大學(xué)化學(xué)課后習(xí)題答案解析..

1、第一章化學(xué)反應(yīng)熱教學(xué)內(nèi)容1 .系統(tǒng)、環(huán)境等基本概念；2.熱力學(xué)第一定律；3.化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。教學(xué)要求掌握系統(tǒng)、環(huán)境、功、熱（恒容反應(yīng)熱和恒壓反應(yīng)熱）、狀態(tài)函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)生成崎、反應(yīng)進度等概念；熟悉熱力學(xué)第一定律；掌握化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)始變的 計算方法。知識點與考核點2 .系統(tǒng)（體系）被劃定的研究對象。化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)是由大量微觀粒子（分子、原子和離子等） 組成的宏觀集合體。3 .環(huán)境（外界）系統(tǒng)以外與之密切相關(guān)的部分。系統(tǒng)和環(huán)境的劃分具有一定的人為性，劃分的原則是使研究問題比較方便。系統(tǒng)又可以分為敞開系統(tǒng)（系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換）；封閉體系（系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有.物質(zhì)交換，只。.能

2、量交換）； 孤立系統(tǒng)（體系與環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換，也沒有能量交換）系統(tǒng)與環(huán)境之間具有邊界，這一邊界可以是實際的相界面，也可以是人為 的邊界，目的是確定研究對象的空間范圍。4 .相系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的均勻部分。在同一個系統(tǒng)中，同一個相可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。例如油水混合物中，有時水是連續(xù)相，有時 油是連續(xù)相。4.狀態(tài)函數(shù)優(yōu)質(zhì)范文狀態(tài)是系統(tǒng)宏觀性質(zhì) （T、p、V、U等）的綜合表現(xiàn),系統(tǒng)的狀態(tài)是通過這些 宏觀性質(zhì)描述的，這些宏觀性質(zhì)又稱為系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)的特點：狀態(tài)函數(shù)之間往往相互制約（例如理想氣體狀態(tài)方程式中p、V n、T之間互為函數(shù)關(guān)系）；其變化量只與系統(tǒng)的始、末態(tài)

3、有關(guān)，與 變化的途徑無關(guān)。5* .過程系統(tǒng)狀態(tài)的變化（例如：等容過程、等壓過程、等溫可逆過程等）6* .途徑完成某過程的路徑。若系統(tǒng)的始、末態(tài)相同，而途徑不同時，狀態(tài)函數(shù)的變量是相同的。7* .容量性質(zhì)這種性質(zhì)的數(shù)值與系統(tǒng)中的物質(zhì)的量成正比，具有加合性，例如m（質(zhì)量）V、U、G等。8* .強度性質(zhì)這種性質(zhì)的數(shù)值與系統(tǒng)中的物質(zhì)的量無關(guān)，不具有加合性，例如 T （密 度）、p （壓強）等。9 .功（W溫差以外的強度性質(zhì)引起的能量交換形式w= W體+W有。環(huán)境對系統(tǒng)做功，其符號為（+）;反之為（-）。功不是狀態(tài)函數(shù)，是過程量。因為功總是與系統(tǒng)變化的途徑有關(guān)。例如鹽酸與鋅單質(zhì)在燒杯中發(fā)生氧化還原反應(yīng)時

4、會有熱效應(yīng)，但是系統(tǒng)并不做功（Wr = 0）。但是，若將其組成原電池，系統(tǒng)就可以對環(huán)境做電功（WrV 0 ）。又例如一個帶活塞的汽缸膨脹，分別經(jīng)過 向真空中膨脹； 向大氣中等外壓膨脹。設(shè)活塞的兩個過程的始、末狀態(tài)相同，則 W 1=0；而 Wk 2 = p 環(huán)境（ Vi） w 0。10 .熱（Q系統(tǒng)與環(huán)境之間因溫差引起的能量交換形式。系統(tǒng)吸收熱量，熱的符號為（+）,系統(tǒng)放熱為（-）。熱是與變化途徑有關(guān)的物理量，任何一個系統(tǒng)只能說它在某過程中吸收或放出多少熱量，不能說它本身含有多少熱量，所以熱不是狀態(tài) 函數(shù)。11 .化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)（反應(yīng)熱）生成物與反應(yīng)物的溫度相同時，化學(xué)反應(yīng)過程中放出或吸收的熱量

5、。12 .等壓熱效應(yīng)（Q）封閉系統(tǒng)，在等溫、等壓、不做有用功時的反應(yīng)熱。等壓過程：系統(tǒng)的始態(tài)壓力和終態(tài)壓力與環(huán)境壓力相等。p （始態(tài)）=p （終態(tài)）=p （環(huán)境）=A （常數(shù)），而中間過程的壓力可以有所變 化。（在專業(yè)的化學(xué)熱力學(xué)書中，等壓與恒壓是有區(qū)別的。恒壓過程是指系統(tǒng)的壓 力在整個過程中與環(huán)境壓力相等并且恒定不變）。p （系統(tǒng)）=p （環(huán)境）=A （常數(shù)）；13 .熱力學(xué)第一定律 U = Q + W （條件：封閉系統(tǒng)）。U （熱力學(xué)能）是狀態(tài)函數(shù)，AU是熱力學(xué)能的變化量，AU不是狀態(tài)函數(shù)。 14 .始H = U + pV （次含是狀態(tài)函數(shù)，是復(fù)合狀態(tài)函數(shù)）始變：AH =Q （條件：封閉系

