化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)

第五章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)5-1從手冊查出常用試劑濃鹽酸、濃硫酸、 濃硝酸、濃氨水的密度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算它們的(體積)物質(zhì)的量濃度(c)和質(zhì)量摩爾濃度(m)。5-2從手冊查出常溫下的飽和水蒸氣壓，計(jì)算當(dāng)相對濕度為40%時(shí)，水蒸氣壓多大。2、常溫下,飽和水蒸汽壓力為戶飽=工口兌%,則當(dāng)相時(shí)限度為4口蚯時(shí)，水蒸汽壓力為P=40%Ptfi=40%k3.1690=1,26765-3化學(xué)實(shí)驗(yàn)事中經(jīng)常用蒸餾水沖洗已用自來水洗凈的燒杯。設(shè)洗后燒杯內(nèi)殘留“水”為1ml，試計(jì)算，用30ml蒸餾水洗一次和洗兩次，燒杯中殘留的“自來水的濃度”分別多大？、30ml蒸降總A次，燒杯中殘留的網(wǎng)自來水的濃度”為用30ml蒸降足先兩次，燒杯中殘留的網(wǎng)自來水的濃度”為c=%+勵(lì)=0.001(陶夕Q1+30 /明工5-4計(jì)算15℃，97kPa下15g氯氣的體積。事由F，力RF"二必%代襁據(jù)得 (15/71)x8.314x(273.15+20)=5308Z975-520℃，97kPa下0.842g某氣體的體積為0.400L，求該氣體的摩爾質(zhì)量。5、PV=nBT=—RT得M一加EF0.842x8,314x(273.15+15) ,,KM= = =52.0(g-mol)PV 97x0.4005-6測得2.96g氯化汞在407℃的1L容積的真空系統(tǒng)里完全蒸發(fā)達(dá)到的壓力為60kPa，求氯化汞蒸汽的摩爾質(zhì)量和化學(xué)式。6、與上題菊以mRT2.96x8.314x(273.15+407) ]M= = =279.0(g-mol)pV 60x]M(Hg)=200,6M(Cl)=35,5=氯化汞蒸氣的化學(xué)式為愚居5-7在1000℃和97kPa下測得硫蒸汽的密度為0.5977g.L-1，求硫蒸氣的摩爾質(zhì)量和化學(xué)式。rPV=—BT PM=—RTM F_謨『_0.5977x8,314x(273.15+1000)~P~ 97=65.2(g/ff?o/)M(^)=32.0硫蒸氣的化學(xué)式為S25-8在25℃時(shí)將相同壓力的5.0L氮?dú)夂?5L氧氣壓縮到一個(gè)10.0L的真空容器中，測得混合氣體的總壓為150kPa,(1)求兩種氣體的初始壓力；(2)求混合氣體中氮和氧的分壓；(3)將溫度上升到210℃，容器的總壓。耳⑴對明和⑶的混合氣體，有pV=p^=^^x(5.0+15)=150x10.0即兩種氣體的初始壓力為75^P=15KPa(2)同溫同壓下：甩箱：甩g=%：=1口：15=1T又混合氣體的總壓力戶總=15口KPa=>%=p^-xl50=37.5KPa =^yxl50=112"%5-9在25℃， 1.47MPa下把氨氣通入容積為1.00L剛性壁容器中，在350℃下催化劑使部分氨分解為氮?dú)夂蜌錃?，測得總壓為5MPa，求氨的解離度和各組分的摩爾分?jǐn)?shù)和分壓。又反應(yīng)前(3501C)雙出弓的壓力為1.47x(350+273.15)……P =3.^7KPa25+273.15設(shè)反應(yīng)后的區(qū)分壓為E則2NH^=M+3H2t=0 3.07t=g3.07-2pp3p反應(yīng)后戶總=旦因+加+「鼻=307-2P+P+3P=3.07+2P=50p=口.%5在0氨的解離度為口=工匕="烏竺=0635307各組分分壓為P風(fēng)=P風(fēng)=0.965P鼻=2.395KPa各組分摩爾分?jǐn)?shù)為N=0.579N=0.5795-10某乙烯和足量的氫氣的混合氣體的總壓為6930Pa，在箱催化劑催化下發(fā)生如下反應(yīng)：C2H4（g）+H2（g）===C2H6（g）反應(yīng)結(jié)束時(shí)溫度降至原溫度后測得總壓為4530Pa。求原混合氣體中乙烯的摩爾分?jǐn)?shù)。設(shè)原混合氣體中J*"的分壓為則 的分壓為PH26930-P冬方式團(tuán)+方式自）=%出式目）1=0p 6930-p1=°0 6930-pnpp出=6930-2^+F=6930-^=4530反既nF=2400M 所以原混合氣體■中的摩爾緘為

