第3章化學熱力學基礎(chǔ)習題及全解答

1、第3章化學熱力學基礎(chǔ)化學熱力學基礎(chǔ)1狀態(tài)函數(shù)的含義及其基本特征是什么？狀態(tài)函數(shù)的含義及其基本特征是什么？T、p、V、△U、△H、△G、S、G、Qp、Qu、Q、W、We最大最大中哪些是狀態(tài)函數(shù)？哪些屬于廣度性質(zhì)？哪些屬于強度性質(zhì)？中哪些是狀態(tài)函數(shù)？哪些屬于廣度性質(zhì)？哪些屬于強度性質(zhì)？答：狀態(tài)函數(shù)的含義就是描述狀態(tài)的宏觀性質(zhì)，如T、p、V、n、m、ρ等宏觀物理量，因為體系的宏觀性質(zhì)與體系的狀態(tài)之間存在對應的函數(shù)關(guān)系。狀態(tài)函數(shù)的基本特點如下：

2、（1）在條件一定時，狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)就有一定值，而且是唯一值。（2）條件變化時，狀態(tài)也將變化，但狀態(tài)函數(shù)的變化值只取決于始態(tài)和終態(tài)，與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)。（3）狀態(tài)函數(shù)的集合（和、差、積、商）也是狀態(tài)函數(shù)。其中T、p、V、S、G是狀態(tài)函數(shù)，V、S、G、H、U屬于廣度性質(zhì)（具有加和性），T、p屬于強度性質(zhì)。2下列敘述是否正確？試解釋之。下列敘述是否正確？試解釋之。（1）Qp=△=△H，H是狀態(tài)函數(shù)，所以是狀態(tài)函數(shù)，所以Qp也是狀態(tài)函數(shù)；

3、也是狀態(tài)函數(shù)；（2）化學計量數(shù)與化學反應計量方程式中各反應物和產(chǎn)物前面的配平系數(shù)相等；）化學計量數(shù)與化學反應計量方程式中各反應物和產(chǎn)物前面的配平系數(shù)相等；（3）標準狀況與標準態(tài)是同一個概念；）標準狀況與標準態(tài)是同一個概念；（4）所有生成反應和燃燒反應都是氧化還原反應；）所有生成反應和燃燒反應都是氧化還原反應；（5）標準摩爾生成熱是生成反應的標準摩爾反應熱；）標準摩爾生成熱是生成反應的標準摩爾反應熱；（6）H2O（l）的標準摩爾生成熱等于

4、）的標準摩爾生成熱等于H2（g）的標準摩爾燃燒熱；）的標準摩爾燃燒熱；（7）石墨和金剛石的燃燒熱相等；）石墨和金剛石的燃燒熱相等；（8）單質(zhì)的標準生成熱都為零；）單質(zhì)的標準生成熱都為零；（9）穩(wěn)定單質(zhì)的）穩(wěn)定單質(zhì)的△fHΘm、SΘm、△fGΘm均為零；均為零；（1010）當溫度接近絕對零度時，所有放熱反應均能自發(fā)進行。）當溫度接近絕對零度時，所有放熱反應均能自發(fā)進行。（1111）若）若△rHm和△rSm都為正值，則當溫度升高時反應自發(fā)進

5、行的可能性增加；都為正值，則當溫度升高時反應自發(fā)進行的可能性增加；（1212）冬天公路上撒鹽以使冰融化，此時）冬天公路上撒鹽以使冰融化，此時△rGm值的符號為負，值的符號為負，△rSm值的符號為正。值的符號為正。答：（1）錯。雖然H是狀態(tài)函數(shù)，△H并不是狀態(tài)函數(shù)，所以Qp當然不是狀態(tài)函數(shù)；。（2）錯。因為反應物的化學計量數(shù)為負，與反應計量方程式中反應物前面為正的系數(shù)不相等；（3）錯。如氣體的標準狀況是指0℃和101.325KPa條件，而

