高等无机化学 第二章 热化学 题附答案
山东大学《无机化学》课后习题答案
第二章物质的状态习题2.1 什么是理想气体？实际气体在什么条件下可用理想气体模型处理？2.2 为什么家用加湿器都是在冬天使用，而不在夏天使用？2.3 常温常压下，以气体形式存在的单质、以液体形式存在的金属和以液体形式存在的非金属单质各有哪些？2.4 平均动能相同而密度不同的两种气体，温度是否相同？压力是否相同？为什么？2.5 同温同压下，N2和O2分子的平均速度是否相同？平均动能是否相同？2.6试验测得683K、100kPa时气态单质磷的密度是2.64g·dm－3。
求单质磷的分子量。
2.71868年Soret用气体扩散法测定了臭氧的分子式。
测定结果显示，臭氧对氯气的扩散速度之比为1.193。
试推算臭氧的分子量和分子式。
2.8常压298K时，一敞口烧瓶盛满某种气体，若通过加热使其中的气体逸出二分之一，则所需温度为多少？2.9氟化氙的通式为XeF x（x＝2、4、6…），在353K、1.56×104Pa时，实验测得某气态氟化氙的密度为0.899g·dm－3。
试确定该氟化氙的分子式。
温度为300K、压强为3.0×1.01×105Pa时，某容器含，每升空气中水汽的质量。
（2）323K、空气的相对湿度为80％时，每升空气中水汽的质量。
已知303K时，水的饱和蒸气压为4.23×103Pa；323K时，水的饱和蒸气压为1.23×104Pa。
2.10在303K，1.01×105Pa时由排水集气法收集到氧气1.00dm3。
问有多少克氯酸钾按下式分解？2KClO3 === 2KCl ＋3O2已知303K时水的饱和蒸气压为4.23×103Pa。
2.11298K，1.23×105Pa气压下，在体积为0.50dm3的烧瓶中充满NO和O2气。
下列反应进行一段时间后，瓶总压变为8.3×104Pa，求生成NO2的质量。
无机化学 第二章 热化学 反应自发性
例 设反应物和生成物均处于标准状态，计算1mol乙炔完全 燃烧放出的能量。 解：从手册查得298.15K时，各物质的标准摩尔生成焓如下 。 5 C 2 H 2 ( g ) O 2 ( g ) 2 C O 2 ( g ) H 2 O (l ) 2 0 -393.509 -285.83 f H m ( 29 8 K ) / kJ mol 1 226.73
注意事项
应用物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓时 需要注意
物质的聚集状态，查表时仔细
公式中化学计量数与反应方程式相符 数值与化学计量数的选配有关； 温度的影响 r H m ( T ) r H m ( 2 9 8 . 1 5 K )
思考：正反应与逆反应的反应热的数值相等，符号相反。 对吗？ 答：对。这 也是热化学定律的重要内容。
热力学第三定律 在绝对零度时，一切纯物质的完美晶体的熵值都 等于零。
S (0 K) = 0 热力学第三定律也可以表述为“不能用有限的手段使一个物 体冷却到绝对零度”。
熵变的计算
熵值计算的参考点： S (0 K) = k ln 1 = 0 单位物质的量的纯物质在标准状态下的规定熵叫做该物质的 标准摩尔熵，以 Sm (或简写为S )表示。注意 Sm 的 SI 单位 为J. mol-1. K-1。 思考：指定单质的标准熵值是零吗？ 与指定单质的标准焓有什么不同？
此式的意义是在等温等压下一个封闭系统所能做的最大非体积功max表示最大电功以后章节涉及内容自发任何温度2cog非自发任何温度caco升高至某温度时由正值变负值升高温度有利于反应自发进行降低至某温度时由正值变负值降低温度有利于反应自发进行大多数反应属于h同号的上述或两类反应此时温度对反应的自发性有决定影响存在一个自发进行的最低或最高温度称为转变温度t不同反应的转变温度的高低是不同的它决定于h与s的相对大小即t决定于反应的本性
无机化学 第五版第二章 热化学
4
热力学的标准状态
(1) 气体物质的标准状态，是气体在指定温度T，压力p ＝ p的状态， p＝100 kPa; (2) 纯固体和液体的标准状态，分别是在指定温度T，压 力p ＝ p时纯固体和纯液体的状态； (3) 溶液中溶质B的标准状态，是在指定温度T，压力p ＝