6、統(tǒng)、等壓、不做有用功），AH不是狀態(tài)函數(shù) 上式說明，在一定條件下，狀態(tài)函數(shù)始（HD的變化量（AH）與特士 7E（等壓）過程的反應(yīng)熱（等壓熱Q）在數(shù)值上相等，但不能因此就認(rèn)為熱是狀態(tài)函數(shù)。15 .蓋斯定律一個總反應(yīng)的A rHn，等于其所有分步A rHm B的總和。16 .熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)純理想氣體熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是指該氣體處于標(biāo)準(zhǔn)壓力p®（100kPa）下的狀態(tài)?；旌侠硐霘怏w中任一組分的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是指該組分氣體的分壓為p®時的狀態(tài)。純液態(tài)（或純固態(tài)）物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是指壓力為p®下的純液體（或純固體）的狀態(tài)。溶液的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)選 1 mol L 優(yōu)質(zhì)范文熱力學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)態(tài)”與標(biāo)準(zhǔn)狀況的含義是

7、不相同的。因為在研究氣體定律時 所規(guī)定的氣體“標(biāo)準(zhǔn)狀況”是指氣體的壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓( p = 101 325Pa )、和溫度為0c下所處的狀況。而熱力學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)態(tài)”是為了理論研究的需要，給物質(zhì)規(guī)定的作為參比的標(biāo)準(zhǔn)壓力(p®=100kPa);理想氣體的分壓為 p®理想溶液中溶質(zhì)的濃度為1mol 可見“標(biāo)準(zhǔn)態(tài)”并未對溫度作出規(guī)定。物理化學(xué)手冊的熱力學(xué)數(shù)據(jù)多為298.15K下的測定值，并不是說“標(biāo)準(zhǔn)態(tài)”包含 25 C (298.15K)這一 條件。17 .標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成烙(")在一定溫度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol純物質(zhì)時反應(yīng)的火含變。18 .化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)始變(A

8、rH9 m)設(shè)某化學(xué)反應(yīng)式為 aA + fF = gG + dD,則：A rH0 m= g A f H|0 m, G + dAfhf m, D - a A f H|0 m, A - f A舊9 m, F = b fHm、B B注意：計量系數(shù)，物質(zhì)的聚集狀態(tài)。例如：2H2(g) O2(g) 2H2O(l)查表 fHm/ (kJ? mol") 00- 285.83fl-_ 1 rH m = 2 X 285.83)- 0 - 2 >0 =- 571.66 kJ ? mol19 .反應(yīng)進度設(shè)某化學(xué)反應(yīng)式為 aA + fF = gG + dD,bB 0；BB：反應(yīng)物或產(chǎn)物，nB nB0B

9、 (mol)BBB：計量系數(shù)。(對反應(yīng)物，n為負(fù)數(shù)，B也為負(fù)數(shù)；對生成物 B為正數(shù)；n也為正數(shù)；> 0 ), dnAdnFdnG dnDd 。VaVfVgVd1mol反應(yīng)表示各物質(zhì)按給定的化學(xué)計量方程式進行的完全反應(yīng)。在使用反應(yīng)進度的概念時，必須指明對應(yīng)的反應(yīng)計量方程式。例如對反應(yīng)N 2 3H 2 2NH 3,=1 mol 表示 1 mol N 2 與 3mol H2 反應(yīng)生成 2 mol NH 3。一，1 _3_1, 3而對一 N2H 2 NH 3,=1 mol 表不 一 molN2 與一molH2 反應(yīng)生成1molNH3。2222思考題與習(xí)題解答1 .說明下列符號的含義。_ 。 。

10、QvrHm(T)rHm(T)f Hm (T)答：Qv ：等容反應(yīng)熱；Hm(T)：溫度T下，反應(yīng)的摩爾始變(數(shù)值等于等壓反應(yīng)熱)；fHm(T)：溫度T下某物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成烙；：反應(yīng)進度。2 .蓋斯定律的使用條件，下列哪種說法正確？(1)等壓 (2)等容(3)等溫、等容或等溫、等壓(4)等溫、不做有用功，等容或等壓答：正確答案為(4)。3 .熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的含義？為什么要確定熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)？答：純理想氣體熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是指該氣體處于標(biāo)準(zhǔn)壓力p®(100kPa)下的狀態(tài)。混合理想氣體中任一組分的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是指該組分氣體的分壓為p®時的狀態(tài)。純、 . . R 液態(tài)(或純固態(tài))物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是

11、指壓力為p下的純液體(或純固體)的狀態(tài)。溶液的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)選1 mol < 因為化學(xué)反應(yīng)中的能量以及狀態(tài)函數(shù)改變是受許多條 件(如溫度、壓力、濃度、聚集狀態(tài)等)的影響，為了比較方便，國際上規(guī)定了 物質(zhì)的熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。4 .簡述照明彈中的鋁、鎂、硝酸鈉和硝酸鋼等物質(zhì)各起什么作用？答：金屬鋁、鎂在燃燒時，可以放出大量熱(fHm,MgO= - 601.7 kJ mol優(yōu)質(zhì)范文1，Hm,Al2O3= - 1675.69 kJ ?mol 1)產(chǎn)生千度以上的高溫，而反應(yīng)放出的熱量能使硝酸鹽分解產(chǎn)生 Q,又加速鎂、鋁的燃燒反應(yīng)，使照明彈更加絢麗奪目。在其中鋁和鎂作為還原劑；氧氣、硝酸鈉和硝酸鋼等作氧化劑。5

