无机及分析化学课后习题第二章答案.docx

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1、无机及分析化学课后习题第二章答案一选择题 1一化学反应系统在等温定容条件下发生一变化，可通过两条不同的途径完成： 放热10 kJ，做电功50 kJ；放热Q, 不做功，则 A. Q = 60kJ B. Q = 10 kJ C. Q = 40kJ D. 反应的QV =10kJ 解：选A。 2在298 K，下列反应中DrHm 与DrGm 最接近的是 A. CCl4 (g) +2H2O (g) =CO2 (g) + 4HCl (g) B. CaO (s) +CO2 (g) =CaCO3 (s) C. Cu2+ (aq) + Zn (s) =Cu (s) + Zn2+ (aq) D. Na (s) +H

2、2O (l) =Na+(aq)+H2 (g)+OH(aq) 解：选C。 rG rS, rGm=rHm-TrSm 当m = 0 时mrHm反应C中反应物和生成物中无气体物质、物态也无变化， rSm 值较小。 3已知反应 2H2 (g) +O2 (g)= 2H2O (g) 的 DrHm= -483.63 kJmol1，下列叙述正确的是 A. DfHm(H2O,g) = -483.63 kJmol1 B. DrHm= -483.63 kJmol1 表示 = 1 mol时系统的焓变 C. DrHm= -483.63 kJmol1 表示生成1 mol H2O (g) 时系统的焓变 D. DrHm= -4

3、83.63 kJmol1 表示该反应为吸热反应 解：选B。A 错，根据fHm定义,H2O (g)的系数应为1。C 错，该方程为表示生成2 mol H2O (g) 时系统的焓变。D 错，rHm 0时表示该系统能量的增加，该反应为吸热反应，rHm 0时表示该系统能量的减少，该反应为放热反应。 4下列反应可以表示fGm(CO2,g)=-394.38 kJmol-1的是 A. C+O2(g) = CO2(g) B. C+O2(g) = CO2(g) C. C+O2(l) = CO2(l) D. C+O2(g) = CO2(l) 解：选A。B 错，C非参考状态单质，不符合标准状态下摩尔完全生成反应定义；

4、C 错，O2(l) 非参考状态单质,不符合标准状态下摩尔完全生成反应定义；CO2(l) 不符rGm(CO2,g) 的定义所指定的产物；D 错，CO2(l) 不符rGm(CO2,g) 的定义所指定的产物。 5反应MgCO3(s) MgO(s)+CO2(g)在高温下正向反应自发进行, 其逆反应在298K时自qq发, 近似判断逆反应的DrHm与DrSm是 A. DrHm0, DrSm0 B. DrHm0, DrSm0 C. DrHm0, DrSm0 D. DrHm0, DrSm0 q解：选A。该反应有气体物质产生，故DrSm0。且高温自发，低温非自发，根据 判断结果应选A。 rGm=rHm-TrSm

5、 二、填空题 1解：用下列热力学函数判断反应自发性的条件是 DrHm:等温，定压且系统只做体积功的化学反应系统且DrHmDrSm DrSm:等温，定压且系统只做体积功的化学反应系统且DrHmDrSm rGm:等温、定压且系统只作体积功的化学反应系统。 rGm ：标准状态下，等温、定压且系统只作体积功的化学反应系统。2系统状态函数的特点是：状态函数仅决定于 系统的状态 ；状态函数的变化只与 系统的变化的过程 有关，而与变化的 途径 无关。 3反应进度的单位是 mol ；反应计量式中反应物B的化学计量数vB的值规定为 负值 。 4正、逆反应的DrHm，其 绝对值 相等， 符号 相反；反应的DrHm

6、与反应式的 写法 有关。 5所谓标准状态是在指温度T和标准压力下该物质的状态。其中标准压力Pq = 100 kPa ；标准状态虽然没有指定温度，但是为了便于比较，IUPAC推荐选择 298 K 作为参考温度。 6根据吉布斯亥姆霍兹方程：rGqm= rHqmT rSqm。若忽略温度对DrHm和DrSm的影响，则可得到该式的近似式：rGm=rHm-TrSm 三、简答题 1区别下列符号的意义。 H：系统的状态函数，焓，定义为H=U+pV,无具体物理意义。 H：系统焓的改变值，物理意义为在定压，只做体积功的情况下，系统与环境交换的热。 DrHm：标准条件下，当产物与反应物温度相同时，化学反应过程中系统

7、只做体积功，且反应在定压条件下按照所给定的方程式完全反应，此时的反应热。 ：在温度T时，由参考状态的单质完全生成1mol物质B时的标准摩尔焓变。 DfHmS：系统的状态函数，熵，代表系统的混乱度。 ：标准状态下，物质B的摩尔熵。 DSm：反应的标准摩尔熵，标准状态下，化学反应按照给定方程式完全反应系统的熵变。 DrSmG：系统的状态函数，吉布斯自由能，定义为G=H-TS,无具体物理意义。 DrGm：化学反应的吉布斯自由能变，即该反应能对外所的最大非体积功。 ：标准状态下，化学反应的吉布斯自由能变。 DrGm：标准摩尔生成反应的吉布斯自由能变。 DfGm2若将合成氨反应的化学计量方程式分别写成