p，质量摩尔浓度b ＝ b时溶质的状态， b ＝ 1
l
热和功均不是状态函数 ① 热和功是与过程相联系的物理量，系统不发生变
化，就没有热或功，故热和功均不是状态函数。
② 在处理热和功的问题时，不仅要考虑过程，还必
须考虑途径。
一定量的理想气体，从压强 p1 ＝ 16×105 Pa，体积 V1＝ 1×10 －3 m3 经过两个途径分别恒温膨胀至压强 p2 ＝ 1×105 Pa，体积 V2 ＝ 16×10－3 m3 的状态。
U Q p pex V
U 2 U1 Q p pex V2 V1 U 2 U1 Q p p2V2 p1V1 Q p (U 2 p2V2 ) U1 p1V1
令：U + pV = H ——焓，状态函数
H = H2 - H1 ——焓变
U 2 U1 U
热力学能变化只与始态、终态有关， 与变化途径无关。
2.2.3 热力学第一定律
热力学第一定律的实质是能量守恒与 转化定律。
U1 Q U W 2
U2 = U 1 + Q + W U2 - U1 = Q + W
V1
pex
l
对于封闭系统热力学第一定律的数学 表达式为： U Q W
统的热焓
焓Ｈ ① 焓是系统的状态函数，其数值的大小只与始态和
终态有关，与途径无关；
《无机化学习题》及答案2
17. (1) −137.07 kJ·mol−1，(2) −630.59 kJ·mol−1
据。
(3) 44.18 kJ·mol−1
38. 此反应向右进行。
18. 1.88 kJ·mol−1
39. (1) 反应向右进行， (2) 反应向左进行。
19. −454.8 kJ·mol−1
40. (1) Δn(g)=1，∴ΔS >0。
但若 O2 过量，则发生 C4H6 + 11/2O2＝4CO2
加的过程。
+ 3H2O (g)，此反应 T<2.35×107
(2) 不对，在等温、等压，作膨胀功时，自
K 时均有 ΔGm < 0，反应自发进行，难以控
发过程是自由能减少的过程。
制。∴反应(1)适合。
(3) 不对，ΔH 不是判断反应自发与否的判
(2) 前者大。前者是自发过程 ΔS 总 >0，后
12. ΔHm = −57.9 kJ·mol−1， ΔUm = −56.3 kJ·mol−1
者是可逆过程 ΔS 总= 0。 (3) 后者大。升高到同温度时，不可逆过程
13. ΔHm = −322.7 kJ·mol−1 ΔUm = −325.2 kJ·mol−1
(5) −137.0 kJ·mol−1
43. −817.6 kJ·mol−1
23. −16.72 kJ·mol−1 24. 131.3 kJ·mol−1
44. −26.7 kJ·mol−1 45. ΔG = −54.8 kJ·mol−1，ΔH = −51.59
kJ·mol−1，ΔS = 10.52 J·mol−1·K−1。 46. −2880 kJ·mol−1 47. ΔG = 99.56 kJ·mol−1，ΔH = 149.64
第二章热化学
判断：
1.焓是否与内能一样表示系统具有的能量？ 2.是否只有恒压过程体系才有焓值的改变？ 3.在Qp = ΔH中由于H是状态函数，所以Q也是状态函数?
在 3.
32 东北石油大学化学化工学院
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无机化学-------第二章热化学 讨论：ΔU=QV 及 ΔH = Qp 两式的意义 1. △H ,△U在一定条件下，可以通过量热法求知. 2. Q是过程函数，特定条件下与状态函数的 变化值相等.即Q值可由△H 和△U求知。
U2 - U1 = Q + W 对于封闭系统热力学第一定律的数 学表达是为：
ΔU = Q + W
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无机化学-------第二章热化学
例2. 1mol理想气体
Q(Ⅰ)=-15kJ; W(Ⅰ)=10kJ
B
Q(Ⅱ)=-10kJ; W(Ⅱ)=?kJ
C
△U=?