12、 .通過計算說明，氧一乙快焰為什么可以用于金屬焊接和切割？答：(5/2 ) O + C 2H2 = 2CO 2 + H 20(g)f Hm / (kJ? mol 1)0226.7- 393.5- 241.8rHm=fHm(生成物)- fHm (反應(yīng)物). .- 1 rHm=2>< - 393.5) + (- 241.82)- 226.7- 0 =- 1255.5 kJ mol因反應(yīng)放出大量熱，可以熔化金屬，所以可用于焊接或切割金屬。6 .通過計算說明，為什么稱硼的氫化物(硼烷)，硅的氫化物(硅烷)是高能燃料已知 心偉(g)的 f H； = 36.56 kJ mol 1, BO(s)

13、的 f H ； = - 1132.55 kJ mol 1; SiH4 (g)的 f H ：= 34.31 kJ mol 1, SQ ( s )的 f H ：= 910.7kJ mol 1。解：B2H6 (g) + 3O 2(g) = B2Q (s) + 3H 2O (g)fHm / (kJ mol 1)36.560- 1132.55-241.82 rHm= - 1132.55+3 X( - 241.82)- 36.56- 0 =- 1894.57 kJ mol 1SiH4 (g) + 2O 2(g) = SiO 2 (s) + 2H 2O (g) f Hm/ ( kJ mol 1)34.310

14、- 910.7-241.82 rHm= - 910.7 + 2 X(- 241.82) - 34.31 - 0 =- 1427.25 kJ mol-1上述兩個反應(yīng)都放出大量熱，因此 BH (g)和SiH4 (g)可以作為高能燃料。7 .已知下列反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)熱C(石墨)+。(g) = CO (g)ArH(1) = - 393.5 kJ mol優(yōu)質(zhì)范文2(g) +(1/2) 。(g)*O(l)A rH(2) = - 285.8 kJ mol-1C 2H (g) +(7/2)O 2 (g) =2CO (g) +3H2O (l) A rHh(3) = - 1559.8 kJ mol -1不用查表，計

15、算由石墨和氫氣化合生成1mol C 2Hs (g)反應(yīng)的ArHn。解：根據(jù) Hess 定律ArHm (C 2H6) = 2 A rH(1) + 3 A rH(2) -AH (3)所以 ArHm (C 2H6) = 2X(-393.5) + 3 X - 285.8) -(- 1559.8)=- 84.6 kJ mol-18 .在用硝石制硝酸時，下列反應(yīng)同時發(fā)生(1) KNO (s) + H2SO (l ) = KHS。(s) + HNO (g)(2) 2KNO (s) + H2SO (l) = K2SO (s) + 2HNC3 (g)制得的硝酸中80應(yīng)由反應(yīng)(1)產(chǎn)生的，20娓由反應(yīng)(2)產(chǎn)生的

16、。問在25c制 取1kgHNO(g)時將放出多少熱量？已知 KNQ H2SO、KHSQ HNO ( g)、&SO的標(biāo) 準(zhǔn)生成始依次為- 494.63、813.99、-1160.6、135.6、- 1437.79 ( kJ mol 1)。解： KNO 3 (s) +件SO (l ) = KHSO ( s) + HNO (g)方程(1)f Hm/ (kJ? mol 1) - 469.63 813.99- 1160.6135.6rHm=fHm(生成物)- fHm (反應(yīng)物)rHm(1) = ( - 1160.6 +135.6 ) - ( - 494.63 + 813.99 ) = - 134

17、4.36 kJ - mol12KNO (s) +件SO (l) = K2SO (s) +2HNO (g)方程(2)f Hm/ (kJ? mol 1) - 469.63 813.99- 1437.79135.6 rHm(2)= - 1437.79) + 2X(135.6)- 2 X(- 469.63) + 813.99= - 1041.32kJ - mol1HNO的相對分子量為 63,1 kg HNO 3的物質(zhì)的量n = 1000=15.9 (mol)63制取1 kg HNO3(g)時的反應(yīng)熱為4180% 15.91344.3620% 15.91041.322,04 10 kJ kg優(yōu)質(zhì)范文9

18、.甘油三油酸脂是一種典型的脂肪，當(dāng)它在人體內(nèi)代謝時發(fā)生下列反應(yīng)C57Hl04。(s) + 80 O2 (g) = 57CO2 (g) +52件O (l)該反應(yīng)的rHm= - 3.35M0 4 kJ -mo1 ,問如以當(dāng)代男大學(xué)生平均每人每日耗 能10125.3kJ ,且以完全消耗這種脂肪來計算，每天需消耗多少脂肪?解：每天消耗脂肪物質(zhì)的量n 10125.3 101253 0.302(mol)rHm|33500該脂肪相對分子量為884;每天消耗脂肪的質(zhì)量為0.30 >884=267.0 (g)10 .葡萄糖(QHi。)完全燃燒反應(yīng)的方程式為C6Hi2Q(s) + 6O2 (g) = 6CO

19、2 (g) + 6H2O (l )該反應(yīng)的 rHm= - 2820 kJ mol1 ,當(dāng)葡萄糖在人體內(nèi)氧化時，上述反應(yīng)熱 的約40%T用于肌肉活動的能量。試計算一匙葡萄糖(以 3.8g計)在人體內(nèi)氧化 時，可獲得的肌肉活動能量。解：葡萄糖相對分子量為180; 一匙葡萄糖(3.8g)的物質(zhì)的量為3.8 / 180 =0.021(mol) 一匙葡萄糖被氧化放出的熱量為0.0214Hm = 0.021>2820 = 59.2 kJ可獲得的肌肉活動能量59.2 >40% = 23.7 kJ11 .辛烷是汽油的主要成分，根據(jù)附錄的有關(guān)數(shù)據(jù)計算下列兩個反應(yīng)的熱效應(yīng)，并從計算結(jié)果比較可以得到什么