8、N2(g ) +3H2(g)=2NH3(g) 和1N2(g ) 23+H2(g)=NH3(g) ，二者的rHm和rGm是否相同？ 两者间有何关系？ 2答：不相同，这些符号都与热力学方程式的写法有关。 rHm,1=2rHm,2 rGm,1=2rGm,2四、计算题 1由附录查出298 K时有关的fHm 数值，计算下列反应的rHmN2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) 1H2O(l)+O2(g)=H2O2(g) 2H2O2(g)=H2O2(l) 不查表，根据上述3个反应的rHm，计算下列反应的rHm。 N2H4(l)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(l) 解：2得 2即得所求

9、式。 1查表计算得 DrHm ,(1)=-622.33kJmo-lDrHm,(2)=149.74kJmol-1 DrHm,(3)=-51.50kJmol-1 DrHm,(4)1=-818.8kJmol-1 2甘氨酸二肽氧化反应为 3O2(g)+C4H8N2O3(s)=H2NCONH2(s)+3CO2(g)+2H2O(l) fHm(C4H8N2O3,s)=-745.25 kJmol-1;fHm(H2NCONH2,s)=-333.17 kJmol-1 计算：298 K时，甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焓。 298 K及标准状态下，1g固体甘氨酸二肽氧化时放热多少？ 解：已知DfHm(C4H8N2O3

10、,s)=-745.25kJmol-1 DfHm(H2NCONH2,s)=-333.17kJmol-1 (CO2,g)=-393.51kJmol-1 DfHm(H2O,l)=-285.85kJmol-1 DfHm所以 3O2(g)+ C4H8N2O3(s)= H2NCONH2(s)+3 CO2(g) +2 H2O(l) =DfHm(H2NCONH2,s)+3DfHm(CO2,g)+2DfHm(H2O,l)- DfHm(C4H8N2O3,s) DfHm =-1340.15 kJmol-1 因为 M(C4H8N2O3)132gmol-1，所以1g C4H8N2O3氧化时放热： (1340.1513)

11、kJ10.15 kJ 3关于生命起源的各种理论中，总要涉及动植物体内的一些复杂的化合物能否自发地由简单化合物转化得来。例如，298 K及标准状态下，计算下列反应的rGm，判断尿素能否由二氧化碳和氨自发反应得来。反应： 解： CO2(g)+2NH3(g)=(NH2)2CO(s)+H2O(l)rGm=fGm(NH2)2CO,s)+fGm(H2O,l)-fGm(CO2,g)+2fGm(NH3,g)=(-197.15kJmol-1)+(-237.14kJmol-1)-(-394.38kJmol-1)+2(-16.12kJmol-1) =(-434.29kJmol-1)-(-426.62kJmol-1)

12、rGm0,反应自发进行，说明氨和CO2能合成尿素。C6H6(l)+4定压下苯和氧反应：15O2(g)=6CO2(g)+3H2O(l)。在25和标准状态下，0.25 mo2液态苯与氧反应放热816.91 kJ，求1 mol液态苯和氧反应时焓变和热力学能变。 =-816.96kJ解： DrHm1mol=-3267.64kJmol-1 0.25mol1215DrUm=DrHm-DnRT=-3267.64kJ-mol8.341JK-1298K10-3kJJ-1 22=3263.92kJ 5已知下列反应的标准摩尔焓 C+O2(g) = CO2(g) rHm,1=-393.51 kJmol-1 1H2(g

13、)+O2(g)=H2O(l) rHm,2=-285.85 kJmol-1 27CH3COOCH3(l)+O2(g)=3CO2(g)+3H2O(l) rHm,3=-1788.2 kJmol-1 2计算乙酸甲酯(CH3COOCH3,l)的标准摩尔生成焓。 解：乙酸甲酯的标准摩尔生成反应为 3C+O2+3H2=CH3COOCH3 根据盖斯定律，题中所给的反应式(1)3(2)3(3)即为CH3COOCH3的生成反应，所以 qqqqDfHm(CH3COOCH3,l)=3DrHm,1+3DrHm,2-DrHm,3 =3+3 =249.88kJmol1 6葡萄糖在酵母菌等的作用下，经过下列发酵反应生成乙醇：

14、 C6H12O6(s)葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸甘油醛-3-磷酸2CH3CH2OH(l)+2CO2(g)。查附录，计算标准状态和298 K时全发酵过程的标准摩尔焓rHm。 解：因为葡萄糖的全发酵过程的方程式可写为 C6H12O6 (s) = 2CH3CH2OH (l) + 2CO2 (g) 所以DrHm=2DfHm(CH3CH2OH,l)+2fHm(CO2,g)-fHm(C6H12O6,s) =2+2 =2615.38 kJmol-1 7液态乙醇的燃烧反应：C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) 利用教材附录提供的数据，计算298 K和标准状态时，92g液态乙醇完