25 东北石油大学化学化工学院
无机化学-------第二章热化学
§2.1 热力学术语和基本概念 §2.2 热力学第一定律 §2.3 化学反应的热效应 §2.4 Hess定律 §2.5 反应热的求算
1
无机化学-------第二章热化学
§2.1 热力学术语和基本概念
2.1.1 系统和环境 2.1.2 状态和状态函数 2.1.3 过程和途径 2.1.4 相 2.1.5 化学反应计量式和反应进度
(U2 +P2V2 ) − (U1 + PV1 ) = Qp 1
ΔH =Qp
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无机化学-------第二章热化学
令：U + pV = H ——焓，状态函数 ΔH = H2 – H1 ——焓变 则：Qp = ΔH 即，在定压且非体积功为零的过程 即， 中，封闭系统从环境吸收的热等于系统焓 的增加。
无机化学-第二章化学热
和 △ rGm（T）RT lnK ( T )
得：RT lnK ( T ) = △ rHm -T△ rSm
ln K
(T)
△
rHm(T)
△
rSm
(T)
RT
R
在温度变化范围不大时：
ln K (T) △ rHm(298K) △ rSm (298K)
RT
R
ln K (T)与1/T呈直线关系
当温度为T1时：
当ln温K 度(T为1)T2时△：rHmR(T2198K)
△
rSm (298K)
R
l两n K式相(T减2)得△：rHmR(T2298K)
△
rSm (298K)
R
ln K (T2) △ rHm(298K) 1 1
K (T1)
R
T1 T2
由此式可见,对于吸热反应,温度升高, K 增大；对于放热反应,温度升高, K 减小。
微观状态数：
3 分子 (3位置)
3 分子 (4位置)
2 分子 (4位置)
系 微观粒子 位置 微观状态
统数
数
数
(1)
3
3
1
(2)
3
4
4
(3)
2
4
6
粒子的活动范围愈大，系统的微观 状态数愈多，系统的混乱度愈大。
熵与微观状态数：
1878年，L.Boltzman提出了熵与微观 状态数的关系。
S=klnΩ
为物质B的标准摩尔生成Gibbs函数。
△ f Gm(B,相态,T) ，单位是kJ·mol-1 △ f Gm (参考态单质,T)=0
2. 用△ f Gm(B,相态,T) 计算△ rGm
无机化学复习
第二章热化学BABB一、判断题1. 已知反应C(金刚石)＋O2(g)—→CO2(g)的＝－295.8kJ·mol-1,则可认为(CO2,g)=-295.8 kJ·mol-1。
(A)正确(B)错误2. 已知O3(g)的摩尔生成焓为142 kJ·mol-1，则可求出反应2O3（g）—→3O2(g)的标准摩尔反应热＝－284 kJ·mol-1。
(A)正确(B)错误3. 对于反应 8Al(s)＋3Fe3O4(s)—→ 4Al2O3(s)＋9Fe(s)的恒压反应热，由于(Al,s)＝0，(Fe,s)＝0，则可由下式＝(Al2O3,s)－(Fe3O4,s)而求得。
(A)正确(B)错误4. 一个反应的值越小，其反应速率越快。
(A) 正确(B)错误DCDAC二、选择题1．下列纯态单质中，其标准摩尔生成焓不为零的是（）。
(A)石墨(s)(B) Br2(l)(C) H2(g)(D) Hg(g)2．下列各组符号所代表的体系的性质均属状态函数的是（）。
(A)U、H、W(B)S、H、Q(C)U、H、G(D) S 、H 、W3.已知反应：N 2（g ）＋2O 2（g ）─→2NO 2(g)的(＝67.8kJ·mol-1，则（NO 2，g）＝kJ·mol-1。
(A) －67.8 (B) 67.8 (C) －33.9 (D) 33.94.已知A ＋B─→M ＋N 的()1＝50kJ·mol-1，2M ＋2N─→2D 的()2＝－80kJ·mol-1，则反应A ＋B─→D的＝（ ）kJ·mol-1。
(A) 10 (B) －30 (C) －110 (D) 905．下列哪一种说法是正确的？ (A) 单质的焓值等于零； (B) 单质的生成焓值等于零；(C) 最稳定单质（纯态）的标准摩尔生成焓为零； (D)（金刚石）＝0。
6.在标准状态和298K 下，下列反应中能代表CO 2（g ）的标准生成焓ΔH f Θ298的是(A) C(金刚石)+O 2(g) = CO 2(g) (B) C(石墨)+O 2(g) = CO 2(g) (C) CO(g)+1/2O 2(g) = CO 2(g) (D) 2CO(g)+O 2(g) = 2CO 2(g)第三章、第四章填空题：1. 在下表变化方向栏内用箭头指示变化方向：序号 可逆反应m r H 操作 变化方向 (1) 2SO 2(g) + O 2(g)2SO 3(g) <0 加热 ( )(2) C(s) + H 2O(g)CO(g) + H 2(g) >0 冷却 ( ) (3) NH 4Cl(s)NH 3(g) + HCl(g) >0 加压 ( ) (4) N 2O 4(g)2NO 2(g) <0 减压 ( )2. 已知298K 时Cl 2 (l)的m f G ∆= 4.79 kJ ·mol -1，在该温度下反应Cl 2 (g)Cl 2(l) 的标准平衡常数K p ∅ =__________。
无机化学思考题和课后习题答案整理(1—5章).