20、結(jié)論(已知：fH： (C8H18, l) =-218.97kJ mol1) ?(1)完全燃燒 C 8H18 (l ) + O2 (g) - CO (g) + H2O (l)(2)不完全燃燒 C 8H18 (l ) + O2 (g) - C (s) + H 20 (l )解：據(jù)附錄查得下列物質(zhì)CHi8(l ), O 2 (g) , CO 2 (g),C(s), H2O(l )的標(biāo)準(zhǔn)生成始變分別為 218.97kJ.mol1, 0,- 393.5 kJ.mol 1, 0,- 285.83 kJ.mol 1rHm=fHm (生成物) f Hm(反應(yīng)物)8Hi8 (l) + (25/2) O (g)

21、= 8CO2 (g) + 9H 2O (g)f Hm / (kJ? mol 1) -218.970- 393.5- 241.82 rHm(1)= 8 (- 393.5) + 9 (285.83)- 0 - ( - 218.97) =- 5105.41-1kJ molC8H8 (l ) + (9/2 )。(g) = 16C(s) + 9H 2O(g)1fHm/(kJ?mol ) - 218.9700- 285.83 rHm(2)= 0 + 9 (- 285.83 )- 0 -( - 218.97) = 2395.35 kJ. mol1 $(1) >> ArHm(2), 結(jié)論：完全燃燒

22、放熱量大。第二章化學(xué)反應(yīng)進行的方向和限度教學(xué)內(nèi)容1 .始變與變化方向；2.嫡變與變化方向；3.吉布斯函數(shù)變與變化方向；4.化學(xué)反應(yīng)的限度一一化學(xué)平衡。教學(xué)要求理解標(biāo)準(zhǔn)嫡、標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯函數(shù)變、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)等有關(guān)概念；掌握反應(yīng) 的嫡變與吉布斯函數(shù)變的求算方法；熟悉等溫等壓條件下化學(xué)反應(yīng)進行方向的判斷方法；掌握吉布斯方程及轉(zhuǎn)化溫度的計算方法；掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(K )的表達(dá)和K與標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變的關(guān)系及化學(xué)平衡的相關(guān)計算；了解影響化學(xué)平 衡移動的有關(guān)因素。知識點與考核點1 .嫡（S）系統(tǒng)內(nèi)微觀質(zhì)點混亂度的量度。S klnQ （k是Boltzmann常數(shù)， 是微觀狀態(tài)數(shù)（與混亂度密切相關(guān)）。嫡是狀態(tài)函

23、數(shù)。2 .熱力學(xué)第三定律在0K時，任何純物質(zhì)、完整晶體的絕對嫡為0,（固體在0K時，任何物質(zhì)的熱運動停止，只有一種微觀狀態(tài)，即=1）。3 .標(biāo)準(zhǔn)摩爾嫡（Sm ）一定溫度下，1mol純物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)情況下的規(guī)定嫡。人為規(guī)定：處于標(biāo)準(zhǔn)條件下的水合H+離子的標(biāo)準(zhǔn)嫡為零，其它離子的標(biāo)準(zhǔn)嫡為其相對值。4 .影響嫡的因素相同物質(zhì)Sg > Si > Ss；分子數(shù)越多、分子量越大、物質(zhì)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，嫡越大； 固體溶解于水，嫡增加，而氣體溶解于水，嫡減小；溫度越高，嫡越大。5 .反應(yīng)嫡變的計算對化學(xué)反應(yīng)aA + f F = gG + dDooe _i“oe _oeco e _cr Sm gS mi g +

24、 dS m, d aS 項 a fS 項 f BSm B °B注意：計量系數(shù)；物質(zhì)的聚集狀態(tài)。6 .嫡變與化學(xué)反應(yīng)方向等溫等壓條件下，嫡變大于零（ S> 0）有利于變化過程自發(fā)進行，但 不能單獨作為判斷化學(xué)反應(yīng)方向的標(biāo)準(zhǔn)。7 .始變與化學(xué)反應(yīng)方向等溫等壓條件下，始變小于零（ H > 0）有利于變化過程自發(fā)進行，但 不能單獨作為判斷變化過程方向的標(biāo)準(zhǔn)。8 .吉布斯函數(shù)G H TS （ G為狀態(tài)函數(shù)，為復(fù)合函數(shù)）9 .吉布斯函數(shù)變G H T S（恒溫、恒壓下反應(yīng)的推動力 ）（G不是狀態(tài)函數(shù)）。10 .標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)（AfG）在一定溫度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1m

25、ol純物質(zhì)時反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布 斯函數(shù)變。11 .化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變（rGm）的計算對化學(xué)反應(yīng)aA + f F = gG + dDr Gm = g A f Gm . G + d A fGm . D 一 a Af Gm . A 一 fAfG，F(xiàn)= B f Gm Bb，注意：計量系數(shù)，物質(zhì)的聚集狀態(tài)。12 . A G與AS、AH及T的關(guān)系A(chǔ)HAS反應(yīng)自發(fā)性AG =AH-TA S1-（放熱）+ （嫡增）自發(fā)一2+ （吸熱）-（嫡減）非自發(fā)+3+不定（升高溫度， G由+變-，利于自發(fā)）4一一不定（升高溫度， G由-變+,不利于自發(fā)）13 .等溫、等壓，判斷變化過程自發(fā)進行方向的判據(jù)AG V 0 過程