15、全燃烧放出的热量。 解：反应C2H5OH(l)3O2=2CO2(g)3H2O是乙醇的完全燃烧反应 mol1 则：rHm=cHm(C2H5OH,l)=-1366.75 kJM (C2H5OH) = 46 gmol-1，则 92g1DH ，=2mol=2733.5kJ =2mol-146gmol8大力神火箭发动机采用液态N2H4和气体N2O4作燃料，反应产生的大量热量和气体推动火箭升高。反应为 2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g) 利用有关数据，计算反应在298 K时的标准摩尔焓rHm。若该反应的热能完全转变为使100 kg重物垂直升高的位能，试求此重物可达到的高度解：根

16、据反应2N2H4 (l) N2O4 (g) = 3N2 (g) + 4H2O(g) 计算其反应的标准摩尔焓rHm。 rHm=3fHm(N2,g)+4fHm(H2O,g)-2fHm(N2H4,l)-fHm(N2O4,g) = 0+ 4250.63 kJmol19.66 kJmol1 = 1078.28 kJmol1 设重物可达到的高度为h，则它的位能为mgh = 100 kg9.8 ms2h=980 Nh 根据能量守恒定律 980Nh=1078.3103J ， h=1100m 9植物体在光合作用中合成葡萄糖的反应可近似表示为 6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(s)+6O2(g) 计

17、算该反应的标准摩尔吉布斯自由能，并判断反应在298 K及标准状态下能否自发进行 解 ：6CO2 (g)6H2O=C6H12O6 (g)+6O(g) rGm=fGm(C6H12O6,s)+6fGm(O2,g)-6fGm(CO2,g)-6fGm(H2O,l) = -910.5 kJmol-1+066 = 2878.62 kJmol-1 q10查教材附录数据计算25时反应 C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)的DrGm，指出该反应在25和100KPa下的反应方向。 解 ：C2H4 (g)H2=C2H6 (g) rGm=fGm(C2H6,g)-fGm(H2,g)-fGm(C2H4,g) =32.

18、86kJmol1068.15kJmol1 =101.01kJmol1 在25和100kPa下，乙烯的加氢反应可以正向进行。 11将空气中的单质氮变成各种含氮化合物的反应叫固氮反应。查教材附表根据fGm数值计算下列三种固氮反应的rGm，从热力学角度判断选择哪个反应最好。 N2(g)+O2(g)=2NO(g) 2N2(g)+O2(g)=2N2O(g) N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) 解： N2 (g)O2=2NO (g) DrGm,1=2DfGm(NO,g)-DfGm(N2,g)-DfGm(O2,g) =286.69 kJmol1-0-0 =173.38 kJmol1 2N2 (g)O2

19、=2N2O (g) DrGm,2=2DfGm(N2O,g)-2DfGm(N2,g)-DfGm(O2,g) = 2103.66 kJmol1 =207.32 kJmol1 N2 (g)3H2=2NH3 (g) rGm,3=2fGm(NH3,g) =2 = 32.24 kJmol1 因为rGm,10 rGm,20 只有rGm,30，所以选择 12查教材附录数据计算说明在标准状态时，下述反应自发进行的温度。 N2(g)+O2(g)=2NO(g) NH4HCO3(s)=NH3(g)+CO2(g)+H2O(g) 2NH3(g)+3O2(g)=NO2(g)+NO(g)+3H2O(g) 解：N2 (g)O2

20、=2NO (g) DrHm,1=2DfHm(NO,g)-DfHm(N2,g)-DfHm(O2,g)=290.37 kJmol=180.74mol-1-1210.77kJmol-1191.60 Jmol-1K-1205.14 Jmol-1K-1 rSm=2=24.8Jmol-1K-1 180.74kJmol-1T转7288K24.8JmolK-1NH4HCO3=NH3(g)+CO2(g)+H2O(g) mol1 rHm=168.09kJmol1K1 rSm=474.34 JT转=354.4K 2NH33O2=NO2+NO+3H2O mol1 rHm=509.38kJ因为rHm0 标准状态及任何温

21、度下反应均自发。 rSm113固体AgNO3的分解反应为AgNO3(s)=Ag(s)+NO2(g)+O2(g) 2查教材附表并计算标准状态下AgNO3(s)分解的温度。若要防止AgNO3分解，保存时应采取什么措施。 解： AgNO3(s)分解的温度即为反应AgNO3(s)=Ag(s)+NO2(g)+DrHm根据公式：T转 DrSmDrHm=DfHm(NO2,g)+DfHm(Ag,s)+1O2(g)的转化温度。 21DfHm(O2,g)-DfHm(AgNO3,g) 2=33.85kJmol1(123.14kJmol1) =156.99 kJmol1 rSm=1Sm(O2,g)+Sm(NO2,g)-Sm(Ag,s)-Sm(AgNO3,s) 21=205.14Jmol-1K-1+240.06Jmol-1K-1+ 42.72 Jmol-1K-1140.92 Jmol-1K-1 2=244.43 Jmol-1K-1 156.99 kJmol-1T转=642K(642-273) =369 244.43 Jmol-1K-1分解温度T369 若要防止AgNO3分解，应低温避光保存。