化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題及全解答

1、第3章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題及全解答化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題及全解答1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最大中哪些是狀態(tài)函數(shù)？哪些屬于廣度性質(zhì)？哪些屬于強(qiáng)度性質(zhì)？答：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?yàn)轶w系的宏觀性質(zhì)與體系的狀態(tài)之間存在對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。狀態(tài)函數(shù)的基本特點(diǎn)如下：1）在條件一定時(shí)，狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)就有一定值，而且是唯一值。2

2、）條件變化時(shí)，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(wú)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)，T、p屬于強(qiáng)度性質(zhì)，V、S、G屬于廣度性質(zhì)。2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Qp也是狀態(tài)函數(shù)；（2）化學(xué)計(jì)量數(shù)與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式中各反應(yīng)物和產(chǎn)物前面的配平系數(shù)相等；（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況與標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是同一個(gè)概念；（4）所有生成反應(yīng)和燃燒反應(yīng)都是

3、氧化還原反應(yīng)；（5）標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱是生成反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱；（6）H2O（l）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱等于H2（g）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱；（7）石墨和金剛石的燃燒熱相等；（8）單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱都為零；（9）穩(wěn)定單質(zhì)的△fHΘm、SΘm、△fGΘm均為零；（10）當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，所有放熱反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行。（11）若△rHm和△rSm都為正值，則當(dāng)溫度升高時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的可能性增加；（12）冬天公路上撒鹽以使冰融化，此時(shí)△rGm值的符號(hào)為負(fù)，△

4、rSm值的符號(hào)為正。答：答：（1）錯(cuò)。雖然H是狀態(tài)函數(shù)，△H并不是狀態(tài)函數(shù)，所以Qp當(dāng)然不是狀態(tài)函數(shù)；（2）錯(cuò)。因?yàn)榉磻?yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為負(fù)，與反應(yīng)計(jì)量方程式中反應(yīng)物前面為正的系數(shù)不相等；（3）錯(cuò)。如氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀況是指0℃和101.325KPa條件，而標(biāo)準(zhǔn)態(tài)對(duì)溫度沒(méi)有限定；（4）錯(cuò)。如由石墨生成金剛石的生成反應(yīng)就不是氧化還原反應(yīng)；（5）對(duì)。因某物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱是由某物質(zhì)生成反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱而命名的；（6）對(duì)。因H2O（l）的生成反

5、應(yīng)與H2（g）的燃燒反應(yīng)是同一個(gè)反應(yīng)；（7）錯(cuò)。因石墨和金剛石的燃燒反應(yīng)雖最終產(chǎn)物相同，但反應(yīng)的始態(tài)不同；（8）錯(cuò)。因?yàn)橹挥蟹€(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱才為零；（9）錯(cuò)。因?yàn)橹挥蟹€(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；（10）對(duì)。因?yàn)楫?dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，反應(yīng)熵變趨近于零，反應(yīng)熱為影響反應(yīng)自發(fā)的唯一因素；（11）對(duì)。因△rHm和△rSm都為正值，說(shuō)明是吸熱的、有可能自發(fā)的反應(yīng)，升溫有利；（12）對(duì)。因冰融化

6、變水了，說(shuō)明乃混亂度增大的自發(fā)過(guò)程，△rGm值必為負(fù)，△rSm值必為正。31mol氣體從同一始態(tài)出發(fā)，分別進(jìn)行恒溫可逆膨脹或恒溫不可逆膨脹達(dá)到同一終態(tài)，因恒溫可逆膨脹對(duì)外做功Wr大于恒溫不可逆膨脹對(duì)外做的功Wir，則QrQir。對(duì)否？為什么？答：答：對(duì)。因?yàn)閺耐皇紤B(tài)到同一終態(tài)，熱力學(xué)能變相同，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，因恒溫可逆膨脹對(duì)外做功Wr大于恒溫不可逆膨脹對(duì)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

7、熱Qir。4有人認(rèn)為，當(dāng)體系從某一始態(tài)變至另一終態(tài)，無(wú)論其通過(guò)何種途徑，而△G的值總是一定的，而且如果做非體積功的話，△G總是等于W′。這種說(shuō)法對(duì)嗎？答：答：不對(duì)。因?yàn)閺耐皇紤B(tài)到同一終態(tài)，雖然△G的值總是一定的，但途徑不同，做非體積功的大小不同，一般不可逆過(guò)程的非體積功W′小于△G，只有可逆過(guò)程的非體積功W′才等于△G。5.一體系由A態(tài)到B態(tài)，沿途徑I放熱120J，環(huán)境對(duì)體系做功50J。試計(jì)算：（1）體系由A態(tài)沿途經(jīng)Ⅱ到B態(tài)，吸熱40