26、正向自發(fā)進行A G = 0 處于平衡狀態(tài)AG > 0 過程逆向自發(fā)進行14 . rGm與rGm的區(qū)別rGm是指參加反應(yīng)物系中各物質(zhì)處于任意狀態(tài)下，反應(yīng)進度 =1時的吉布優(yōu)質(zhì)范文斯函數(shù)變。由它判斷(等溫等壓)實際條件下系統(tǒng)自發(fā)變化過程方向的判據(jù)，rGm< 0 ,過程能正向自發(fā)進行。而rGm指反應(yīng)系統(tǒng)中各物質(zhì)都處在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下(規(guī)定氣體的分壓為100kPa,溶液濃度為1 mol L 1,確切地講是各物質(zhì)的活度都等于1),的吉布斯函數(shù)變，它只說明標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下反應(yīng)自發(fā)進行的趨勢。對指定反應(yīng)，在一定溫度下，rGm是個確定的值。根據(jù)rGmRTlnK ,可以由rGm計算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，可見rGm是決定反應(yīng)

27、限度的物理量。當(dāng)rGm很大或很小時，也可用來近似判斷變化過程方向。一般認(rèn)為，若 rGm v40kJ mo|T,反應(yīng)可自發(fā)進行；rGm >+40kJ mol 1,反應(yīng)不能自發(fā)進行(因為此時K 已經(jīng)非常小)。若反應(yīng)40kJ mol1V rGm V+40kJ mo|T,則要根據(jù)反應(yīng)的具體條件，根據(jù)rGm= rGm+RTlnJ 來計算rGm值，再判斷變化過程方向。15.轉(zhuǎn)化溫度一般認(rèn)為反應(yīng)的 rHm和rSm與溫度關(guān)系不大，這可以從化學(xué)熱力學(xué)計算來1_ 一 ，、，進行說明。例如反應(yīng) CO(g) -O2(g)CO2(g),若在298.15K、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下進行則有1 -rHm(298.15K) f Hm(

28、CO2,g) f H m (CO, g) - f Hm(O2,g)2=- 393.51 - (- 110.53+ 0 ) =- 282.98 kJ mol 1,，-4 一， 一 一、一1rHm (398.15 K) - 285.0 kJ mol(此計算只是為了說明問題，不是大學(xué)化學(xué)課程要求的內(nèi)容)可以看出，當(dāng)此反應(yīng)由298.15K升溫100K至398.15K時，r H m僅增加了 0.71%, 優(yōu)質(zhì)范文優(yōu)質(zhì)范文所以溫度變化不大時，可以認(rèn)為r H m基本不變。同樣，當(dāng)升高溫度時，系統(tǒng)中的反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾嫡（Sm）以近似相同的倍數(shù)增加，致使反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾嫡變（rSm）變化不大。所以可以用

29、rS：（298K）和rH：（298K）近似求得rGm（T）,rGm= 0系統(tǒng)處于平衡rGm、（T）rHm（298K）T rSm（298K）；狀態(tài)（轉(zhuǎn)化點），轉(zhuǎn)化溫度T =rHm(298K)rSm (298K)（應(yīng)用此公式的前提是r Sm和r H m與溫度關(guān)系不大）例：（1 ）碳酸鈣在常溫、常壓下是否能自發(fā)分解；（2）若改變溫度可以改變其反應(yīng)方向，求轉(zhuǎn)化溫度。解：(1 )查表 fGe/ (kJ mol b A fHme/ k kJ mol i)S10 / (J mol bCaCO3(s)=1128.84 1206.9292.939.75CaO(s) +604.04635.09213.64CO23

30、94.36393.51注意單位由計算可知 ArGe= 394.36 +( 604.04 ) 一 ( 1128.84 ) = +130.44 kJ mol rG9 > 0 ,非自發(fā)(注意判據(jù)的適用條件是等溫、等壓)IArHn =- 393.51 +( 635.09 ) 一 ( 1206.92 ) = +178.32 kJ mol1& =213.64 + 39.75 92.9 = +160.49J mol用公式rG® rH® T rS：=178.32XI000-298.15 >60.49=130470 （J mol ）（兩種方法結(jié)果的微小誤差是因為有效數(shù)字，

31、或數(shù)據(jù)來源不同引起的）(2)因為 GTH 298 T S298 , 平衡時， H T S ( G 0)自發(fā)分解的臨界溫度 T 178.32 1000 1111.1 (K)160.49即838 c以上過程可以自發(fā)進行。在熱力學(xué)中，物質(zhì)的燃和吉布斯函數(shù)是“相對值”，而嫡卻是“絕對值”，這是因為物質(zhì)的“絕對始”和“絕對吉布斯函數(shù)”值無法確定，必須人為地規(guī)定 一個相對標(biāo)準(zhǔn)(就象以海平面為基準(zhǔn)測定山高一樣)。熱力學(xué)關(guān)心的是某物理量在某過程中的變化量。雖然不知道其“絕對值”，但是用人為規(guī)定的相對標(biāo)準(zhǔn)也可以準(zhǔn)確求出此"變化量"。例如求下述反應(yīng)的次含變：H2 (g) + (1/2 ) Q

32、(g) = H 2O (l )若用“絕對始”求反應(yīng)的始變，八1八rHm Hm(H2O,l)人 二 Hm(O2,g)(1)2若用標(biāo)準(zhǔn)生成烙來求，則1rHm fHm(H2O,l) f Hm (小 2 f H m(O2,g)再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成始fHm的定義，fHm(H2,g) 0；f Hm(O2,g) 0 ；帶入方程(2)得到，變化過程的 rHm fHm(H2O,l)吉布斯函數(shù)與始相同，完全可以用“相對標(biāo)準(zhǔn)”可以求出某變化過程的“變 化量”。而嫡與崎、吉布斯函數(shù)不同，它是描述系統(tǒng)混亂度的狀態(tài)函數(shù)，對純凈物 質(zhì)的完整晶體，在 0K時，物質(zhì)的任何熱運動都停止了，系統(tǒng)完全有序，因此熱力 學(xué)將絕對零度(0K

