右 4.9kJV 73J乂0.0152 3在p，和885下，分解l.OmolCaCC为需耗热量165kJo试计算此过程得w、和AW。CaCO3的分解反应方程式为CaCO3 (s)=CaO(s)+CO2 (g)解：CaCX)3(s) = CaCXs) + CD2(g)/ kJ iidI-1120.69635.1 393.5系统的标准摩尔熔变：=-635.1 -393.5 -1206.9 = 178.3kJ . nxjr1系 统对环境做功：= -pV = -nRT = -l.Ox8.315 x 10-3 x 1158 = -9.6kJ等压热效应

4、就是反应的焰变：A/7 = Q = 165kJ内能变化值：MJ = Q + W = 165-9.6 = 155.4kJ2 4已知(1) C(s)+C)2(g 尸 CC)2(g) H：=393.5kJmol-i(2)H2(g)+102(g)=H2O(l) ArH =285.9kJ - mol1(3) CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O iH；=890.0kJ mol试求反应 C(s)+2H2(g)=CH4(g)的加o解：=+2义一此=冏 + 2A阀 -冏=-393.5 + 2x(-285.9)-(-890.0) = -75.3kJ . moL2 5利用附录二的数据，计算下列反应在

5、298K时的4月(：3(1) PbS +/O2(g 尸 PbO(s)+SO2(g)(2)4NH3 (g)+5O2 (g)=4NO(g)+6H2O(l)CaCO3 (s)+2H+ (aq)=Ca2+ (aq)+CO2 (g)+H2O(l)AgCl(s)+Br (aq)=AgBr(s)+Cr (aq)解：(1) PbS(sjO2(g) =PbO(s) + SO2(g)-1000- 219 - 296.8Af/7/kJ niDr13卜优=-219 - 296.8 - -100 + - x 0 = -411.8kJ.mor1(2)4NH3(g) + 5O2(g) = 4NO(g) +6H2O(1)-4

6、6.11090.4-285.8 Af/e/kJ niDr1f m=4 x 90.4 + 6x(-285.8)-4x (-46.11)+ 5x0 = -1168.SkJnior1CaCO3(s) + 2H(aq)C:+(aq) + CO2(g) + H2O(l)-1206.90一542.7393.5 -285.8 AfW0/kJ-imr1f m=-542.7 - 393.5 - 285.8 -1206 .9 +2x 0 =-15.1kJ nxjr1AgQ(s) + Br (aq)AgBi(s) + Q - (aq)-127.1-121-100-167.2Af/!/kJ imr1=-100-167

7、.2-127.1-121 = -19.1kJnx)r12-6阿波罗登月火箭用N2H4(I)作燃料，用NzOK0作氧化剂，燃 烧后产生N2包和H2。)。写出配平得化学方程式，并计算1kg N2H4。) 燃烧后得A田屋解：其化学方程式为：2N2H4(l) + N2O4(g) - 6N2(g) + 4H2O(l)50.69.160-285.8Ar/7 =6x0 + 4x(-285.8)-2x50.6 +9.16 =-1253 .56kJ iwr1A HQ (1kg)= -3$6kJ * 10008= _19587 口 = 19.6MJr m211X)132.0g nior127已知:4NH3(g)

8、+ 5O2(g) = 4NO(g) + 6H2。(/)=-1168.8V(2)4NH 3(g) + 3O?(g) = 2N2(g) + 6H 夕(1) 汨；=一1530.4以加。尸试求NO得标准生成熔。解：由一得：2N1(g) + 2O式g) = 4NO(g), A4-附两边同除以 4 得：iN2(g)+O2(g) = NO(g %冏-)则 NO 的 标 准 生 成 烙冉: =-用)=1(-H8.8 +1530.4) = 90.4kJ .mor12-8已知(l)2NH3(g)+3NO2(g) =4N2(g) +3H2O(1)= - 1010kJ/molN2O ( g) +3H2 ( g) =

9、N2H4 (1) + H20 (1) -317kJ/mol(3)2NH3 ( g ) +( g ) N2H4 ( 1 ) +H2O ( 1 ) 田；=-143kJ/mol(4) H2(g)+ 1o2(g) = H2O(1) Ar/7f=-286kJ/mol试计算N2H4 (1)的标准生成始。解：3 X 一得 9H2 (g)+4N2( g)3N2H4 (1 )+2NH3 (g)- 得 2NH3(g)-N2H4(l)+H2(g)两式相加得 8H2(g)+4N2(g)-4N2H4(I)由上，+ (ArW；- ArWf) =50.5 kJ - mol-112-9利用附录十的键能数据，计算下列反应的田；

10、：CH 30H (g) + HBr(g) = /O(g) + CH3Br(g)解：八阳二=W反应物键能生成物键能=3内(JH)+b(O_H)+ 3与9_)+ AN(C_8r)二(343kJ“o/T +465k/?o/T +368k/moL)(2x465k/?oL +276k/mo/T)=-30kJmorl（2-101下列各反应中反应物和产物都是同分异构体。利用键能估算这些气相异构化反应的阳屋HO-HICIH-HICIH-HHICIH(2)O/HCCH 1 1H H1。HCC | H HHH(3)H-CN 三 C 1HCCN1HH解：(1) 53 kJ - mol1 ；(2)-57 kJ mol

