第一章化学变化的能量关系及第二章化学反应的方向参考答案.docx
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第一章化学变化的能量关系及第二章化学反应的方向参考答案
P19~21第一章化学变化中的能量关系
2.计算下行反应的标准反应焓变△rHθm:
解:
①2Al(s)+Fe2O3(s)→Al2O3(s)+2Fe(s)
△fHθm(kJ•mol-1)0-822.1-1669.80
△rHθm=△fHθm(Al2O3,s)+2△fHθm(Fe,s)-2△fHθm(Al,s)
-△fHθm(Fe2O3,s)
=-1669.8+2×0-2×0-(-822.1)
=-847.7(kJ•mol-1)
②C2H2(g)+H2(g)→C2H4(g)
△fHθm(kJ•mol-1)226.748052.283
△rHθm=△fHθm(C2H4,g)-△fHθm(C2H2,g)-△fHθm(H2,g)
=52.283-226.748-0
=-174.465(kJ•mol-1)
3.由下列化学方程式计算液体过氧化氢在298K时的△fHθm(H2O2,l):
①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△rHθm=-214.82kJ•mol-1
②2H(g)+O(g)=H2O(g)△rHθm=-926.92kJ•mol-1
③2H(g)+2O(g)=H2O2(g)△rHθm=-1070.6kJ•mol-1
④2O(g)=O2(g)△rHθm=-498.34kJ•mol-1
⑤H2O2(l)=H2O2(g)△rHθm=51.46kJ•mol-1
解:
方法1:
(1)由①可知H2O的△fHθm(H2O,g)=-214.82kJ•mol-1
(2)根据④计算O的△fHθm(O,g)
2O(g)=O2(g)△rHθm=-498.34kJ•mol-1
△rHθm=△fHθm(O2,g)-2△fHθm(O,g)
=0-2△fHθm(O,g)
=-498.34kJ•mol-1
△fHθm(O,g)=249.17kJ•mol-1
(3)根据②求算△fHθm(H,g)
2H(g)+O(g)=H2O(g)△rHθm=-926.92kJ•mol-1
△fHθm(kJ•mol-1)249.17-214.82
△rHθm=△fHθm(H2O,g)-2△fHθm(H,g)-△fHθm(O,g)
=-214.82-2△fHθm(H,g)-249.17
=-926.92
△fHθm(H,g)=231.465kJ•mol-1
(4)根据③求算△fHθm(H2O2,g)
2H(g)+2O(g)=H2O2(g)△rHθm=-1070.6kJ•mol-1
△fHθm(kJ•mol-1)231.465249.17
△rHθm=△fHθm(H2O2,g)-2△fHθm(H,g)-2△fHθm(O,g)
=△fHθm(H2O2,g)-2×231.465-2×249.17
=-1070.6
△fHθm(H2O2,g)=-109.33kJ•mol-1
(5)根据⑤求算△fHθm(H2O2,l)
H2O2(l)=H2O2(g)△rHθm=51.46kJ•mol-1
△fHθm(kJ•mol-1)-109.33
△rHθm=△fHθm(H2O2,g)-△fHθm(H2O2,l)
=-109.33-△fHθm(H2O2,l)
=51.46
△fHθm(H2O2,l)=-160.79kJ•mol-1
方法2:
根据盖斯定律有:
[(方程①-方程②+方程③-方程⑤)×2-方程④]÷2可得以下方程
⑥H2(g)+O2(g)=H2O2(l)△rHθm
△rHθm=[(△rHθ1-△rHθ2+△rHθ3-△rHθ5)×2-△rHθ4]÷2
={[-214.82-(-926.92)+(-1070.6)-51.46]×2-(-498.34)}÷2
=[(-409.96)×2+498.34]÷2
=(-321.58)÷2
=-160.79(kJ•mol-1)
△fHθm(H2O2,l)=△rHθm=-160.79kJ•mol-1