5-11以下哪些關(guān)系式是正確的（p、V、n無下標(biāo)時(shí)表示混合氣體的總壓、總體積和總的物質(zhì)的量）？說明理由。pV=nRTpV=nRTpV=nRTpV=nRTBB BF瞑」超/丁BBPS7=^RTXz-FT_li_ 25 4 25 25均是正確的口PV=nBTIL均是正確的口PV=nBTF/廣欣r關(guān)系式：理由:氣體的分壓是指組分氣體占有混合氣體相同嘏R時(shí)所具有的壓力，氣體的分體積是才旨組分、氣體具有混合氣體相同壓力時(shí)所占有的體積，氣壓與分體無q的乘積是沒有任何物理意義的.5-12以下系統(tǒng)內(nèi)各有幾個(gè)相？（1）水溶性蛋白質(zhì)的水溶液；（2）氫氧混合氣體；（3）鹽酸與鐵塊發(fā)生反應(yīng)的系統(tǒng)（4）超臨界狀態(tài)的水。12.單相，單相，三相，單相口5-1310g水在373K和100kPa下汽化，所做的功多大？（設(shè)水蒸氣為理想氣體）—X8.314x373⑶1旭吃。在礦及和1口口野s下汽化后的體積，=竺￡=V =17.23￡P(guān) 100則該汽優(yōu)過程的功為W=-P必=-100$1723=-1723J5-14反應(yīng)CaC2（s）+2H2O（l）====Ca（OH）2（s）+QHjg）在298K下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熱力學(xué)能變化量為-128/mol-1。求該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變：=-128.0+1x8.314x0.298=-\255KJimol即該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾始變?yōu)橐?25.5ICJAnol5-15人類登月使用的阿波羅火箭的第一級火箭使用了550噸煤油在2.5min內(nèi)與氧氣發(fā)生燃燒產(chǎn)生巨大推力。以C12H26（l）為煤油的平均分子式的燃燒熱為-7513kJ.mol-1，試計(jì)算這個(gè)燃燒發(fā)應(yīng)的功率。變5口噸煤油燃燒所放出的熱量為550xl06x75I3xW3=2.46xlO13J12x12+26該雌反應(yīng)的功率為F=2=2次1產(chǎn)=1.62xlOn!yT2.5x605-16已知Al2O3（s）和MnO2的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為-1676kJ.mol-1 和-521kJ.mol-1 ，計(jì)算1g鋁與足量MnO2反應(yīng)（鋁熱法）產(chǎn)生的熱量。］14Al(s')+ (s')=2Al2O3(s)+人氏二2心/；(皿色㈤+弘尹其飯⑼-4修氏(聞⑸-弛/其痂.⑼=2x(-1676)+0-0-3X(-521)=-1789V-mor1則1克鋁于足量MnQ反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量為Q=-旌壯尸a=(-1789)=16.56V-zraor15-17已知酊-(aq)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為-167.5kJ.mol-i,計(jì)算1molHCl(g)溶于足量的水釋放多少熱？［注］計(jì)算得到的值為氯化氫的熔解熱;HCl(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓可從本書附表中查獲。假設(shè)水量的多少與水合反應(yīng)的程度無關(guān)(事實(shí)上是有關(guān)的，因此的數(shù)值通常設(shè)定為無限稀釋。)1入HCl{g)=H+(aq)+Cr{aq)=0+(-167.5)-(-92.307)=-75.193=>\fnoiHCi(g) 此了溶于足量的水釋放的熱量為75,1935-18用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的數(shù)據(jù)計(jì)算SiF4(g)與足量H2O(l)反應(yīng)生成SiO2(s)和HF(g)的摩爾反應(yīng)焓。 4 2 2^F式g)+2耳2。(口=壁。