8、J，其W值為多少？（2）體系由A態(tài)沿途經(jīng)Ⅲ到B態(tài)對(duì)環(huán)境做功80J，其Q值為多少？解：解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律△U=QW=－12050=－70(J)則，途經(jīng)Ⅱ：W=△U－Q=－70－40=－110(J)途經(jīng)Ⅲ：Q=△U－W=－70－（－80）＝10（J）6在27℃時(shí)，反應(yīng)CaCO3(S)=CaO(S)CO2(g)的摩爾恒壓熱效應(yīng)Qp=178.0kJmol1，則在此溫度下其摩爾恒容熱效應(yīng)Qv為多少？解：解：根據(jù)Qp與Qv的關(guān)系式Qpm＝Qvm

9、＋△ngRT解：解：查表，將有關(guān)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的數(shù)據(jù)代入反應(yīng)熱的計(jì)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）△rHΘm（298K）=△cHΘm[C2H4(g)]△cHΘm[H2(g)]－△cHΘm[C2H6(g

10、)]=－1410.0(－285.83)－(－1559.8)=－136.03(kJmol1)12人體所需能量大多來(lái)源于食物在體內(nèi)的氧化反應(yīng)，例如葡萄糖在細(xì)胞中與氧發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H2O（1），并釋放出能量。通常用燃燒熱去估算人們對(duì)食物的需求量，已知葡萄糖的生成熱為－1260kJmol1CO2(g)和H2O(l)的生成熱分別為－393.51和－285.83kJmol1，試計(jì)算葡萄糖的燃燒熱。解：解：葡萄糖的氧化反應(yīng)為：C6H12O6

11、(s)6O2(g)→6CO2(g)6H2O(l)葡萄糖的燃燒熱為：△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)13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(xué)方程式為C（石墨，s）→C(g)△rHΘm=717

12、kJmol－1；試根據(jù)有關(guān)鍵焓估算乙炔的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱。已知D(H－H)=435.9kJmol－1。D(C≡C)=835kJmol－1，D(C－H)=416kJmol－1。解：解：①2C（石墨，s）H2(g)→C2H2(g)△rHΘm1=△fHΘm（C2H2g）此乃乙炔的生成反應(yīng)，同時(shí)考慮石墨的氣化反應(yīng)②C(石墨，s)→C(g)△rHΘm2=717kJmol－1則①式—2②式，得③2C（g）H2(g)→C2H2(g)△rHΘm3故①式＝

13、2②式＋③式，根據(jù)赫斯定律△rHΘm1=△fHΘm（C2H2g）＝2△rHΘm2＋△rHΘm3而反應(yīng)③式的反應(yīng)熱可由下式求出：△rHΘm3=∑D(斷鍵)－∑D（成鍵）=[D(H－H)20]－[D(C≡C)2D(C－H)]=435.9kJmol－1－(8352416)kJmol－1=－1231.1kJmol－1故△rHΘm1=△fHΘm（C2H2g）=2△rHΘm2＋△rHΘm3=2717kJmol－1(－1231.1)kJmol－1=2

14、02.9kJmol－114不查表，指出在一定溫度下，下列反應(yīng)中熵變值由大到小的順序：（1）CO2(g)→C(s)O2(g)（2）2NH3(g)→3H2(g)N2(g)（3）2SO3(g)→2SO2(g)O2(g)解：解：因?yàn)闅怏w摩爾數(shù)越大，在相同條件下所占有的體積越大，混亂度就越大，熵值越大。故反應(yīng)前后氣體摩爾數(shù)的變化越大，熵變值越大。上述反應(yīng)中熵變值由大到小的順序?yàn)椋海?）＞（3）＞（1）15對(duì)生命起源問(wèn)題，有人提出最初植物或動(dòng)物的復(fù)

15、雜分子是由簡(jiǎn)單分子自動(dòng)形成的。例如尿素（NH2CONH2）的生成可用反應(yīng)方程式表示如下：CO2(g)2NH3(g)—→(NH2)2CO(s)H2O(1)（1）利用附表數(shù)據(jù)計(jì)算298.15K時(shí)的△rGΘm，并說(shuō)明該反應(yīng)在此溫度和標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下能否自發(fā)；（2）在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下最高溫度為何值時(shí)，反應(yīng)就不再自發(fā)進(jìn)行了？解：解：（1）根據(jù)吉布斯－亥姆霍茲公式△rGΘm（298K）=△rHΘm(298K)T△rSΘm(298K)而△rHΘm(298K)=△fH

16、Θm[(NH2)2CO(s)298K]＋△fHΘm[H2O(1)298K]－△fHΘm[CO2(g)298K]－2△fHΘm[NH3(g)298K]=－333.19＋（－285.83）－（－393.509）－2（－46.11）=－133.29（kJmol1）△rSΘm(298K)=△SΘm[(NH2)2CO(s)298K]＋△SΘm[H2O(1)298K]－△SΘm[CO2(g)298K]－2△SΘm[NH3(g)298K]=104.6