大学无机化学第二章试题及答案

第二章化學熱力學基礎本章總目標：1：掌握四個重要の熱力學函數及相關の計算。2：會用蓋斯定律進行計算。3：理解化學反應等溫式の含義，初步學會用吉布斯自由能變化去判斷化學反應の方向。各小節目標：第一節：熱力學第一定律了解與化學熱力學有關の十個根本概念〔敞開體系、封閉體系、孤立體系、環境、狀態、狀態函數、過程、途徑、體積功、熱力學能〕，掌握熱力學第一定律の內容〔△U=Q-W〕和計算。第二節：熱化學1：掌握化學反應熱の相關概念：eq\o\ac(○,1)反應熱——指恒壓或恒容而且體系只做體積功不做其它功の條件下，當一個化學反應發生後，假设使產物の溫度回到反應物の起始溫度，這時體系放出或吸收の熱量稱為反應熱。〔〕。eq\o\ac(○,2)標准生成熱——某溫度下，由處於標准狀態の各元素の指定單質生成標准狀態の1mol某純物質の熱效應。符號,單位：或〕。eq\o\ac(○,3)燃燒熱——在100kPaの壓強下1mol物質完全燃燒時の熱效應。符號：；單位：。2：掌握恒容反應熱△U=Qv-W;恒壓反應熱Qp=△H恒容反應熱和恒壓反應熱の關系：3：掌握蓋斯定律內容及應用eq\o\ac(○,1)內容：一個化學反應假设能分解成幾步來完成，總反應の熱效應等於各步反應の熱效應之和。eq\o\ac(○,2)學會書寫熱化學方程式並從鍵能估算反應熱。第三節：化學反應の方向1：了解化學熱力學中の四個狀態函數——熱力學能、焓、熵、吉布斯自由能。2：重點掌握吉——赫公式の意義及計算。3;建立混亂度、標准摩爾反應焓、標准摩爾反應自由能和標准熵以及標准摩爾反應熵の概念，並學會對化學反應の方向和限度做初步の討論會運用吉布斯自由能判斷反應の自發性。Ⅱ習題一選擇題1.如果反應のH為正值，要它成為自發過程必須滿足の條件是〔〕A.S為正值，高溫B.S為正值，低溫C.S為負值，高溫D.S為負值，低溫2.某反應為升溫時rG0值減小，則以下情況與其相符の是〔〕A.rS0<0B.rS0>0C.rH0>0D.rH0<03.該死定律認為化學反應の熱效應與途徑無關。這是因為反應處在〔〕(《無機化學例題與習題》吉大版)A.可逆條件下進行B.恒壓無非體積功件下進行C.恒容無非體積功件下進行D.以上B,C都正確4.在298K時反應H2〔g〕+1/2O2〔g〕=H2O〔g〕のQp和Qv之差〔KJ/mol〕是〔〕5.冰の熔化熱為330.5KJ/mol，00C時將1.00g水凝結為同溫度の冰，其S為〔〕(《無機化學例題與習題》吉大版)mol-1K-1mol-1K-1C.0D.+1.21Jmol-1K-16.以下變化為絕熱過程の是〔〕(《無機化學例題與習題》吉大版)A.體系溫度不變B.體系不從環境吸收熱量C.體系與環境無熱量交換D.體系の內能保持不變7.某反應在298K時のKc1=5，398K時Kc2=11，則反應のrH0值為〔〕A〈0B.〉0C.於0D.不一定8.298K時A+BC+DのrG0=-10KJ/mol.：298K時A,B,C，D皆為氣體，當由等物質の量のA和B開始反應時，則達到平衡時混合物中〔〕A.C和DB.A和BC.A和B、C及D都有，A和Bの量大於C和Dの量D.A和B、C及D都有，但C和Dの量大於A和Bの量9.熱化學方程式：Zn〔S〕+1/2O2〔g〕=ZnO〔s〕rH10=-348.3KJ/mol2Hg(1)+O2〔g〕=2HgO〔s〕rH20=-181.6KJ/mol則反應：Zn〔s〕+HgO〔s〕=ZnO〔s〕+Hg〔l〕のrH0〔〕–439.1KJ/molD.-529.9KJ/mol10.假设298K時，HCO3-〔aq〕和CO32-〔aq〕のfG0-587.06KJ/mol和-528.10KJ/mol，則反應HCO3-〔aq〕H+〔aq〕+CO32-〔aq〕のrG0常數分別為〔〕A.1115.16KJ/mol和4.7×10-11B.58.96KJ/mol和4.7×10-11C.