式s)+4HF(g)M=卜聲：@0yzA也聲由-2卜聲式鼻04_匕冏“由-910.94+4x(-271.1)-(-1548)-2x(-235.330)=\2^.32kJmal-1即該反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焙為124.32kJAnoln5-19利用本書附表與下列數(shù)據(jù)計(jì)算石灰?guī)r［以CaCO3(方解石)計(jì)］被CO2(g)溶解發(fā)育成喀斯特地形的如下反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓：CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)===Ca2+(aq)+2HCO3-(aq)△He/kJ.mol-1: Ca2+(aq)-543.0 HCO-(aq) -691.1fm 3CaCOz(s)+CO2(g)+H2O(r)=Ca2+(aq)+2HCO^aq)G產(chǎn),⑷+2修a{HCO；,aq)-%%3coi,s)-心聲：GQ,g)T/其/G)=-543,0-2x(-691.1)-(-1206.92)-(-393.509)-(-285.830)=一兜.%Ik「/以t即該反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焙為一兜.P41kJArL01n5-20火柴頭中的PS(s)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱為-3677kJ.mol-1 ［注：燃燒產(chǎn)物為43P4Oi0(s)和SO2 ］，利用本書附表的數(shù)據(jù)計(jì)算P4sJs)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。20.戶聲式5)+名烏但”戶Qio⑸+舜衛(wèi)但)4父=也嚴(yán)；(耳4聲)+納川；公4名)-與孫昌邑蘆)-那產(chǎn)；色七)=-2984.0+3x(-296.830)- (P^3rs)-0=-3^74.49-又 A,H=A/：(P網(wǎng)s)=-3677kJ.如L=Az%(笈鼻,s)=-197A9kJ!mal即K國的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)始為一1"4MJ加a5-21諾貝爾(AlfredNobel1833-1896) 發(fā)明的炸藥爆炸可使產(chǎn)生的氣體因熱膨脹體積增大1200倍，其化學(xué)原理是硝酸甘油發(fā)生如下分解反應(yīng)：4c3H5(NO3)3(l)===6N2(g)+10H20(g)+12CO2(g)+O2(g)已知cH(No)(l)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為-355kJ.mOl-1，計(jì)算爆炸反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓。35 3321、4c/式川Q)式J)=制式由+1口/+ 式g)+43)十埠巴;,0-4與巴：(Q區(qū)力=0+10x(-241.818)+12x(-393.509)-0-4x(-355)即該爆炸反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焙為一57加.2鴕kJ/m乩=-5720.288^7/?/5-22生石灰的水化反應(yīng)放出的熱足以將紙張著火或雞蛋煮熟。試?yán)帽緯奖淼臄?shù)據(jù)計(jì)算500g(1市斤)生石灰(s)與足量的水生成熟石灰(s)放出的熱(注：可忽略溶解反應(yīng))。驍CaO(s)+以口?？?=Ca(OH\(_s)%必=也尹算CXCW”⑼一與氏?鼻。⑤—A尹：(凡Q，)=-9S6.59-(-635.09)-(-285.830)=-65.97^7/^/則5口口克生石灰水化所產(chǎn)生的熱量為g=-也出=-^-x(-65.67)=586.34V5-23生命體的熱源通常以攝入的供熱物質(zhì)折合成葡萄糖燃燒釋放的熱量，已知葡萄糖[CHO(s)]的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為-1272kJ.mol-i，利用本書附表的數(shù)據(jù)計(jì)算它的燃燒熱。6126qm必⑸+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(I)AX=%父(CQ,g)+6AX陽Q?)