6、標準態(tài)對溫度沒有限定；（4）錯。如由石墨生成金剛石的生成反應就不是氧化還原反應；（5）對。因某物質(zhì)的標準摩爾生成熱是由某物質(zhì)生成反應的標準摩爾反應熱而命名的；（6）對。因H2O（l）的生成反應與H2（g）的燃燒反應是同一個反應；（7）錯。因石墨和金剛石的燃燒反應雖最終產(chǎn)物相同，但反應的始態(tài)不同；（8）錯。因為只有穩(wěn)定單質(zhì)的標準生成熱才為零；（9）錯。因為只有穩(wěn)定單質(zhì)的△fHΘm、△fGΘm為零，而穩(wěn)定單質(zhì)的SΘm在一般條件下并不為零；（

7、10）對。因為當溫度接近絕對零度時，反應熵變趨近于零，反應熱為影響反應自發(fā)的唯一因素；（11）對。因△rHm和△rSm都為正值，說明是吸熱的、有可能自發(fā)的反應，升溫有利；（12）對。因冰融化變水了，說明乃混亂度增大的自發(fā)過程，△rGm值必為負，△rSm值必為正。31molmol氣體從同一始態(tài)出發(fā)，分別進行恒溫可逆膨脹或恒溫不可逆膨脹達到同一終態(tài)，因氣體從同一始態(tài)出發(fā)，分別進行恒溫可逆膨脹或恒溫不可逆膨脹達到同一終態(tài)，因恒溫可逆膨脹對外做

8、功恒溫可逆膨脹對外做功Wr大于恒溫不可逆膨脹對外做的功大于恒溫不可逆膨脹對外做的功Wirir，則，則QrQirir。對否？為什么？。對否？為什么？答：對。因為從同一始態(tài)到同一終態(tài)，熱力學能變相同，根據(jù)熱力學第一定律，因恒溫可逆膨脹對外做功Wr大于恒溫不可逆膨脹對外做的功Wir，則恒溫可逆膨脹從環(huán)境吸收的熱Q必大于恒溫不可逆膨脹從環(huán)境吸收的熱Qir。(△u=Wr=OWWrWir則QrQir)故==(143.7)(11.5)=155.2(k

9、J?mol1))]([SCuOHmf????1mrH??2mrH9有一種甲蟲，名為投彈手，它能用由尾部噴射出來的爆炸性排泄物的方法作為防衛(wèi)措施，有一種甲蟲，名為投彈手，它能用由尾部噴射出來的爆炸性排泄物的方法作為防衛(wèi)措施，所涉及到的化學反應是氫醌被過氧化氫氧化生成醌和水：所涉及到的化學反應是氫醌被過氧化氫氧化生成醌和水：C6H4（OHOH）2（aqaq）HH2O2（aqaq）→C6H4O2（aqaq）2H2H2O（1）根據(jù)下列熱化學方程

10、式計算該反應的根據(jù)下列熱化學方程式計算該反應的△rHΘm。（1）C6H4(OH)(OH)2(aq)→C(aq)→C6H4O2(aq)H(aq)H2(g)(g)△rHΘm（1）=177.4kJmol=177.4kJmol11（2）H2(g)O(g)O2(g)→H(g)→H2O2(aq)(aq)△rHΘm（2）=191.2kJmol=191.2kJmol11（3）H2(g)(g)O2(g)→H(g)→H2O(g)O(g)△rHΘm（3）=2

11、41.8kJmol=241.8kJmol1121（4）H2O(g)→HO(g)→H2O(1)O(1)△rHΘm（4）=44.0kJmol=44.0kJmol11解：因（1）－（2）＋2[(3)(4)]式=氫醌被過氧化氫氧化生成醌和水的反應，根據(jù)赫斯定律，故該反應的標準反應熱為：△rHΘm=△rHΘm（1）－△rHΘm（2）2[△rHΘm（3）△rHΘm（4）]=177.4kJmol1－(191.2)kJmol12[(241.8)kJmo