33、。時，任何純凈物質(zhì)完整晶體的嫡值定為零。這就是說，任何 物質(zhì)的嫡值都有相同的起點，可以直接從0K時嫡值開始測定，這樣就可以求得物質(zhì)的絕對嫡值(標(biāo)準(zhǔn)嫡)。16 .濃度平衡常數(shù)aA + fF = gG + dD優(yōu)質(zhì)范文(平衡日vk c(A)a(F)f= k_(G)g(D)dg d(單位是(mol )b號3,濃度平衡常數(shù)。 a fcA cF化學(xué)計量數(shù)的代數(shù)和B = g + d - a - f o因此，K的量綱與化學(xué)計量數(shù)有關(guān)Bb W0,則K就有量綱。 B17 .分壓某組分氣體的分壓等于單獨占有相同溫度下與混合物氣體具有相同體積時所具有的壓力。計算公式為PB = % P總n單心、18 .分壓定律P總=

34、PA + pB + PC + 混合氣體的總壓等于各組分分壓之和。19 .分壓平衡常數(shù)對氣相反應(yīng) aA(g) + fF (g) = gG(g) + dD(g)g dKp= PG PD分壓平衡常數(shù)。(Kp、Kc稱為實驗平衡常數(shù))a fPA PF在書寫平衡常數(shù)表達(dá)式時，表達(dá)式中，不出現(xiàn)固體或純液體物質(zhì)和稀溶液的 溶劑的濃度項。對平衡常數(shù)表達(dá)式中不包括固體或純液體物質(zhì)的濃度項一般有兩種解釋：(1)認(rèn)為在一定溫度下，固態(tài)(或純液態(tài))物質(zhì)的密度或蒸氣壓都是常數(shù),因此可以并入平衡常數(shù)。例如298K時 H2O。) H (aq) OH (aq)c(H ) c(OH )Kc(H2O)Kw K c(H 2O) c(

35、H ) c(OH )=1.0 M014；(2)認(rèn)為凝聚態(tài)(固體或純液體)的活度(有效濃度)為 1。20 .標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)對氣相反應(yīng) aA(g) + fF (g) = gG(g) + dD(g)k =(pG p )：(p 2T(其中各項分壓為平衡分壓)(Pa p ) (Pf p )可以看出標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)沒有量綱21 .反應(yīng)商g dj = (P P)a(P P)f(其中各項分壓為任意分壓)(Pa P ) (Pf P )22 . K 、J與變化過程方向由等溫方程 ArG= ArGn + RTln Jp可得，平衡時 0 = AG+ RT In Jp;,Ge=RTInKe代入等溫方程得到 rGm RTInK

36、p RTln JJ<KArGn < 0過程正向自發(fā)j=k e = o平衡J>K0ArGn > 0過程逆向進行平衡常數(shù)反映的是達(dá)到平衡時化學(xué)反應(yīng)可以達(dá)到的極限或“限度”，化學(xué)反應(yīng)的“限度”與“程度”是不同的，化學(xué)反應(yīng)的“程度”用化學(xué)反應(yīng)“進度”或某 一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(a )來衡量。23 .標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與吉布斯函數(shù)變In K0RT例 1:求反應(yīng) 2NO (g) = N2(g) + O 2(g)的：K (298 K)和 K (1000 K) o解：根據(jù)化學(xué)用表，可以求得ArGn (298.15K) = 173.2 kJ mol貝U ln K (298.15K)=173.2 1

37、00069.878.314 298.1530可得 K (298.15K) = 2.2 X10由 ArG(1000K)= ArHm (298.15 ) - 1000XA 6 m (298.15 ) rG =- 180.5 kJ mol 1 1000Kx (-0.0249 kJ mol 1 K1)一1=-155.6 kJ mol則 In K (1000K) =( 155.6 1000)18.72;8.314 1000K (1000K) = 1.3 M0821 .溫度對平衡的影響K2rHmT2 T1,一，E一, 一ln- (1)上例題也可以用此公式求出K ( 1000K)。K1RT2Tl思考題與習(xí)題

38、解答1 .下列說法是否正確？如不正確，請說明原因。(1) 因為qV=A H而a H與變化途徑無關(guān) H是狀態(tài)函數(shù)，所以qV也是 狀態(tài)函數(shù)。答：錯，H是狀態(tài)函數(shù)，但是始變 (AH)不是狀態(tài)函數(shù)。qV=A H只是數(shù)值關(guān)系。 (2)單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成烙(f H m )和標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯函數(shù)變(fG：)都為零，因此其標(biāo)準(zhǔn)嫡(Sm)也為零。答：錯，因H和G的絕對值還無法得到，因此采用相對值，根據(jù)定義，最穩(wěn)定單質(zhì)的 小和fGm都為零，而S有絕對值，除完美晶體在 0K時的嫡等于0外，其它條件下的嫡（包括標(biāo)準(zhǔn)嫡）皆不為零。但離子的嫡也是相對值，是以氫離子為相對標(biāo)準(zhǔn)（H+的Sm = 0 ）。（3）對于純固、液、氣態(tài)物質(zhì)