第一章思考题1.一气柜如下图所示：A假设隔板（A）两侧N2和CO2的T, P相同。
试问：（1）隔板两边气体的质量是否相等? 浓度是否相等?物质的量不等而浓度相等（2）抽掉隔板（假设不影响气体的体积和气柜的密闭性）后，气柜内的T和P 会改变？N2、CO2物质的量和浓度是否会改变? T和P 会不变，N2、CO2物质的量不变而浓度会改变2.标准状况与标准态有何不同? 标准状况指气体在27.315K和101325Pa下的理想气体，标准态是在标准压力下（100kPa）的纯气体、纯液体或纯固体3.化学反应方程式的系数与化学计量数有何不同? 对某一化学反应方程式来说,化学反应方程式的系数和化学计量数的绝对值相同,但化学反应方程式的系数为正值,而反应物的化学计量数为负值,生成物的化学计量数为正值4.热力学能、热量、温度三者概念是否相同? 试说明之。
5.试用实例说明热和功都不是状态函数。
6.判断下列各说法是否正确：（1）热的物体比冷的物体含有更多的热量。
×（2）甲物体的温度比乙物体高，表明甲物体的热力学能比乙物体大。
×（3）物体的温度越高，则所含热量越多。
×（4）热是一种传递中的能量。
√（5）同一体系：(a)同一状态可能有多个热力学能值。
×(b)不同状态可能有相同的热力学能值。
√7.判断下列各过程中，那个ΔU最大：（1）体系放出了60kJ热，并对环境做了40kJ功。
（2）体系吸收了60kJ热，环境对体系做了40kJ功。
√（3）体系吸收了40kJ热，并对环境做了60kJ功。
（4）体系放出了40kJ热，环境对体系做了60kJ功。
根据ΔU=Q+W, (1) ΔU=-60+(-40)=-100KJ (2)ΔU=+60+40=+100KJ ,(3) ΔU=+40+(-60)=-20KJ (4)ΔU=-40+60=+20KJ因此通过计算可以看出,(2)过程的ΔU最大.8.下列各说法是否正确：（1）体系的焓等于恒压反应热。
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第二章 热化学 一 判断题 1.气 体 的 标 准 状 况 与 物 质 的 标 准 态 是 同 一 含 义。..............................................（ ）
2.在 恒 温 恒 压 下， 某 化 学 反 应 的 热 效 应 Qp =△H ＝H2 －
H1， 因 为 H 是 状 态 函 数， 故 Qp 也 是 状 态 函 数。............................................................................................................（ ） 3. 系 统 状 态 一 定， 状 态 函 数 就 有 确 定 的 值。.....................................................（ ） 4.在 恒 温 恒 压 条 件 下， 反 应 热 只 取 决 于 反 应 的 始 态 和 终 态， 而 与 过 程 的 途 径 无 关。...................................................................................................................（ ） 5.功 和 热 是 系 统 与 环 境 间 能 量 传 递 的 两 种 形 式。.................................................（ ） 6.气 体 膨 胀 或 被 压 缩 所 做 的 体 积 功 是 状 态 函 数。...............................................（ ） 7.由 环 境 中 吸 收 热 量， 系 统 的 热 力 学 能 增 加。.....................................................（ ） 8.环 境 对 系 统 做 功， 系 统 的 热 力 学 能 增 加。..........................................................（ ） 9.系 统 的 焓 等 于 系 统 的 热 量。........................................................................................（ ） 10.系 统 的 焓 等 于 恒 压 反 应 热。........................................................................................（ ） 11.系 统 的 焓 变 等 于 恒 压 反 应 热。................................................................................（ ） 12.反 应 的 热 效 应 就 是 该 反 应 的 焓 变。.........................................................................（ ）
13. 由 于 CaCO3 的 分 解 是 吸 热 的， 故 它 的 生 成 焓 为 负
值。................................（ ） 14. 298 K 时 反 应 Na (s) + 12 Cl2 (g) → NaCl (s) 的△rH＝-411.1
kJ·mol-1， 即 该 温 度 下 NaCl (s) 的 标 准 摩 尔 生 成 焓 为 -411.1 kJ·mol-1。............................................................................................（ ） 15. 298.15 K 时 由 于 Na+ (g) + Cl- (g) →NaCl (s) 的△rH= -770.8 kJ·mol-1， 则 NaCl (s) 的 标 准 摩 尔 生 成 焓 是 -770.8 kJ·mol-1。...........................................................................................（ ）