12、l1(44.0)kJmol1]=－203.0kJmol11010利用附表中利用附表中298.15K298.15K時有關(guān)物質(zhì)的標準生成熱的數(shù)據(jù)，計算下列反應在時有關(guān)物質(zhì)的標準生成熱的數(shù)據(jù)，計算下列反應在298.15K298.15K及標準態(tài)及標準態(tài)下的恒壓熱效應。下的恒壓熱效應。（1）FeFe3O4(s)CO(g)=3FeO(s)CO(s)CO(g)=3FeO(s)CO2(g)(g)（2）4NH4NH3(g)5O(g)5O2(g)=4NO(

13、g)6H(g)=4NO(g)6H2O(1)O(1)解：查表，將有關(guān)物質(zhì)的標準生成熱的數(shù)據(jù)代入反應熱的計算公式（1）△rHΘm（298K）=3△fHΘm[FeO(s)]△fHΘm[CO2(g)]－△fHΘm[Fe3O4(s)]－△fHΘm[CO(g)]=3(－272)(－393.51)－(－1118)－(－110.52)=19.01(kJmol1)（2）△rHΘm（298K）=4△fHΘm[NO(g)]6△fHΘm[H2O(1)]－4△f

14、HΘm[NH3(g)]－5△fHΘm[O2(g)]=490.256(－285.83)－4(－46.11)－50=－1169.54(kJmol1)1111利用附表中利用附表中298.15K298.15K時的標準燃燒熱的數(shù)據(jù)，計算下列反應在時的標準燃燒熱的數(shù)據(jù)，計算下列反應在298.15K298.15K時的時的△rHΘm。（1）CHCH3COOH(1)CHCOOH(1)CH3CHCH2OH(1)→CHOH(1)→CH3COOCHCOOCH2

15、CHCH3(1)H(1)H2O(1)O(1)（2）C2H4(g)H(g)H2(g)→C(g)→C2H6(g)(g)解：查表，將有關(guān)物質(zhì)的標準燃燒熱的數(shù)據(jù)代入反應熱的計算公式（1）△rHΘm（298K）=△cHΘm[CH3COOH(1)]△cHΘm[CH3CH2OH(1)]－△cHΘm[CH3COOCH2CH3(1)]－△cHΘm[H2O(1)]]=－874.5(－1366.8)－(－2254.2)－0=12.9(kJmol1)（2）△r

16、HΘm（298K）=△cHΘm[C2H4(g)]△cHΘm[H2(g)]－△cHΘm[C2H6(g)]=－1410.0(－285.83)－(－1559.8)=－136.03(kJmol1)1212人體所需能量大多來源于食物在體內(nèi)的氧化反應，例如葡萄糖在細胞中與氧發(fā)生氧化反應人體所需能量大多來源于食物在體內(nèi)的氧化反應，例如葡萄糖在細胞中與氧發(fā)生氧化反應生成生成COCO2和H2O（1），并釋放出能量。通常用燃燒熱去估算人們對食物的需求量，已

17、知葡萄糖，并釋放出能量。通常用燃燒熱去估算人們對食物的需求量，已知葡萄糖的生成熱為－的生成熱為－1260kJmol1260kJmol11COCO2(g)(g)和H2O(l)O(l)的生成熱分別為－的生成熱分別為－393.51393.51和－和－285.83285.83kJmolkJmol1，試計算葡萄糖的燃燒熱。，試計算葡萄糖的燃燒熱。解：葡萄糖的氧化反應為：C6H12O6(s)6O2(g)→6CO2(g)6H2O(l)葡萄糖的燃燒熱為

18、：△cHΘm[C2H4(g)]=△rHΘm=6△fHΘm[CO2(g)]6△fHΘm[H2O(l)]－△fHΘm[C6H12O6(s)]－6△fHΘm[O2(g)]=6(－393.51)6(－285.83)－(－1260)－60=－2816(kJmol1)1313乙炔燃燒能放出大量熱，氧炔焰常用于焊接和氣割。已知石墨氣化的熱化學方程式為乙炔燃燒能放出大量熱，氧炔焰常用于焊接和氣割。已知石墨氣化的熱化學方程式為C（石墨，（石墨，s）→C(