无机及分析化学习题答案第二章

第二章 化学热力学基础

习题2-1 什么叫状态函数？什么叫广度性质？什么叫强度性质？

答：体系的性质，如物质的量、温度、体积、压力等，可以用来描述体系的状态。体系的性质是由体系的状态确定的，这些性质是状态的函数，称为状态函数。具有加和性的性质称为广度性质；不具有加和性的性质称为强度性质。

习题2-2 自发过程的特点是什么？

答：在孤立体系中，变化总是自发地向熵增加的方向进行，即向混乱度增加的方向进行。不做非体积功的封闭体系中，定温定压条件下，变化总是自发的向着自由能降低的方向进行。

习题2-3 什么叫混乱度？什么叫熵？它们有什么关系？

答：混乱度Ω是体系的微观状态数。熵S是量度混乱度的状态函数，S = k lnΩ

习题2-4 什么是自由能判据？它的应用条件是什么？

答：在定温定压不做非体积功条件下，自由能降低的过程可以自发进行；自由能不变的过程是可逆过程。自由能判据适用于封闭体系、定温定压过程。

θθ习题2-5 298K时6.5g液体苯的弹式量热计中完全燃烧，放热272.3kJ。求该反应的?rUm和?rHm。

解：C6H6(l)?15O2?6CO2(g)?3H2O(l) 2??(g)??0?15?6??1.5 2mM?6.5mol ???178θ?U?QV????rUm??272.3kJ?rU??3267.6kJ?molθθ?rHm??rUm???(g)RTθm?1

??3267.6?103?(?1.5)?8.314?298??3271.3?103J?mol?1??3271.3kJ?mol?1

习题2-6 298K、标准状态下HgO在开口容器中加热分解，若吸热22.7kJ可形成Hg(l)50.10 g，

θ求该反应的?rHm，若在密封的容器中反应，生成同样量的Hg(l)需吸热多少？

解： HgO(s)?Hg(l)?1O2(g)

2??(g)?0.5

0???mM?50.10mol ?1200.6

θ?rHm?Qp,m/??22.71/0.250?90.84kJ?molθθ?rUm??rHm???(g)RT?1

?90.84?103?0.5?8.314?298?89601J?mol?1?89.601kJ?mol?1

Qv?Qv,m???89.601?0.250?22.40kJ

习题2-7 已知298K、标准状态下 （1）Cu2O(s）+

1O2(g）?2CuO(s） 2θmol-1 ?rHm(1)= -146.02kJ·

θ（2）CuO（s）+Cu(s）? Cu2O(s） ?rHmmol-1 (2)= -11.30 kJ·

求（3）CuO(s）? Cu(s）+

1θO2(g）的?rHm 22解： ? CuO(s)? Cu(s）+1O2(g） （1）?（2）得（3）θθθ?ΔrHm(3)=ΔrHm(1)-ΔrHm(2)=-(-146.02)-(-11.30)=157.32kJ?mol

习题2-8 已知298K、标准状态下

（1）Fe2O3（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO2（g）

θmol-1 ?rHm(1)= -24.77 kJ·

-1

（2）3Fe2O3（s）+CO（g）?2Fe3O4（s）+CO2（g）

θ ?rHmmol-1 (2)= -52.19 kJ·

（3）Fe3O4（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO2（g）

θmol-1 ?rHm(3)=39.01 kJ·

θ求 （4）Fe（s）+CO2（g）?FeO（s）+CO（g）的?rHm。

解：

1??3?(1)?(2)?2?(3)?得（4） 6Fe ?s??CO2?g??FeO?s??CO?g?111θθθθ??rHm(4)???rHm(1)??rHm(2)??rHm(3)263111??(?24.77)?(?52.19)?(?39.01)

263?16.69kJ?mol?1

θ习题2-9 由?fHm的数据计算下列反应在298K、标准状态下的反应热?rHm。

θ（1）4NH3(g) + 5O2(g) ? 4NO(g) + 6H2O(l)

