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大学无机化学第二章试题及答案

第二章化学热力学基础本章总目标：

1：掌握四个重要的热力学函数及相关的计算。 2：会用盖斯定律进行计算。

3：理解化学反应等温式的含义，初步学会用吉布斯自由能变化去判断化学反应的方向。各小节目标：

第一节：热力学第一定律

了解与化学热力学有关的十个基本概念（敞开体系、封闭体系、孤立体系、环境、状态、状态函数、过程、途径、体积功、热力学能），掌握热力学第一定律的内容（△U=Q-W ）和计算。第二节：热化学

1：掌握化学反应热的相关概念：

○

1反应热——指恒压或恒容而且体系只做体积功不做其它功的条件下，当一个化学反应发生后，若使产物的温度回到反应物的起始温度，这时体系放出或吸收的热量称为反应热。（）。

○

2标准生成热——某温度下，由处于标准状态的各元素的指定单质生成标准状态的1mol 某纯物质的热效应。符号f m H θ

?,单位：1J mol -?或1kJ mol -?）。

○

3燃烧热——在100kPa 的压强下1mol 物质完全燃烧时的热效应。符号：c m H θ?；单位：1kJ mol -?。

2：掌握恒容反应热△U=Q v -W;恒压反应热Q p =△H 恒容反应热和恒压反应热的关系：p V Q Q nRT =+? 3：掌握盖斯定律内容及应用

○

1内容：一个化学反应若能分解成几步来完成，总反应的热效应等于各步反应的热效应之和。

○

2学会书写热化学方程式并从键能估算反应热。

第三节：化学反应的方向

1：了解化学热力学中的四个状态函数——热力学能、焓、熵、吉布斯自由能。

2：重点掌握吉——赫公式r m r m r m G H T S θθθ?=?-?的意义及计算。

3;建立混乱度、标准摩尔反应焓、标准摩尔反应自由能和标准熵以及标准摩尔反应熵的概念，并学会对化学反应的方向和限度做初步的讨论会运用吉布斯自由能判断反应的自发性。

Ⅱ 习题一选择题

1.如果反应的H 为正值，要它成为自发过程必须满足的条件是（）

A.S 为正值，高温

B.S 为正值，低温

C.S 为负值，高温

D.S 为负值，低温

2.已知某反应为升温时rG 0值减小，则下列情况与其相符的是（）

A.rS 0<0

B.rS 0>0

C.rH 0>0

D.rH 0<0

3.该死定律认为化学反应的热效应与途径无关。这是因为反应处在（）(《无机化学例题与习题》吉大版)

A.可逆条件下进行

B. 恒压无非体积功件下进行

C. 恒容无非体积功件下进行

D.以上B,C 都正确

4.在298K 时反应 H 2（g ）+1/2O 2（g ）=H 2O （g ）的Qp 和Qv 之差（KJ/mol ）是（）

A.-3.7

B.3.7

C.1.2

D.-1.2

5.冰的熔化热为330.5KJ/mol ，00C 时将1.00g 水凝结为同温度的冰，其S 为（）(《无机化学例题与习题》吉大版)

A.-330.5Jmol -1K -1

B.-1.21Jmol -1K -1 C .0 D.+1.21Jmol -1K -1

6.下列变化为绝热过程的是（）(《无机化学例题与习题》吉大版)

A.体系温度不变

B.体系不从环境吸收热量

C.体系与环境无热量交换

D.体系的内能保持不变

7.某反应在298K 时的Kc 1=5，398K 时Kc 2=11，则反应的rH 0值为（）

A 〈0 B. 〉0 C.于0 D.不一定

8. 298K 时 A+B C+D 的rG 0=-10KJ/mol.已知：298K 时A,B,C ，D 皆为气体，当由等物质的量的A 和B 开始反应时，则达到平衡时混合物中（）

A .C和D B. A和B

C . A和B、C及D都有，A和B的量大于C和D的量

D. A和B、C及D都有，但C和D的量大于A和B的量

9.热化学方程式：Zn（S）+1/2O2（g）=ZnO（s）rH10=-348.3KJ/mol

2Hg(1)+O2（g）=2HgO（s）rH20=-181.6KJ/mol

则反应：Zn（s）+HgO（s）=ZnO（s）+Hg（l）的rH0（）

A.166.7KJ/mol

B.-257.5KJ/mol

C.–439.1KJ/mol

D. -529.9KJ/mol

10. 若298K时，HCO

-（aq）和CO32-（aq）的f G0-587.06 KJ/mol和-528.10KJ/mol，则反应HCO3-（aq）H+（aq）+CO32-（aq）的rG0常数分别为（）

A. 1115.16KJ/mol和4.7×10-11

B. 58.96KJ/mol和4.7×10-11

C.-58.96KJ/mol和4.7×10-11

D. 58.96KJ/mol和-4.7×10-12

11.298K时，标准熵减少最多的是（）

A.H

2(g)+Br

(l) == 2HBr(g) B.2N

(l) + N

(l) == 3N

(g)

+4H

O(l)

C.N

2(g) +3H

(g) == 2NH

(g) D.2N

+ O

(g) == 2N

O(g)