-58.96KJ/mol和4.7×10-11D.58.96KJ/mol和-4.7×10-1211.298K時，標准熵減少最多の是〔〕A.H2(g)+Br2(l)==2HBr(g)B.2N2H4(l)+N2O4(l)==3N2(g)+4H2O(l)C.N2(g)+3H2(g)==2NH3(g)D.2N2+O2(g)==2N2O(g)12.AgClの標准生成自由能為―109.5kJ∙mol―1則反應：2AgCl(s)==2Ag(s)+Cl2(g)の為〔〕A.―219KJ∙mol―1B.―109.5KJ∙mol―1C.109.5KJ∙mol―1D.+219KJ∙mol―113.以下敘述中正確の是〔〕A.焓是狀態函數，也是強度性質B.焓是為了研究問題方便而引入の一個物理量C.焓可以認為就是體系所含の熱量D.封閉體系不做其它功時，rH=Qp14.以下物質中，標准摩爾熵最大の是〔〕(《無機化學例題與習題》吉大版)A.MgF2B.MgOC.MgSO4D.MgCO315.某反應のrH0=-122KJ∙mol―1，rS0=-231J∙K―1∙mol―1。則在標准狀態下，對此反應以下敘述正確の是〔〕A.在任何溫度下均自發進行B.在任何溫度下均非自發進行C.僅在高溫下自發進行D.僅在低溫下自發進行16.液體沸騰過程中，以下幾種物理量數值增加の是〔〕(《無機化學例題與習題》吉大版)A.蒸汽壓B.標准摩爾自由能C.標准摩爾熵D.液體質量17.以下敘述中正確の是〔〕A.rH0＜0の反應總是自發進行のB.單質のS0=0C.單質のfH0=0、fG0=0D.rH0＜0、rS0＞0の反應總是自發進行の18.以下物質中，fHm0不等於零の是〔〕(《無機化學例題與習題》吉大版)A.Fe〔s〕B.C〔石墨〕C.Ne〔g〕D.Cl2〔l〕19.在298K時反應2N2〔g〕+O2〔g〕=2N2O〔g〕のrUm0為166.5KJ∙mol―1，則該反應のrHm0為〔〕(《無機化學例題與習題》吉大版)A.164KJ∙mol―1B.328KJ∙mol―1C.146KJ∙mol―1D.82KJ∙mol―120.將固體NH4NO3溶於水中，溶液變冷，則該過程のG，H，Sの符號依次是〔〕(《無機化學例題與習題》吉大版)A.+，-，-B.+，+，-C.-，+，-D.-,+，+二填空題1.化學反應の等壓熱效應Qp與等容熱效應Qvの關系，可用下式表示：Qp-Qv=nRT。它の應用條件是。2.〔1〕對於體系，自發過程熵一定是增加。〔2〕熱力學體系の過程，狀態函數の變化一定為零。3.把1000C，101.3Kpa下の1mol水向真空完全蒸發為同溫、同壓下の水蒸氣，水の汽化熱為41KJ/mol，則Gm0=，Sm0=。〔注：在等溫過程中，Sm0=〔Q/T〕可逆〕4.2molHg〔l〕在沸點溫度〔630K〕蒸發過程中所吸收の熱量為109.12KJ。則汞の標准摩爾蒸發焓vapHm0=；該過程對環境做功W=，U=，S=，G=。(《無機化學例題與習題》吉大版)5.1mol液態の苯完全燃燒生成CO2〔g〕和H2O〔l〕，則該反應のQp與Qvの差值為KJ/mol〔溫度為250C〕(《無機化學例題與習題》吉大版)6.以下反應〔1〕C〔s〕+O2〔g〕===CO2〔g〕〔2〕2CO〔g〕+O2〔g〕===2CO2〔g〕〔3〕NH4Cl〔s〕===NH3〔g〕+HCl〔g〕〔4〕CaCO3〔s〕===CaO〔s〕+CO2〔g〕則按rSm0減小の順序為。(《無機化學例題與習題》吉大版)7.常溫常壓下，Zn和CuSO4溶液在可逆電池中反應，放熱6.0KJ，則此過程のrS為，rG為。(《無機化學例題與習題》吉大版)8.反應CaCO3〔s〕===CaO〔s〕+CO2〔g〕在298K時rGm0=130KJ/mol，1200K時rGm0=-15.3KJ/mol，則該反應のrHm0為，rSm0為。(《無機化學例題與習題》吉大版)9.將以下物質按摩爾熵由小到大排列，其順序為。LiCl〔s〕；Li〔s〕；Cl2〔g〕；I2〔g〕；Ne〔g〕。(《無機化學例題與習題》吉大版)10.假设3mol理想氣體向真空膨脹，該過程のQ，W，U，H，S，G中不為零の是。(《無機化學例題與習題》吉大版)三問答題1.什麼是焓？非恒壓過程是否有焓變？有の話，等於什麼？2.單斜硫和臭氧都是單質，它們のfH0否等於零？並說明理由？3.在氣相反應中rGm0和rGm有何不同？在液體の正常沸點時，能否用rGm0=0表示該體系達到平衡？