北师大无机化学四版习题答案3章化学热力学.docx
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北师大无机化学四版习题答案3章化学热力学
第3章 化学热力学
3.110g水在373K和100kPa下汽化,所做的功多大?
(设水蒸气为理想气体)
解:
液态水的体积可忽略不计,并设水蒸气为理想气体
答:
10g水在373K和100kPa下汽化,所做的功为1723J。
3.2反应CaC2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g)298K下的标准摩尔热力学能变量为-128.0kJ/mol,求该反应的标准摩尔焓变。
解:
∵H=U+pV且压强不变
∴ΔH=ΔU+Δ(pV)=ΔU+pΔV
忽略固体和液体的体积变化则,
ΔH=ΔU+pΔV气
=ΔU+pΔV乙烯
=-128.0kJ·mol-1+1.01×103Pa×22.4×10-3m-3·mol-3
=-125.7kJ·mol-1
答:
该反应的标准摩尔焓变为-125.7kJ·mol-1
评注:
此题告诉我们,对于包含气体总量变化的化学反应,其焓变和热力学能变(内能变化)是不同的。
3.3人类登月使用的阿波罗火箭的第一级火箭使用了550吨煤油在2.5分钟内与氧气发生燃烧反应产生巨大推力。
以C12H26(l)为煤油的平均分子式的燃烧热为-7513kJ/mol,试计算这个燃烧反应的功率[1马力=754.7瓦(即J/s)]
解:
功率
=1.62×108千瓦=2.15×108马力
答:
这个燃烧反应的功率是2.15×108马力
评注:
1(米制)马力(hp)=735.499瓦(W)。
3.4已知Al2O3(s)和MnO2(s)的标准摩尔生成热为-1676和-521kJ·mol-1,计算l克铝与足量的MnO2(s)反应(铝热法)产生的热量。
解:
由化学反应方程式
4Al(s)+3MnO2=2Al2O3(s)+3Mn(s)可知
ΔrHm=2ΔfHm[Al2O3(s)]-3ΔfHm[MnO2(s)]
=[2×(-1676)-3×(-521)]kJ/mol
=-1789kJ/mol
∴Qp=nΔrHm=
答:
1g铝与足量MnO2(s)反应(铝热法)产生的热量为-16.6kJ。
3.5已知Cl-1的标准摩尔生成焓为-167.5kJ·mol-1计算lmolHCl(g)溶于足量的水释放多少热?
[注]计算得到的值为氯化氢的溶解热:
HCl(g)的标准摩尔生成焓可从表中查获。
假设水量的多少与水合反应的程度无关(事实上是有关的,因此溶解热的数值通常设定为无限稀释。
)
解:
ΔrHm=ΔrHm[Cl-1(aq)]-ΔfHm[HCl(g)]
=[-167.5-(-92.307)]kJ/mol
=-75.2kJ/mol
答:
lmolHCl溶于足量的水释放的热量为-75.2kJ。
评注:
如果答1molHCl(g)溶于足量的水释放的热量为-75.2kJ·mol-1就有2处错误。
3.6用标准摩尔生成焓的数据计算SiF4(g)与足量H2O(l)反应生成SiO2(s)和HF(g)的摩尔反应焓。
解:
反应方程式为
SiF4(g)+2H2O(l)=SiO2(s)+4HF(g)
ΔrHm=ΔfHm[SiO2(s)]+4ΔfHm[HF(g)]-ΔfHm[SiF4(g)]-2ΔfHm[H2O(l)]
=[-910.94+4×(-271.1)-(-1615.0)-2×(-285.830)]kJ/mol
=191.32
答:
摩尔反应焓为191.32kJ·mol-1
(SiF4(g)标准摩尔生成焓的数据来源:
《实用化学手册》,科学出版社,第一版)
3.7用下列数据并查相关数据表计算石灰岩[以CaCO3(方解石)计]被CO2(g)溶解发育成喀斯特地形的如下反应的标准摩尔反应焓:
CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2HCO3-(aq)
ΔfHm/kJ/mol -543.0 -691.1
解:
ΔrHm=ΔfHm[Ca2+(aq)]+2ΔfHm[HCO3-(aq)]-ΔfHm[CaCO3(s)]-ΔfHm[CO2(g)]
-ΔfHm[H2O(l)]
=[-543.0+2×(-691.1)-(-1206.9)-(-393.5)-(-285.8)]kJ/mol
=-39.2kJ/mol
答:
反应的标准摩尔反应焓为-39.2kJ·mol-1
3.8火柴头中的P4S3(s)燃烧热为-3677kJ·mol-1[注燃烧产物为P4O10(s)和SO2(s)],查表计算P4S3(s)的标准摩尔生成焓。
解:
反应化学方程式为P4S3(s)+8O2(g)=P4O10(s)+3SO2(s)
ΔcHm[P4S3(s)]=ΔfHm[P4O10(s)]+3ΔfHm[SO2(s)]-ΔfHm[P4S3(s)]
所以ΔfHm[P4S3(s)]=ΔfHm[P4O10(s)]+3ΔfHm[SO2(s)]-ΔcHm[P4S3(s)]
=[2984.0+3×(-296.830-(-3677)]kJ·mol-1
=-197.4kJ·mol-1
答:
P4S3(s)的标准摩尔生成焓为-197.4kJ·mol-1。
3.9诺贝尔(AlfredNobel1833-1896)发明的炸药爆炸,可使产生的气体因热膨胀体积增大1200倍,其化学原理是硝酸甘油发生如下分解反应:
4C3H5(NO3)3(l)=6N2(g)+10H2O(g)+12CO2(g)+O2(g)
已知C3H5(NO3)3(l)的标准摩尔生成焓为-355kJ·mol-1,计算爆炸反应的表征摩尔反应焓
解:
ΔrHm=10ΔfHm[H2O(g)]+12ΔfHm[CO2(g)]-4ΔfHm[C3H5(NO3)3(l)]
=[10×(-241.818)+12×(-393.505)-4×(-355)]kJ/mol
=-5.72×103kJ·mol-1
答:
爆炸反应的标准摩尔反应焓为-5.72×103kJ·mol-1
3.10生石灰的水化反应放出的热足以将纸张着火或鸡蛋煮熟。
查表计算500g(1市斤)生石灰(s)与足量的水生成熟石灰(s)放出的热(注:
可忽略溶解反应)。
解:
ΔrHm=ΔfHm[Ca(OH)2(s)]-ΔfHm[H2O(l)]-ΔfHm[CaO(s)]
=[(-985.2)-(-285.83)-(-635.09)]kJ·mol-1
=-64.3kJ·mol-1
Qp=nΔrHm=
答:
500g(l市斤)生石灰(s)与足量的水生成熟石灰(s)放出-574.1kJ的热最。
(Ca(OH)2(s))标准摩尔生成治的数据来源:
《实用化学手册》,科学出版社,第一版)
3.11生命体的热源通常以摄入的供热物质折合成葡萄糖燃烧释放的热最.已知葡萄糖[(C6H12O6)(s)]的标准摩尔生成治为-1273kJ·mol-1.利用本书附表数据计算它的燃烧热.