4.在373K,101.3kPa下,2.0molH2和1.0molO2反应,生成2.0mol的水蒸气,总共放热484kJ的热量,求该反应的△rHm和△U。
解:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)
(1)定压下Qp=△rHm=-484kJ
即△rHm=-484kJ•mol-1
(2)△U=QP–P△V
=QP-△nRT
=-484–(2–2–1)×8.314×10-3×373
=-480.90kJ
6.用弹式量热计测得下列反应
C7H16(l)+11O2(g)→7CO2(g)+8H2O(l)
在298K时Qv=-4804kJ•mol-1,试求反应的等压热效应Qp。
解:
Qp=Qv+△nRT
=-4804+(7-11)×8.314×10-3×298
=-4813.91kJ
7.已知298K时:
①C6H4(OH)2(aq)→C6H4O2(aq)+H2(g),△rHθm,1=177.4kJ•mol-1
②O2(g)+H2(g)→H2O2(aq),△rHθm,2=-191.2kJ•mol-1
③1/2O2(g)+H2(g)→H2O(g),△rHθm,3=-241.8kJ•mol-1
④H2O(g)→H2O(l),△rHθm,4=-44.0kJ•mol-1
试计算下面反应的△rHθm:
C6H4(OH)2(aq)+H2O2(aq)→C6H4O2(aq)+2H2O(l)
解:
C6H4(OH)2(aq)+H2O2(aq)→C6H4O2(aq)+2H2O(l)(5)
∵反应5=反应1-反应2+2×(反应3+反应4)
∴△rHθm,5=△rHθm,1-△rHθm,2+2×(△rHθm,3+△rHθm,4)
=177.4-(-191.2)+2×(-241.8-44.0)
=-203kJ•mol-1
9.已知298K标态下:
△fHθm(O,g)=249.1kJ•mol-1,△fHθm(N,g)=472.7kJ•mol-1,
O(g)+N(g)→NO(g)△rHθm(NO,g)=-631.8kJ•mol-1,
求反应1/2N2(g)+1/2O2(g)=NO(g)的△Hθ298K=?
解:
设计盖斯循环,
△Hθ298K=△Hθ1+△Hθ2+△Hθ3
=△fHθm(N,g)+△fHθm(O,g)+△rHθm(NO,g)
=472.7+249.1-631.8
=90.0(kJ/mol)
10.选择正确答案的序号填入括号内。
答案
(1)D.110.5,解:
∵反应③=反应①-反应②
∴△Hθ3=△Hθ1-△Hθ2=-393.5+283=-110.5
(2)C、-270.1,解:
由反应①求算△Hθf(HBr),
△Hθ1=2△Hθf(HBr,g)–(△Hθf(H2,g))+△Hθ(Br2,l)
=2△Hθf(HBr,g)-0-0=-72.4(kJ•mol-1)
△Hθf(HBr,g)=-72.4./2=-36.2(kJ•mol-1)
由反应②求算△Hθf(NH3),
△Hθ2==2△Hθf(NH3,g)–(3△Hθf(H2,g))+△Hθ(N2,g)
=2△Hθf(NH3,g)-3×0-0=-92.4(kJ•mol-1)
△Hθf(NH3,g)=-92.4./2=-46.2(kJ•mol-1)
由反应③求算△Hθf(NH4Br,s),
△Hθ3=△Hθf(NH4Br,s)–[△Hθf(NH3,g)+△Hθf(HBr,g)]
=△Hθf(NH4Br,s)–[-36.2-46.2]=-187.7
△Hθf(NH4Br,s)=-187.7+(-82.4)
=-270.1(kJ•mol-1)
(3)B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g)∵根据QP=Qv+△nRT有:
QP-Qv=△nRT,当|△n|越大,
则QP与Qv的差值也就越大。
依题意:
反应A的|△n|=|1-1/2|=1/2
反应B的|△n|=|1-3|=2
反应C的|△n|=|1-1|=0
反应D的|△n|=|1-1/2-3/2|=1