16. 298 K 时， 反 应 CO (g) + Cl2 (g) → COCl2 (g) 的△rH= -108 kJ·mol-1，
则△rH (COCl2，g ) = -108 kJ·mol-1。..................................................（ ） 17. 所 有 气 体 单 质 的 标 准 摩 尔 生 成 焓 都 为 零。..........................................................（ ） 18. △fH (Br2 , g) = 0 kJ·mol-1。................................................................................................（ ） 19. 298 K 时 石 墨 的 标 准 摩 尔 生 成 焓 为 零。...................................................................（ ）
20. 在 密 闭 容 器 中 盛 有 等 物 质 的 量 的 N2 (g) 和 O2 (g)， 使 其 反 应 生 成 NO (g)， 保 持 反 应 在 等 温 下 进 行， 则 该 反 应 的 焓 变 一 定 等 于△fH (NO, g )。..................................................（ ）
21. 已 知 在 某 温 度 和 标 准 态 下， 反 应 2KClO3 (s)→ 2KCl (s) + 3O2 (g) 进 行 时， 有 2.0 mol KClO3 分 解， 放 出 89.5 kJ 的 热 量， 则 在 此 温 度 下 该 反 应 的△rH＝ －89.5 kJ·mol-1。...（ ） 22. 反 应 H2 (g) + Br2 (g) → 2HBr (g) 的△rH 与 反 应 H2 (g) + Br2 (l) → 2HBr (g) 的△rH 相 同。.......................................................................（ ）
23. 298 K、 标 准 态 时，NH3 (g) 与 O2 (g) 反 应 生 成 NO (g) 和 H2O (g)， 每 氧 化 1mol NH3 (g) 放 出 226.2 kJ 热 量， 则 其 热 化 学 方 程 式 为 NH3 (g) +54 O2 (g) → NO (g) + 32 H2O (g)，△rH= -226.2 kJ。....................................................................................................（ ） 24. 反 应 N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g) 的△rH 与 反 应 12 N2 (g) + 32 H2
(g) → NH3 (g) 的△rH 相 同。...................................................................（ ）
25. 相 同 质 量 的 石 墨 和 金 刚 石， 在 相 同 条 件 下 燃 烧 时 放 出 的 热 量 相 等。....（ ） 26.热 力 学 温 度 为 0 K 时， 任 何 完 整 晶 体 纯 物 质 的 熵 都 是 零。..........................（ ）
27.在 298 K 下，S(H2 , g) = 0
J· mol-1·K。..........................................................................（ ） 28.在 298 K， 标 准 状 态 下， 稳 定 的 纯 态 单 质 的 标 准 熵 不 为 零。........................（ ） 29.反 应：3H2 (g) + N2 (g) → 2NH3 (g) 的△rS 值 与 反 应 32H2 (g) + 12N2
(g) → NH3 (g) 的△rS 值 相
同。...........................................................................................................（ ） 30.已 知 反 应 P4 (s) + 6Cl2 (g) → 4PCl3 (g) 的 标 准 摩 尔 反 应 熵 变
为△rS(1)，14P4 (s) + 32Cl2 (g) → PCl3 (g) 的 标 准 摩 尔 反 应 熵 变 为 △rS(2)， 则 △rS(2) =14△rS(1)。..............................................（ ）
31.按 热 力 学 规 定： 在 标 准 状 态 下，（ 参 考 温 度 为 298 K），H+ (aq) 的△fG，△fH，S( 实 际 上 是 相 对 值） 均 为 零。...............................................................................................（ ） 32.物 质 的 量 增 加 的 反 应 不 一 定 是 熵 增 加 的 反 应。.................................................（ ） 33.某 一 系 统 中， 反 应 能 自 发 进 行， 其 熵 值 一 定 是 增 加 的。........................（ ） 34.恒 温 恒 压 下， 熵 增 大 的 反 应 都 能 自 发 进 行。.......................................................（ ）