-嗎『9，g)-A冏&⑼=6x(-393.509)+6x(-285.S30)-0-(-1273)=-2803.034kJImai又A/；=A/：(q/&㈤(C6H12O6,s)=-2803.034kJimol5-24經(jīng)測定，葡萄糖完全氧化反應(yīng)：C6H120fs(s)+6O2(g)====6CO2(g)+與0(1)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)自由能為-2840kJ.mo1-i，試查出產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能，，計(jì)算葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成自由能。將所得數(shù)據(jù)與上題的生成焓數(shù)據(jù)做比較。q氏4⑸+解式g)=日8式團(tuán)+日/5J)(CQjg)+6AzG：(凡OJ)-碼G：Q,g)-占e&H,Q栓=6x(-394.359)+6x(-237.129)-0-壯總(C6M12O6rs)=—2840n心『G；(G品口&⑥=—94W.92冊叫點(diǎn)即葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能為一g轉(zhuǎn)嵬gkj/ma5-25已知N2、NO和O2的解離焓分別為941.7kJ.mol-i、631.8kJ.mol-i和493.7kJ.mol，僅利用這些數(shù)據(jù)判斷NO在常溫常壓下能不能自發(fā)分解。2W(g)=^(g)+O2(g)IA,出:=2%于廣電于廣口=2x631.8-941.7-493.7=-171,8V/abo/r將！ J7—C7 J7—JY C/—C7根據(jù)/療源值可判斷M。在常溫常壓下能自發(fā)分解.5-26預(yù)計(jì)下列反應(yīng)是熵增反應(yīng)還是熵減反應(yīng)？不能預(yù)計(jì)的通過標(biāo)準(zhǔn)熵進(jìn)行計(jì)算。(1) 葡萄糖燃燒；(2)乙快燃燒；(3)碳酸氫鈉分解；(4)鐵絲燃燒；(5)甲烷與水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣(steamgas---CO與H2的混合氣)；(6)甲烷和氧氣反應(yīng)生成合成氣(syngasCO和”的混合氣體)。私⑴ ⑶+阻也)=68式且)+6/57) 解甑應(yīng)⑵2%孫g)+5。式g)=4c。施)+2HM 燧順應(yīng),、2NaHCO.(s)=Na2COJs)+H2O(g)+ (g)?匚一(3) 3 23 29 2’ 嫡增反應(yīng)(4)(5)CH,㈤+/佻)=+羽式用(6)2c(4)(5)CH,㈤+/佻)=+羽式用(6)2c/⑼+Q依)=2CO(g)+4H式g)嫡減反應(yīng)嫡噌反應(yīng)嫡增反應(yīng)5-27查閱熱力學(xué)數(shù)據(jù)表，試回答，若在常溫下將碳(石墨)氧化為一氧化碳的反應(yīng)做成燃燒電池，這個(gè)電池可以提供的最大電能多大？在電池放電時(shí)，吸熱還是放熱？這個(gè)電池的焓變多大？是正值還是負(fù)值？由此題你對焓的概念有什么新的認(rèn)識？2c(石墨s)+Q(g)=2C0(g)27.//=X由CO,g)- s)-2/G◎，g)=2x(-137.168)-0-0=-274.336A;Jffi3o/_1即這個(gè)電池可以提供的最大電能為274.336kJAwl%黑二2次(8⑤-線色包)-2壽(4莪s)=2x197.674-2x5.740-205.029=178.8397-?/-1-^-1>0=當(dāng)電池放電時(shí)，應(yīng)放電反應(yīng)的焙變 卜附=2A聲，"公-2卜聲Ms)-卜聲84=2x(-110.525)-0-0=-22\X)5kJmol^顯俄哈變?yōu)樨?fù)值.這說明不冒邪反應(yīng)熠變的正負(fù)值來判斷某反應(yīng)在特定條件下是放熱還是財(cái)即焙變?yōu)檎禃r(shí)，未四吸熱；焙變?yōu)樨?fù)值時(shí)，未必放熱口5-28碘鎢燈因在燈內(nèi)發(fā)生如下可逆反應(yīng)：W(s)+I2(g)====WI2(g)碘蒸氣與擴(kuò)散到玻璃內(nèi)壁的鎢會(huì)反應(yīng)生成碘化鎢氣體，后者擴(kuò)散到鎢絲附近會(huì)因鎢絲的高溫而分解出鎢重新沉積到鎢絲上去，從而延長燈絲的使用壽命。已知在298K時(shí)：W(s)WI2(g) 12(g)△Ge/kJ.mol-i 0 -8.37 19.327fmSe/J.mol-1.K-133.5 251 260.69m(a)設(shè)玻璃內(nèi)壁的溫度為623K，計(jì)算上式反應(yīng)的△Ge(623K) 。