∴选B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g)
(4)冰的熔化热333g-1单位有误,应改为333J.g-1
选D、-5.994.解:
依题意:
H2O(s)=H2O(l)的△H=+333J.g-1
则有:
H2O(l)=H2O(s)的△H=-333J.g-1
18g的水转化为同温度的冰,其焓变为:
△H=-333J.g-1×18g-1=-5994J
=-5.994kJ
(5)C、-286.解:
由反应可得:
△rHθm=2.△Hθf(H2O,l)-[2△Hθf(H2,g)+△Hθ(O2,g)]
=2.△Hθf(H2O,l)-[2×0+0]
=-572
△Hθf(H2O,l)=-572/2=-286(kJ.mol-1)
(6)B、-89.6.解:
依题意有:
KClO3(s)=KCl(s)+3/2O2(g)的△Hθ1=-44.8kJ
则:
反应2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)的△Hθ2为:
△Hθ2=2△Hθ1=2×(-44.8)=-89.6(kJ)
(7)B、b-a.解:
反应
(1)-反应
(2)得反应(3):
MnO2(s)=Mn(s)+O2(g)△Hθ3-----(3)
△Hθ3=△Hθ1-△Hθ2=a-b
△Hθ3=△Hθf(Mn,s)+△Hθf(O2,g)-△Hθf(MnO2,s)=a-b
解得:
△Hθf(MnO2,s=b-a选B、b-a
(8)A、△Hθf(CO2,g)=△Hθ
解:
由反应可得:
△Hθ=△Hθf(CO2,g)-[△Hθf(C石墨,s)+△Hθf(O2,g)]
=△Hθf(CO2,g)-[0+0]
△Hθ=△Hθf(CO2,g)
P32~34第二章化学反应的方向
1.不查表、比较下列物质的Sθm的大小。
(1)O2(g),O3(g),SO2(g)
(2)Br2(g),Cl2(g),F2(g),I2(g)
解:
(1)Sθm的大小为:
Sθm(O2,g)
∵1molO2的原子数少于O3(g),e而1mol的O3的摩尔质量小于SO2(g)的摩尔质量。
(2)Sθm的大小为:
Sθm(F2,g)
∵M(F2) 2、确定下列过程中,系统是熵增还是熵减,或基本不变? (1)KNO3溶于水中; (2)乙醇(l)→乙醇(g) (3)碳与氧气反应生成二氧化碳; (4)石灰石分解。 (1)△Sθm>0,即熵值增大。 ∵KNO3(s)→K+(aq)+NO-3(aq)根据P25①可知液态的熵值大于固态的熵值。 (2)△Sθm>0,即熵值增大。 ∵乙醇(l)→乙醇(g)根据P25①可知液态的熵值大于固态的熵值。 (3)△Sθm≈0即熵值基本保持不变。 反应前后的气体△n=0 (4)△Sθm>0,即熵值增大。 因为反应后有CO2产生,而气体的熵值大于固体的。 3、1mol水在其沸点373K下汽化,恒压汽化热为40.68kJ•mol-1,求该过程的W,Qp,△U,△rHm,△rGm和△rSm。 解: 依题意有100kPa、373K时 △rHm=Qp=40.68kJ.mol-1 根据 相平衡时, ∴有: 根据W=-P.△V=-△nRT×10-3 W=-RT×10-3=-8.314×373×10-3 =-3.10(kJ) 根据△U=Q+W得: △U=QP+W=40.68+(–3.10) =37.58(kJ) ∴在定温、定压下: △rHm=Q=40.68kJ/mol △rGm=0kJ/mol △rSm=109.1J.K-1.mol-1 W=-3.10kJ 9.计算下列反应标准状态下,300K时△rGθm,并判断该条件下反应自发进行的方向。 (1)2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s); (2)(NH4)2Cr2O7(s)=Cr2O3(s)+N2(g)+4H2O(g); (3)SiO2(s)+4HF(g)=SiF4(g)+2H2O(g); (4)I2(s)=I2(g) 解: (1)2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s); Sθm/J•K-1•mol-128.3290.00.98627.15 △fHθm/(kJ•mol-1)0-822.1-1669.80 ①根据△rSθm=∑νiSθm(生成物)-∑νjSθm(反应物)求△rSθm △rSθm(298K)=Sθm(Al2O3,s)+2Sθm(Fe,s)-2Sθm(Al,s)-Sθm(Fe2O3,s) =0.986+2×27.15–2×28.32–90.0 =-91.35J•K-1•mol-1 ②根据△rHθm=∑νi△fHθm(生成物)-∑νj△fHθm(反应物)求△rHθm △rHθm(298K)=△fHθm(Al2O3,s)+2△fHθm(Fe,s)-2△fHθm(Al,s)-△fHθm(Fe2O3,s) =(-1669.8)+2×0-2×0–(-822.1) =-847.7kJ•mol-1 ③根据△rGm(TK)=△rHθm(298K)-T△rSθm(298K),求△rGm(300K) △rGm(300K)=△rHm(298K)-T△rSm(298K) =-847.7–300×(-91.35)×10-3 =-820.3kJ•mol-1 ∵△rGm(300K)<0,∴该条件下反应能自发由左向右进行。 (2)(NH4)2Cr2O7(s)=Cr2O3(s)+N2(g)+4H2O(g) Sθm/J•K-1•mol-1? 81.8191.489188.723 △fHθm/(kJ•mol-1)? -1128.40-241.825 △rSθm(298K)=Sθm(Cr2O3,s)+Sθm(N2,g)+4Sθm(H2O,g)-Sθm((NH4)2Cr2O7,s) =? △rHm(298K)=△fHθm(Cr2O3,s)+△fHθm(N2,g) +4△fHθm(H2O,g)-△fHθm((NH4)2Cr2O7,s)=? △rGm(300K)=△rHm(298K)-T△rSm(298K) =? (本教材中没有(NH4)2Cr2O7的热力学数据) (3)(3)SiO2(s)+4HF(g)=SiF4(g)+2H2O(g); Sθm/J•K-1•mol-141.9173.52282.38188.72 △fHθm/(kJ•mol-1)-85.94-268.6-1614.9-241.83 △rSθm(298K)=Sθm(SiF4,g)+2Sθm(H2O,g)-Sθm(SiO2,s)-4Sθm(HF,g) =282.38+2×188.72–41.9-4×(173.52) =-76.16J•K-1•mol-1 △rHθm(298K)=△fHθm(SiF4,g)+2△fH(H2O,g)-△fHθm(SiO2,s)-4△fHθm(HF,g) =-1614.9+2×(-241.83)–(-85.94)-4×(-268.6) =-938.22kJ•mol-1 △rGm(300K)=△rHm(298K)-T△rSm(298K) =-938.22–300×(-76.16)×10-3 =-915.37kJ•mol-1 ∵△rGm(300K)<0,∴该条件下反应能自发由左向右进行。 (4)I2(s)=I2(g) Sθm/J•K-1•mol-1116.7260.49 △fHθm/(kJ•mol-1)062.24 △rSθm(298K)=Sθm(I2,g)-Sθm(I2,s) =260.49-116.7 =143.79J•K-1•mol-1 △rHθm(298K)=△fHθm(I2,g)-△fHθm(I2,s) =62.24–0 =62.24kJ•mol-1 △rGm(300K)=△rHm(298K)-T△rSm(298K) =62.24–300×143.79×10-3 =19.1kJ•mol-1 ∵△rGm(300K)>0,∴该条件下反应不能自发由左向右进行,而逆向自发。 11.根据下列反应焓变和熵变的符号,判断反应的方向。 ①H2O2(g)→H2O(g)+O2(g)△rHθm<0; ②CO(g)→C(s)+1/2O2(g)△rHθm>0; ③CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)△rHθm>0; ④HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s)△rHθm<0; 解: 根据△rGθm=△rHθm-T△rSθm ①H2O2(g)→H2O(g)+O2(g)△rHθm<0; ∵该反应为气体分子数增加的过程,△rSθm>0, ∴△rGθm<0,反应正向自发。 ②CO(g)→C(s)+1/2O2(g)△rHθm>0; ∵该反应为气体分子数减少的过程,△rSθm<0, ∴△rGθm>0,反应正向不能自发进行,而逆向自发。 ③CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)△rHθm>0; ∵该反应为气体分子数增加的过程,△rSθm>0,但△rHθm>0, ∴低温下反应不能正向自发,高温下反应能正向自发。 ④HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s)△rHθm<0; ∵该反应为气体分子数减少的过程,△rSθm<0,且△rHθm<0, ∴低温下△rGθm<0,反应能正向自发进行;高温下△rGθm>0,逆向自发。 12.选择正确答案的序号填入括号内。 (1)A;∵A的△n=1-(1+2)=-2<0属于气体分子数减少的过程,熵值减少, △rSθm<0;B为固体液化过程,熵值增加,△rSθm>0;C反应为 气体分子数增加的过程,熵值增加,△rSθm>0;D为分子离解为离子的过程,熵值增加,△rSθm>0;所以应选A。 (2)B;∵根据△rGθm=△rHθm-T△rSθm,当△rSθm<0时,若反应在标态下是自发反应,则有△rGθm<0,可推出(-T△rSθm)>0,△rHθm<0,所以应选B、△rHθm<0、△rSθm<0。 (3)C;正确,根据P12热化学方程式书写注意事项③可得。 A、错误,因为在标态下,指定单质(不一定是稳定单质)其△fGθm、△fHθm不一定等于零,必须指明是稳定单质,其△fGθm、△fHθm才等于零,但稳定单质在标态下的Sθm不等于零。 B、错误,对于吸热反应,其△rHθm>0. D、错误,因为反应物中S为气体,在标态下它不是问定单质,故△rGθm、△rHθm、△rSθm均不等于SO2(g)的△fGθm、△fHθm、Sθm。 (4)B;∵反应MgCl(s)→Mg(s)+Cl2△rHθm>0; 为气体分子数增加的过程,△rSθm>0,根据△rGθm=△rHθm–T.△rSθm 可推知反应在高温下自发由左向右进行,故选B。 (5)C;根据△rGθm=△rHθm–T.△rSθm,当△rHθm<0,.△rSθm>0时,无论温度是多少,△rGθm始终小于零,反应总是正向进行,所以选C. (6)C;对于同一种物质,气态的熵值总是大于液态的熵值,故液体的气化过程属于熵增过程。 所以选C、熵 (7)A、C;根据△rGθm=-RTlnKθ可知,反应 (1)的Kθ1<反应 (2)的Kθ2,故反应 (1)比反应 (2)的反应程度要小,所以A正确。 根据△rGθm<0时,反应能正向自发进行,因反应 (1)和 (2)的△rGθm都小于零,所以反应 (1)和 (2)都可正向自发进行,故C也是正确的。 (8)D;题目中的KθP应改为Kθ,再根据△rGθm与KθP的关系(△rGθ=-RTlnKθ) 解得Kθ=10,所以选D。 注: Kθ与Kθp的关系为: 题目未给出具体的反应方程式,所以暂时无法求KθP。 (9)A;干冰反应CO2(g)→CO2(s),是由气体凝聚为固体的放热、熵减过程,故降温利于气体凝固,所以选A、△H<0,△S<0,低温有利于反应自发进行。 (10)B;因为Sθm是状态函数,所以盖斯定律也适用, 反应 (1)B→C△Sθ1 反应 (2)B→A△Sθ2 (2)- (1)得A→C△Sθ3 △Sθ3=△Sθ2-△Sθ1 所以选B。
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- 关 键 词:
- 第一章 化学变化 能量 关系 及第 化学反应 方向 参考答案