11、1 ； (3) -53 kJ mol12-11预言下列过程系统的AS的符号:（1）水变成水蒸气；（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；（6）固体表面吸附气体。解：（1） A50,正。水由液态变成水蒸气，混乱度增加。AS0,正。气体等温膨胀，体积增大使气体分子的混乱度增加。A50,正。苯与甲苯相溶，两种分子的混乱度都增大。A50,正。渗透溶液由于渗透作用使体积变大，电解质浓度变 小，混乱度增加。A5鼠S： ?解：水在0的熔化和100的汽化,都是其两相状态共存的平衡过程，EP AG = Aff-7AS = 0o1) Imol 水在熔化时的嫡变A 5

12、=vap m HQvap m6.02X10J1DO1 1 = 22.1 j.必1 -1 K-i273 KA.S6 fas m2 ) Imol 水在汽睡或=40.6xl03jmo=o&8J-moKT373K化时的嫡变比较上述结果，鼠黑 品。因为气态水比液体水混乱度大得多,所以嫡变值大；而液体水比固态水混乱度稍大一些，其嫡变值相对来说就小一些。【2-15Imol水在其沸点100下汽化，求该过程的W,AU,AS和G。水的汽化热为2.26kJ.g-，解：水的汽化过程式：H2O(1) = H2O(g)W = -pV = -nRT = -lx8.315 x 10-3 x373 = -3.1kJQ = H

13、= 2.26kJ 七一】x 18g = 40.68kJ【最新整理，下载后即可编辑】U =。+W = 40.68-3.1 = 37.58kJAS =A/0r m 一40.68 x IOJ moL(273 +100 )K= 109JmoKT由于是平衡状态，所以：AG = AW-7AS = 02-161利用附录二的数据，判断下列反应在25和标准态下能否自发进行？第(4)题为第16题(1) Ca(OH) 2(s)+CO2(g)CaCO3(s) + H2O(l)(2)CaSO4 2H2O(s) CaSO4(s) + 2H2(Xl)(3 ) PbO(s)+ CO(g) = Pb + CO ? (g)解：(

14、1) AG = -1128.8 - 237.2 - -896.8 - 394.4 = -74.8kJ . nnE1(2)ArG = -1321.9 - 2 x 237.2-1797 = 0.7kJ. imr1AG =0 - 394,4-188-137.2 = -69.2kJ imE1从计算结果可知，(2)式不能自发进行，(1) (3)均可自发进行。2-17在空气中，氏3。心)还是氏2。3(。在热力学上更稳定？试证 明你的选择。解：略。提示：计算氏3。4与5反应生成Fe2O3的ArG2-18在100时，水蒸发过程为H2O(l)H2O(g)o若当时水蒸气 分压为200kPa,下列说法正确的有哪些？

15、AG=0(2) AG=0(3)G 0AG 0(6) AG7870K,在高温下反应自发进行。(2)AS： = 89.62 (32.7 + 223) = 166皿1.* ,要使八夕：0,则必须-642-7x(-166x10-3)4),即Tv3868K,在低温下反应自发进行。(3) ArS = 206 - (130.6 + 31.8) = 43.6J . hidI . K_1, AG =-20-7x43 x IO-3 42.3121X10-3= 350K【2-27】005凡0遇热首先失去5个结晶水，如果继续升高温度,CuSO,还会分解为CuO和SO,。试用热力学原理估算这两步的分解温度。解：（1）

16、01505凡0遇热失去结晶水的最低温度：CuSO4 -5H2O(s)CuSO 4(s) + 5H2O(g)Af：/kJmoLI m-2321-771.5-241.8300109188.7=7715 - 5 x 241.8 -2321 = 340.5kJ nnr1ArS =109 + 5xl88.7-300 = 752.5J nior1 K-1ArG =ArW-T ArS =340.5-Tx752.5x 10-3 340.5752.5x10- 3=452.5K（2）求CUSO4遇高温分解的最低温度:CuSO4(s) CuO(s) + SO3(g)-771.5-157-395.7S/JmorK_1

17、 10942.7256.6ArW = -395.7 -157 - -771.5 = 218.8kJ . niol-1S： =42.7 + 256.6 109 =190.3J mL Ki218.8190.3 x IO-3= 1150K2-28某系统在 700K 时，/7(N2)=3.3X103kPa? /?(2)=9.9X 103kPa和p(NH3)=2.0 X 102kPao试预测在此温度下下列反应的方向：N2(g) + H2(g) = 2NH3(g) o解:ArG700=-45.7 kJmol/V 0正向进行。2-29含结晶水的盐暴露在大气中逐渐失去结晶水的过程称为风化。Na2SO410H2

18、O的风化过程可用如下反应式来表示：Na2SO410H2O(s) Na2SO4(s) + 10H2O(g)试判断：(1)在298K和标准态下NaAO10HQ是否会风化？(2)在298K和空气相对湿度为60%时，Na?SO40H9是否会风 化？已知：Na2SO410H2O(s)的 A/G： =3644kJ 皿广；Na2SO4 的=-1267kJ 皿。解：标准态下直接计算AG.,非标准状态下采用范托夫等温方程 计算AG-然后进行判断。查表，将各物质的热化学数据列于热化学 方程式的下方：Na2SO4 -10H2O(s) Na2SO4(s) + 10H2O(g)AfG/kl nnl-1 -3644-1267-228.6(1)在标