39、而言，100kPa、298K是其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。答：對。雖然熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)不指定溫度，但是任何溫度都有其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。 （4） H S G都與溫度有關(guān)，但A H, AS, A G都與溫度關(guān)系不大。答：錯，一般認(rèn)為反應(yīng)的A H, AS與溫度關(guān)系不大，但A G =AH- TAS,所以A G與溫度關(guān)系較大。（5）等溫等壓條件下，用rGm就可以判斷任何一個化學(xué)反應(yīng)的方向。答：錯，等溫等壓條件下用rGm （0或0）判斷反應(yīng)方向，而不是用 rGm。1mol反應(yīng)是指各物質(zhì)（6）化學(xué)反應(yīng)進度可以度量化學(xué)反應(yīng)進行的程度，所謂 按化學(xué)反應(yīng)方程式的計量關(guān)系進行的完全反應(yīng)。答：對.神. 一.（7） K與Kc、Kp在數(shù)值上是相等

40、的，但量綱不一定相同，答：（有關(guān)數(shù)值）Kc與K的數(shù)值相等；當(dāng) b 0時，Kp與K2的數(shù)值 B也相等。（有關(guān)量綱）K 沒有量綱；當(dāng) B 0時，Kc與府也都沒有量綱；但是 b 0時，KC與府有量綱； B例如合成氨反應(yīng) N2（g） 3H 2（g） 2NH3（g）設(shè)平衡時 p (NH3) =247 kPa ;p (N 2) =1kPa ； p (H2) =10kPa。PNH3PN2PH32(Pa)2Pa (Pa)32 /、2247000 (Pa)1000 100003( Pa)4=6.1 X10 5 (kPa) 2優(yōu)質(zhì)范文假如單位用 atm, Kp = 6.1 M05atm2;或用 mmHg Kp=1

41、.06mmHg2。2”(PNH3 P )K =：3(PN2 P )(PH2 P )(247000/100000)25=36.1 10(1000/100000) (10000 /100000)可以看出b 0時，Kp有量綱，且數(shù)值與 K不等。B _ 神 一（8） rG m > 0 ,反應(yīng)不能自發(fā)進行，但其平衡常數(shù)并不等于零。答：Gm>0 ,只能說明在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，過程不能自發(fā)進行。在非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，_一 Q 而且|Gm |又不是很大時，不能用于判斷反應(yīng)萬向?？赡娣磻?yīng)平衡常數(shù)都不應(yīng)為零。2.選擇題(將正確答案的標(biāo)號填入空格內(nèi))(1)下列物理量屬于狀態(tài)函數(shù)的是。T p V WH AH S G:答：

42、正確答案為。(2) 生產(chǎn)水煤氣的反應(yīng)為 C (s) + H2O (g) = CO (g) + H2 (g)該反應(yīng)的 出m=131.3 kJ mol 1,則該反應(yīng)是 (:系統(tǒng)AH >0, A S >0 )。低溫下正向不自發(fā)，高溫下正向自發(fā)；低溫下正向自發(fā)，高溫下正向不自發(fā)；任何溫度下正向都自發(fā)；任何溫度下正向都不自發(fā)答：正確答案為。3.不用查表，將下列物質(zhì)按標(biāo)準(zhǔn)嫡Sm值由大到小的順序排列。(1) Si (s)(2) Br (l)(3) Br (g)答：Sm (3) >Sm (2) >Sm (1)4.給出下列過程的G，Hm,rSm的正負(fù)號(或零)(1)電解水生成 H2和 Q

43、;(2) H2O (g) 273K H2O (l);>(3) HkO (l ) 268K H2O (s)優(yōu)質(zhì)范文答：各變化量的符號如下表所示Garm。 rHmS°r2m(1)+一一一一一一5. SiC是耐高溫材料，問以硅石(SiO2)為原料，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和298K時能否制得SiC。解SiO2+ C = SiC + O2fGm kJ mol 1- 856.670- 62.760rGm62.76 ( 856.67) 793.91kJ mol-1 > 0。結(jié)論：不能在此條件下制備SiC。6.由二氧化鎰制備金屬鎰可采取下列兩種方法(1) MnO (s) + 2H2 (g) = Mn

44、 (s) + 2H2O (g)111r H m =37.22 kJ molrSm=94.96J mol K(2) MnO (s) +2 C (s) = Mn (s) + 2CO (g)111rH m=299.8 kJ mol ;rSm=363.3J mol K試通過計算確定上述兩個反應(yīng)在298K、標(biāo)態(tài)下的反應(yīng)方向？如果考慮工作溫度越低越好，則采用那種方法較好？解：(1) Mn/s) + 2H 2 (g) = Mn(s) + 2H2O(g) rGm=ArHm -TA r Sm=37.22kJ mol 1 298X94.96 X 10 3=8.922 (kJ mol 1)(2) MnO2(s) +

45、 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g) rGm=ArHm -TA rHm = 299.8 298 X 363.3 X10 3 = 191.5 kJ mol 1上述兩個反應(yīng)的rGm均大于0,所以298K, 100 kPa下反應(yīng)都不能自發(fā)正向進行。rSm37.2294.96 10 3391.95 (K)299.8T轉(zhuǎn)2 3 825.2 (K)363.3 10答：若考慮工作溫度越低越好，易采用方程(1)的方法。7.汞的冶煉可采用朱砂(Hg9在空氣中灼燒2HgS (s) + 302 (g) = 2HgO (s) + 2SO2 (g)而爐中生成的HgO又將按下式分解2HgO (s) = 2Hg

46、(g) + 02 (g)試估算爐內(nèi)的灼燒溫度不得低于多少時，才可以得到Hg (g) ?已知 HgS(s),HgO(s)的 fH：分別是-58.2 kJ mol 1, - 90.83 kJ mol 1; fGm 分別是-50.6 , - 58.56 (kJ mol 1); 5m分別是 82.4 J mol 1 K1 和 70.29 J mol1 K1。 解：查表得 2HgS (s) + 3O 2 = 2HgO + 2SO 2f Hm/(kJ mol 1) -58.20- 90.83- 297.0411Sm/ (J mol K ) 82.4205.0370.29248.11_ _ _-1rHm 2