fm(b)估計(jì)WI2(g)在鎢絲上分解所需的最低溫度。益兩⑸+￡式?=廂式g)胡K,A,定二%/(叫田)-斗仃其印㈤-與=-8.37-0-19.327=-XI.691kJmar1■:=然(叫⑥-s；W，g)-二附，=251-33.5-260.69=-43.197則"窕時(shí)A㈤=AQ；+7A聲；=-27697+298x(^43.19)xl0-3=-40.56^J-mor1(?在的犯時(shí)ArG：(623^)=AX-^X=^10,568-623x(^13.19)xlO-3=-\3.66VcJ!mol8旗WIJs)在鋁絲上分解所需的最低溫度為T,則-一端"』19W口代人數(shù)據(jù)得|=7=939.3AT即WI2(g)在鋁絲上分解所需最低溫度為9致3K.=181.66xl03-216.4897=3&4TT=1\2.1K解得即使氧氣壓力達(dá)1Km所需的最低溫度為712.7藝設(shè)外界大氣壓為76cmHg,則IKPa相當(dāng)于口.75cmHgn故當(dāng)氧氣壓力達(dá)IKpa時(shí)，試管/=76-0.75=15.25cm長度5-30查出生成焓和標(biāo)準(zhǔn)熵，計(jì)算汽車尾氣中的一氧化氮和一氧化碳在催化劑表面上反應(yīng)生成氮?dú)夂投趸荚谑裁礈囟确秶鷥?nèi)是自發(fā)的。這一反應(yīng)能否實(shí)際發(fā)生？削 2W(g)+2C0(g)=N2(g)+2CQ(g)加航 =洱 QM ?g)-2^fHl(N0,g)=0+2x(-393.509)-2x90.25-2x(-110.525)=-74&4吸J/端點(diǎn)卜湍=心電,g)+溫(CO.,g)-2￡；(NO,s)-2&gg)=191.61+2x213.74-2x210.761-2x197,674=-197.78J^a/-1要使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則％G：(7V00卜總8=用；-2：=-746.468xlO3-(-197.78)Z<0=T<3774,2^當(dāng)溫度低于燈742K時(shí)，該反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，因此，可實(shí)際發(fā)生.5-31石灰窯的碳酸鈣需加熱到多少度才能分解(這時(shí)，二氧化碳的分壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)壓力)？若在一個(gè)用真空泵不斷抽真空的系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)的氣體壓力保持10Pa，加熱到多少度，碳酸鈣就能分解？31、07cq⑺=CaO(s')+cq(自)=-635,09+(-393..509)-(-1206.92)=178.32U/mo/匕鼠=S*.C&Qs)+ ,g)- ⑶=39.75+213.74-92.9=160.59J^o/-1AT-1(1)設(shè)加熱到TK才能分解此時(shí)^Gl(T)=-RT]nK^=0/胃⑺=%理-弭S；=17g.羽乂1肝一16口.597\=口=^T=1110,4K即需）]口熱到111口.4K時(shí)才能分解.（2）設(shè)在真空系統(tǒng)中加熱到T2K時(shí)才能分解口AyG^（T）=-RT]n-^.314]n—m為=76,687；… f 101325 2 2&總6=J%-T&總=178.32xl03-160.597；解得馬=751女即在真空系統(tǒng)中，只需加熱到751.5K碳喊即可分解32、（1）32、（1）298K△He/kJ.mol-1rm△Se/J.mol-1.K-1rm(1)2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)566.1174⑵2N2O(g)===N2(g)+O2(g)-16322.6(3)NO2(g)====2N2(g)+O2(g)113145(4)2NO2(g)===2NO(g)+O2(g)-67.8120(5)CaCO3(l)===CaO(l)+CO2(g)178.0161(6)C(s)+O2(g)===CO2(g)-393.53.1(7)CaF2(s)+aq===CaF2(aq)6.3-152卜樂6=卜抵—&=566.IxlO3-298x174=5.14xl05>0在常溫下不能自發(fā)分解.(2) (7)= =-163x10s-298x22.6=-1,70x105<0在常溫下能自發(fā)分解.(3)8總8=-皿總=1