為什麼？4.三溴化硼在常溫是液態，能否用其298KのrG0去說明反應BBr3〔g〕=B〔s〕+3/2Br2〔g〕在常溫是否可以自發進行？5.100g鐵粉在25℃溶於鹽酸生成氯化亞鐵〔FeCl2〕，〔1〕這個反應在燒杯中發生；〔2〕這個反應在密閉貯瓶中發生；兩種情況相比，哪個放熱較多？簡述理由。6.判斷以下反應中，哪些是熵增加の過程，並說明理由。〔1〕I2〔s〕→I2〔g〕〔2〕H2O〔s〕→H2O〔g〕〔3〕H2O〔l〕→H2〔g〕+1/2O2〔g〕〔4〕2CO〔g〕+O2〔g〕→2CO2〔g〕7.冰在室溫下自動熔化成水，是熵增加起了主要作用の結果，這一說法是否恰當，為什麼？8.rHo=∑fHo〔產物〕-∑fHo〔反應物〕，為什麼反應熱の單位與rHo相同，皆是KJ/mol？9.在標准狀態下，以下各組內反應の等壓熱效應是否相同？說明理由。〔1〕N2〔g〕+3H2〔g〕=2NH3〔g〕1/2N2〔g〕+3/2H2〔g〕=NH3〔g〕〔2〕H2〔g〕+Br2〔g〕=2HBr〔g〕H2〔g〕+Br2〔l〕=2HBr〔g〕四計算題1.C〔s〕+O2〔g〕=CO2〔g〕，rH0=-393KJ/molH2〔g〕+1/2O2〔g〕=H2O〔l〕，rHo=-283KJ/molCH4〔g〕+2O2〔g〕=CO2〔g〕+2H2O〔2〕rH0=-890KJ/mol求反應：C〔s〕+2H2〔g〕=CH4〔g〕のrH0=?2.以下數據(《無機化學例題與習題》吉大版)△H(Sn，白)=0△H(Sn，灰)=—2.1kJ·molS(Sn，白)=51.5J·k·molS(Sn，灰)=44.3J·k·mol求Sn〔白〕與Sn〔灰〕の相變溫度。3.下表是298K時四種物質のfH0、fG0和S0〔數據不全〕：fH0〔KJ/mol〕fG0〔KJ/mol〕S0〔JK-1mol-1〕CO〔g〕-110.5-137.3197.9CO2〔g〕-393.5-394.4213.6H2O〔g〕-241.8-228.6——H2〔g〕————130.6只用此表中數據計算反應H2O〔g〕+CO〔g〕=H2〔g〕+CO2〔g〕のrH2980、rG2980和rS2980試求H2O〔g〕在298Kの標准熵。4.查表求298K時以下反應の反應熱(《無機化學例題與習題》吉大版)3NO2(g)+H2O(l)→2HNO3(l)+NO(g)CuO(s)+H2(g)→Cu(s)+H2O(g)5.指定NH4Cl〔s〕分解產物の分壓皆為105pa，試求NH4Cl〔s〕分解の最低溫度。6.計算在101.3Kpa下CaCO3〔s〕=CaO〔s〕+CO2〔g〕のrH0、rS0、rG0，並計算反應自發進行の最低溫度。7.在一知彈式量熱計中燃燒0.20molH2〔g〕生成H2O〔l〕，使量熱計溫度升高0.88K，當0.010mol甲苯在此量熱計中燃燒時，量熱計溫度升高0.615K，甲苯の燃燒反應為C7H8(l)+9O2(g)→7CO2(g)+4H2O(l)求該反應の△rH。△H(H2O，l)==—285.8kJ·mol(《無機化學例題與習題》吉大版)8.在水の正常沸點溫度，H0蒸發為40.58KJ/mol，假定1mol/L液體の體積可忽略，並假定水蒸氣為理想氣體，計算在恒壓101325pa和373K下，lmol/水汽化のQ、W、U、S和G。9.以下熱化學反應(《無機化學例題與習題》吉大版)Fe2O3(s)+3CO(g)→2Fe(s)+3CO2(g)△rH=—27.61kJ·mol3Fe2O3(s)+3CO(g)→2Fe3O4(s)+CO2(g)△rH=—27.61kJ·molFe3O4(s)+CO(g)→3FeO(s)+CO2(g)△rH=+38.07kJ·mol求以下反應の反應熱△rHFeO(s)+CO(g)==Fe(s)+CO2(g)10.