（2）8Al(s) + 3Fe3O4(s) ? 4Al2O3(s) + 9Fe(s) （3）CO(g) + H2O(g) ? CO2(g) + H2(g) 解：

θθ(1)?rHm???(B)ΔfHm(B)θθθ?4??fHm(NO,g)?6??fHm(H2O,l)?(?4)??fHm(NH3)

?4?90.25?6?(?285.84)?4?(?46.11)??1169.6kJ?mol?1θθ(2)?rHm???(B)?Hm(B)θθ?4??fHm(Al2O3,s)?(?3)??fHm(Fe3O4)

?4?(?1676)?3?(?1120.9)??3341.3kJ?mol?1θθ(3).?rHm???(B)ΔfHm(B)θθθ?1??fHm(CO2,g)?（?1）??fHm(CO,g)?（?1）??fHm(H2O,g)?(?393.51)?(?110.53)?(?241.82)??41.16kJ?mol?1θθ

习题2-10 由?cHm的数据计算下列反应在298K、标准状态下的反应热?rHm。 （1）C6H5COOH（s）+ H2（g）? C6H6（l）+ HCOOH（l） （2）HCOOH（l）+ CH3CHO（l）? CH3COOH（l）+HCHO（g） 解：

θθ（1）?rHm?-??(B)?cHm(B)θθθθ?-[-1??cHm(C6H5COOH,s)-1??cHm(H2,g)?1??cHm(C6H6,l)?1??cHm(HCOOH,l)]?-3223.87?（-285.84）?3267.54?254.64?9.47kJ?mo-1lθθ（2）?rHm?-??(B)?cHm(B)θθθθ?-[-1??cHm(HCOOH,l)-1??cHm(CH3CHO,l)?1??cHm(CH3COOH,l)?1??cHm(HCHO,g)]?-254.64?（-1166.37）?871.54?570.78?21.3kJ?mol-1

习题2-11 由葡萄糖的燃烧热和水及二氧化碳的生成热数据，求298K标准状态下葡萄糖的

θ。 ?fHm解： C6H12O6(s) + 6O2(g) ? 6CO2(g) + 6H2O(l)

θθ?cHm?-??(B)?fHm(B)θθθθ?fHm(C6H12O6,s)???cHm-[-6??cHm(CO2,g)?6??cHm(H2O,l)]

??(-2803.03)?6?（-393.51）?6?(?285.84)??1273.07kJ?mol-1

习题2-12 已知298K时，下列反应

BaCO3（s）? BaO（s）+ CO2（g）

θ/kJ·mol-1 ?fHmθ/J·K-1·mol-1 Smθ －1216.29 －548.10 112.13

θ－393.51 213.64

72.09

θ求298K时该反应的?rHm，?rSm和?rGm，以及该反应可自发进行的最低温度。 解：298K时

θθ?rHm???(B)ΔfHm(B)?(?548.10)?(?393.51)?(?1216.29)?274.68kJ?mol?1θθ?rSm???(B)Sm(B)

?72.09?213.64?112.13?173.60J?K?1?mol?1θθθ?rGm??rHm?T?rSm?274.68?103?298?173.60?222.95?103J?mol?1?222.95kJ?mol?1设反应最低温度为T，则

θθθ?T???rHm?T??T?rSm?T??rGmθm??rH?298K??T?rS?298K??0θm

274.68?103?T?173.60?0

T >1582K

习题2-13 由?fGm和Sm数据，计算下列反应在298K时的?rGm，?rSm和?rHm。 （1）Ca(OH)2(s) + CO2(g) ? CaCO3(g) + H2O(l) （2）N2(g) + 3H2(g) ?2NH3(g)