解:
反应的化学方程式为C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)
ΔrHm=6ΔfHm[CO2(g)]+6ΔfHm[H2O(l)]-ΔfHm[C6H12O6(s)]
=[6×(-393.505)+6×(-285.83)-(-1273)]kJ·mol-1
=-2803kJ·mol-1
答:
它的燃烧热是2803kJ·mol-1
评注:
题面的“燃烧”是一种不确切的用词,“燃烧”是发光放热的激烈氧化还原反应,体内的葡萄糖氧化反应显然不是激烈氧化还原反应.并不发光。
3.12经测定,葡萄糖完全氧化反应:
C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)的标准摩尔反应自由能为-2840kJ·mol-1,试查出产物的标准生成自由能,计算葡萄糖的标准摩尔生成自由能。
将所得数据与上题的生成焓数据作比较。
解:
ΔfGm[C6H12O6(s)]=6ΔfGm[CO2(g)]+6ΔfGm[H2O(l)]-ΔrGm
=[6×(-394.359)+6×(-237.129)-(-2840)]kJ·mol-1
=-949kJ·mol-1
标准摩尔生成自由能为=-949kJ·mol-1,比上题生成焓数据相比较小.
答:
萄萄糖的标准摩尔生成自由能为=-949kJ·mol-1,而上题给出的葡萄糖标准摩尔生成治为-1273kJ/mol。
3.13已知N2、NO和O2的解离始分别为941.7、631.8和493.7kJ·mol-1,仅利用这些数据判断NO在常温常压下能否自发分解。
解:
ΔrHm=2Δ解离Hm[NO(g)]-Δ解离Hm[O2(g)]-Δ解离Hmθ[N2(g)]
=[2×631.8-941.7-493.1]kJ·mol-1
=-171.2kJ·mol-1<0
反应2NO=N2+O2是个熵变不大的反应,故其自发性可用始变来衡量.该反应放热,故NO在常温常压下能自发分解。
评注:
这只是热力学趋势,并未讨论在动力学上是否事实上发生。
3.14预计下列反应是熵增反应还是熵减反应?
不能预计的通过标准熵进行计算。
(l)葡萄糖燃烧:
(2)乙炔燃烧:
(3)碳酸氢钠分解:
(4)铁丝燃烧(5)甲烷与
水蒸气反应生成水煤气(steamgas-CO与H2的混合气体);(6)甲烷与氧气反应生成合成气(syngas-CO与H2的混合气体)。
解:
(l)熵增反应:
由5.23,24题中标准摩尔反应自由能和标准摩尔反应始数据计算可知
TΔrSm=ΔrHm-ΔrGm=[-2803-(-2840)]kJ·mol-1>0
所以ΔrSm>0,反应是熵增反应;
(2)熵减反应;
(3)熵增反应;
(4)熵减反应;
(5)熵增反应;
(6)熵增反应。
3.15查阅热力学数据表,试回答,若在常温下将碳(石墨)氧化为一氧化碳的反应做成燃烧电池,这个电池可以提供的最大电能多大?
在电池放电时,吸热还是放热?
这个电池的焓变多大?
是正值还是负值?
由此题你对焓的概念有什么新的认识?
解:
(1)Wmax=-ΔrGm=-ΔrGm[CO(g)]=137.2kJ·mol-1
(2)ΔrSm=Sm[CO(g)]-1/2Sm[O2(g)]-Sm[C(石墨)]
=[197.674-1/2×205.138-5.740]J·mol-1·K-1
=89.365J·mol-1·K-1
∴Q=TΔrSm=298K×89.365J·mol-1·K-1=26.23J·mol-1
反应吸热
(3)ΔrHm=TΔrSm+ΔrGm
=(26.23-137.168)kJ·mol-1=-110.54kJ·mol-1<0
(4) ΔrHmΔrHm=TΔrSm+ΔrGm
因为Q=TΔrSmW有用=-ΔrGm
所以ΔrHm=Q+W有用
当W有用=0时,ΔrHm=Q
即ΔH是在不做有用功的条件下洲里的反应热。
答:
这个电池可
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