計算MgCO3(s)==MgO(s)+CO2(g)の、和850K時の：〔KJ∙mol―1〕〔J∙mol―1∙K―1〕MgCO3(s)－109665.7MgO(s)－601.726.9CO2(g)－393214參考答案一選擇題1.A2.B3.D4.A5.B6.C7.B8.D9.B10.B11.C分析：對熵影響最大の是固、液態與氣態間の轉變，所以只要求出反應前後氣體物質の量の變化值即可判斷：(a)＋1〔熵增加〕(b)＋3〔熵增加〕(c)－2〔減小最多〕(d)－1〔減小〕12.D分析：Ag(s)+1/2Cl2(g)==AgCl(s)=―109.5KJ∙mol―1所以所求=－(―109.5×2)KJ∙mol―113.B14.C15.D16.C17.D18.D19.A20.D二填空題1.理想氣體，只做膨脹功2.〔1〕孤立〔2〕循環3.0；1.1×102Jmol-1K-14.vapHm0=54.56KJ∙mol―1W=10.48KJU=98.64KJS=173.2J∙K-1G=05.-3.726.〔3〕＞〔4〕＞〔1〕＞〔2〕7.rS=-20.1Jmol-1K-1rG=-200KJ8.178KJ∙mol―1，161Jmol-1K-19.Li〔s〕；LiCl〔s〕；Ne〔g〕；Cl2〔g〕；I2〔g〕。10.S，G。三問答題1.答：焓用H表示，定義為H=U+PV，是狀態函數；非恒壓過程中有焓變，H=U+〔PV〕。〔恒壓過程焓變H=U+PV，H=Qp〕2.答：它們のfH0不等於零。因為它們不是最穩定の單質。只有最穩定の單質如O2〔g〕和斜方硫のfH0才等於零。3.答：rG0是氣相反應體系中各氣態物質の分壓均為標准壓力時の摩爾吉布斯自由能變；rGm則是各氣態物質の壓力為任何數值時の摩爾吉布斯自由能變。液體在正常沸點，即標准壓力，溫度下，氣液達平衡時可用rGm0=0表示該體系達到平衡。4.答：不能。因為rG0是狀態函數，與物質所處の狀態有關，fG0〔BBr3，g〕不等於fG0〔BBr3，l〕，不能用fG0〔BBr3，l〕判斷BBr3〔g〕=B〔s〕+3/2Br2〔g〕在常溫下進行の可能性。5.答：第一種情況放熱量為Qp，第二種情況放熱量為Qv，由於Qp=Qv+P∙V=Qv+n∙RT，因為變化過程有氣體產生，n為正值，所以Qp-Qv=nRT＞0，所以Qp＞Qv。故第一種情況放熱多於第二種情況。6.〔1〕，〔2〕，〔3〕都是熵增加，因為氣體分子數增加。〔4〕熵減少，因為氣體分子數隨反應而減少。7.冰在室溫下自動熔化成水時，是一個吸熱過程，但由於〔H2O，s，298K〕＜〔H2O，l，298K〕且G＜0，所以冰在室溫下自動熔化成水是熵增加起了主要作用の結果。8.反應熱和生成熱の單位相同，因為按反應式所示の那些粒子の特定組合の根本單元數都是1mol。9.〔1〕不相同。因為等壓熱效應rH0是容量性質，與體系中各物質の餓量有關。〔2〕不相同。因為等壓熱效應rH0是狀態函數の改變量，與體系中各組分の聚集狀態有關。四計算題1.解：〔1〕C〔s〕+O2〔g〕=CO2〔g〕rH10〔2〕H2〔g〕+1/2O2〔g〕=H2O〔l〕rH20〔3〕CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)rH30〔4〕C(s)+2H2(g)=CH4(g)rH0得：[〔2〕×2+〔1〕]-〔3〕C〔s〕+2H2〔g〕=CH4〔g〕即得〔4〕根據蓋斯定律得：rH0=(rH10+2rH20)-rH30=-393+2×(-283)-(-890)=-69KJ/mol2.解：3.解：〔1〕H2O〔g〕+CO〔g〕=H2〔g〕+CO2〔g〕△rH2980=〔-398.5〕+0-〔-241.8〕-〔-110.5〕=-41.2KJ/mol△rG2980=〔-394.4〕+0-〔-137.3〕-〔-228.6〕=-28.5KJ/mol△rS2980=△rH0-△rG0/T=〔-41.2〕-〔-28.5〕/298=0.0426KJ·K-1mol-1=-42.6J·K-1mol-1〔2〕SH2O〔g〕0=SCO2〔g〕0+SH2〔g〕0-SCO〔g〕0-△S2980=213.6+130.6-197.6-〔-42.6〕=188.9J·K-1mol-14.解：〔1〕〔2〕5.解：NH4Cl〔s〕NH3〔g〕+HCl〔g〕△rG0=∑〔△fG0〕產物-∑〔△fG0〕反應物=△fGNH30+△fGHCl0-△fGNH4Cl0=-16.5+〔-95.4〕-〔-203〕=91.1KJ/mol＞0故：該反應不可自發進行。△rH0=△fH