（3）2H2S(g) + 3O2(g) ?2SO2(g) + 2H2O(l) 解：

θθ(1)?rGm???(B)ΔfGm(B)θθθθθ?1?(?1128.8)?1?(?237.19)?1?(?898.56)?1?(?394.36)??73.07kJ?mol?1?rS???(B)S(B)?1?92.88?1?69.94?1?83.39?1?213.64??134.21J.K?1?mol?1θθθ?rHm??rGm?T??rSm??73.07?103?298?(?134.15)θmθm

??113.06?10J?mol??113.06kJ?molθθ(2)?rGm???(B)ΔfGm(B)3?1?1

?2?(?16.50)??33.0kJ?mol?1θθ?rSm???(B)Sm(B)

2?192.3?1?191.5?3?130.57??198.61J?K?1?mol?1

θθθ?rHm??rGm?T?rSm??33.0?103?298?(?198.61)??92.19?10J?mol??92.19kJ?mol?1θθ(3)?rGm???(B)ΔfGm(B)3?1

?2?(?300.19)?2?(?237.19)?2?(?33.6)??1007.56kJ?mol?1θ?rSm???(B)Sθm(B)2?248.1?2?69.94?2?205.7?3?205.03??390.41J?K?1?mol?1θθθ?rHm??rGm?T?rSm

??1007.56?103?298?(?390.41)??1123.90?10?3J?mol?1??1123.90kJ?mol?1

习题2-14 Calculate the standard molar enthalpy of formation for N2O5(g) from the following date:

（1）2NO(g) + O2(g) ?2NO2(g) （2）4NO2(g) + O2(g) ?2N2O5(g) （3）N2(g) + O2(g) ?2NO(g)

θ ?rHmmol-1 (3) = -180.5kJ·

θmol-1 ?rHm(1) = -114.1 kJ·

θ ?rHmmol-1 (2= -110.2kJ·

解： 0.5?(2)+（1)+(3)得(4） N2(g) + 2.5O2(g) ? N2O5(g)

θθΔfHm(N2O5,g)=ΔrHm(4)θθθ?0.5?ΔfHm(2)?ΔfHm(1)?ΔfHm(3)=0.5?(-110.2)+(-114.1)+(-180.5)=-349.7kJ?mol-1

习题2-15 A sample of D-ribose (C5H10O5) with mass 0.727g was weighed into a calorimeter and then ignited in presence of excess Oxygen. The temperature rose by 0.910K when the sample was

combusted. In a separate experiment in the same calorimeter the combustion of 0.825g of benzoic

?acid(C7H6O2), for which the ΔcUm?3251kJ?mol?1, gave a temperature rise of 1.940K. Calculate the

θθ and ?rHm of D-ribose combusted. ?rUm解： 0.825g苯甲酸燃烧，仪器温度上升1.940K, 设水当量（仪器温度上升1K所需的热量）为Q,

θQV??ΔrUmQ??ΔTΔTθm?ΔcUm ?M?ΔT

0.825?3251?103 ?

122?1.940 = 11.33?103J?K-1

0.727g D-核酸燃烧，仪器温度上升0.910K，

C5H10O5(s) + 5O2 (g) ? 5CO2(g) + 5H2O(l)

θ??ΔrUmθm?ΔcUm?

M?ΔTQ?ΔT3θ0.727?ΔcUm11.33?10?

150?0.910θθΔrUm?ΔcUm?2127kJ?mol?1 θθθΔrHm?ΔrUm????g?RT?ΔrUm

?2127kJ?mol?1

0.825?3251?103 ?

122?1.940 = 11.33?103J?K-1

0.727g D-核酸燃烧，仪器温度上升0.910K，

C5H10O5(s) + 5O2 (g) ? 5CO2(g) + 5H2O(l)

θ??ΔrUmθm?ΔcUm?

M?ΔTQ?ΔT3θ0.727?ΔcUm11.33?10?

150?0.910θθΔrUm?ΔcUm?2127kJ?mol?1 θθθΔrHm?ΔrUm????g?RT?ΔrUm

?2127kJ?mol?1

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