47、 ( 297.04) 2 ( 90.83) 2 ( 58.2) 0659.34kJ molrSm 2 248.11 2 70.29 3 205.03 2 82.4143.09J mol 1K 1rHm VO；rSm < 0 ,低溫自發(fā)，高溫非自發(fā)。rHm659.32143.09 10 34607.7K結(jié)論(1):當(dāng)升溫至T > 4607.7K時，反應(yīng)由自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榉亲园l(fā)。2HgO (s)= 2Hg (l ) + O 2 (g)f Hm kJ mol 1- 90.8361.320優(yōu)質(zhì)范文SmJ mol 1 K 170.29174.85205.0361.32- 一-10 290.8330

48、4.0kJ molr Sm174.851 205.032 70.29 414.15J mol 1K 1低溫非自發(fā)，高溫自發(fā)。Hr mrSm304.0414.15 10 3734.29K ;結(jié)論(2)當(dāng)升溫至T > 740.29K時，反應(yīng)由非自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樽园l(fā)進行。所以，當(dāng)740.29KV T V 4607.77K 時。才可得到 Hg(g)。8.汽車尾氣中含有 CQ能否用熱分解的途徑消除它?已知熱分解反應(yīng)為 C Qg) = C( s)+ 1Q(g),該反應(yīng)的2 O- 1r H m = 110.5 kJ mol ,S°r 3m89J mol 1 K 1 °解： ArGm=Ar

49、Hm - TArSm ,此反應(yīng)rHm>0, 6m<0 .rGm 永 遠(yuǎn)大于零，說明此反應(yīng)在任何溫度下反應(yīng)都不能自發(fā)進行，又因 rGm(298K)173.0kJ mol 1 >> 0 , K 很小(9.5 X1025),平衡產(chǎn)率很低，故不能用熱解法除 CQ9.在298K, 100kPa條件下，金剛石和石墨的標(biāo)準(zhǔn)嫡分別為 2.45 J 。戶收-1和 5.71 J-molT K1,它們的燃燒反應(yīng)熱分別為-395.40 kJ mol1和-393.51kJ mol 1,試求：,，.一、，、._ P)(1)在298K, 100kPa條件下，石墨變成金剛石的Gm。(2)說明在上述條件

50、下，石墨和金剛石那種晶型較為穩(wěn)定？解： 已知：Sm(石)=5.71J mol K 1, Sm(金)=2.45 J - mol 1 - K 1C 石)+C2(g)=CQ2(g) +m(1) =- 39351 k J - mol1C(金)+Q(g尸CO2(g)rHm(2)= - 395.40 k J mol方程 一方程(2)得方程(3) C(石)一 C (金)根據(jù)Hess定律該反 ArH m(3)= rHm (1)- rHm(2)=- 393.51- ( - 395.40) = 1.89kJ - mol1 rSm=2.45 - 5.71=- 3.26 J - mol 1 - K1 rGm=ArHm

51、 - TA6m = 1.89- 298 x( - 3.26) X 103 = 2.86 k J - mol一1.rGm > 0.,.298K, 100kPa 下，石墨較穩(wěn)定10.計算合成氨反應(yīng) N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH (g)在673K時的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，并指出在673K,下列三種情況下反應(yīng)向何方向進行?(1)p(NH)= 304kPa,p( N2)= 171kPa ,p( H2)=2022kPa;p(NR)= 600kPa,p(N)= 625kPa ,p(=1875kPa;(3)p(NH)= 100kPa,p(NO= 725kPa ,p(庫)=2175kPa;解：首先

52、用熱力學(xué)數(shù)據(jù)求出K 。查表得N2(g) + 3H 2(g) = 2 NH 3(g) rHm/ ( kJ ? mol1)00- 46.11Sm/ (J mol 1 K 1)191.50 130.57192.34Hm= 2X (- 46.11 ) = - 92.22 k J - mol1 ._ 1_ 1 rSm= 2X 192.34 3X 130.57 191.50 =- 198.53 J mol K rGm(673K)= rHm TASm=- 92.22 X - ( 198.53)X 103=41.39kJ - mol 1 K 1lnK7.397rGm41.39-=3RT 8.314 10673

53、K = 6.13X10再求出各條件下的 JP，與K 進行比較。2I 1) Ji=-3 =6.5X10 4 Ji> K ，反應(yīng)逆向進行171 p 2022 p在計算壓力商（J）時，各項一定要用相對壓力，而且注意分子和分母的單位要 致，在此單位用的是 kPa,得出的結(jié)果J與K進行比較后，做出判斷。優(yōu)質(zhì)范文(600 p )2(2) J2=-3- =8.7 X 10625 p 1875 p(3) J3=2(100 p )2Sm/ (J? mol ") rHm = 3 X(393.51) 6m = 3 X 213.64 + 42175 p-=1.0 X10 33CO 2393.5127.28 213.64467.97 kJ - mol2 X87.40 = 558.02 J mol725 pII .試通過計算說明 來？解：(1) 2Fe fHm/ (kJ? mol1000K時能否用碳將 Fez。、2O3 +3C = 4Fe +1)824.25 0087.40 5.74-2 X (824.25)=X27.28 3 X 5.74J2> K .逆向進行J3< K .正向進行Cr2。和CuO中的金屬還原出 rGm=ArHm - T ArSm= - 467