12.AgCl的标准生成自由能

?为―109.5kJ?mol―1则反应：

2AgCl(s) == 2Ag(s) + Cl

2(g)的

?为（）

A.―219KJ?mol―1

B.―109.5KJ?mol―1

C.109.5 KJ?mol―1

D.+219KJ?mol―1

13.下列叙述中正确的是（）

A.焓是状态函数，也是强度性质

B.焓是为了研究问题方便而引入的一个物理量

C.焓可以认为就是体系所含的热量

D.封闭体系不做其它功时，rH=Qp

14.下列物质中，标准摩尔熵最大的是（）(《无机化学例题与习题》吉大版)

A. MgF2

B. MgO

C. MgSO4

D. MgCO3

15.某反应的rH0=-122 KJ?mol―1，rS0=-231 J?K―1?mol―1。则在标准状态下，对此反应下列叙述正确的是（）

A.在任何温度下均自发进行

B.在任何温度下均非自发进行

C.仅在高温下自发进行

D.仅在低温下自发进行

16.液体沸腾过程中，下列几种物理量数值增加的是（）(《无机化学例题与习题》吉大版)

A. 蒸汽压

B. 标准摩尔自由能

C. 标准摩尔熵

D.液体质量

17.下列叙述中正确的是（）

A. rH0＜0的反应总是自发进行的

B. 单质的S0=0

C. 单质的fH0=0、fG0=0

D. rH0＜0、rS0＞0的反应总是自发进行的

18.下列物质中，f Hm0 不等于零的是（）(《无机化学例题与习题》吉大版)

A. Fe（s）

B. C（石墨）

C.Ne（g）

D.Cl2（l）

（g）+O2（g）=2N2O（g）的rUm0为166.5

19. 已知在298K时反应2N

KJ?mol―1，则该反应的rHm0为（）(《无机化学例题与习题》吉大版)

A.164 KJ?mol―1

B.328KJ?mol―1

C.146KJ?mol―1

D.82KJ?mol―1

20.将固体NH4NO3溶于水中，溶液变冷，则该过程的G，H，S的符号依次是（）(《无机化学例题与习题》吉大版)

A.+，-，-

B.+，+，-

C.-，+，-

D.-,+，+

二填空题

1. 化学反应的等压热效应Qp与等容热效应Qv的关系，可用下式表示：

Qp-Qv=nRT。它的应用条件是。

2.（1）对于体系，自发过程熵一定是增加。

（2）热力学体系的过程，状态函数的变化一定为零。

3.把1000C，101.3KPa下的1mol水向真空完全蒸发为同温、同压下的水蒸气，

已知水的汽化热为41KJ/mol，则Gm0= ，Sm0= 。（注：在等

温过程中，Sm0=（Q/T）可逆）

4.2molHg（l）在沸点温度（630K）蒸发过程中所吸收的热量为109.12KJ。则

汞

的标准摩尔蒸发焓vapHm0= ；该过程对环境做功W= ，U= ，S= ，G= 。(《无机化学例题与习题》吉大版)

5.1mol液态的苯完全燃烧生成CO2（g）和H2O（l），则该反应的Qp与Qv的

差值为 KJ/mol（温度为250C）(《无机化学例题与习题》吉大版)

6.下列反应（1）C（s）+O2（g）===CO2（g）

（2）2CO（g）+O2（g）===2CO2（g）

（3）NH4Cl（s）===NH3（g）+HCl（g）

（4）CaCO3（s）===CaO（s）+CO2（g）

则按rSm0减小的顺序为。(《无机化学例题与习题》吉大版)

7.常温常压下，Zn和CuSO4溶液在可逆电池中反应，放热6.0KJ，则此过程的

为，rG为。(《无机化学例题与习题》吉大版)

8.已知反应CaCO3（s）===CaO（s）+CO2（g）在298K时rGm0=130 KJ/mol，1200K时rGm0=-15.3KJ/mol，则该反应的rHm0为，rSm0为。(《无机化学例题与习题》吉大版)

9.将下列物质按摩尔熵由小到大排列，其顺序为。

LiCl（s）； Li（s）； Cl2（g）； I2（g）； Ne（g）。(《无机化学例题与习题》吉大版)

10.若3mol理想气体向真空膨胀，该过程的Q，W，U，H，S，G中不为零的是。(《无机化学例题与习题》吉大版)

三问答题

1.什么是焓？非恒压过程是否有焓变？有的话，等于什么？

2.单斜硫和臭氧都是单质，它们的f H0否等于零？并说明理由？

3.在气相反应中rGm0和rGm有何不同？在液体的正常沸点时，能否用

rGm0=0表示该体系达到平衡？为什么？

4.已知三溴化硼在常温是液态，能否用其298K的rG0去说明反应BBr3（g）=B（s）+3/2Br2（g）在常温是否可以自发进行？

5.100g铁粉在25℃溶于盐酸生成氯化亚铁（FeCl2），（1）这个反应在烧杯中发生；（2）这个反应在密闭贮瓶中发生；两种情况相比，哪个放热较多？简述理由。

6.判断下列反应中，哪些是熵增加的过程，并说明理由。

（1）I2（s）→I2（g）（2）H2O（s）→H2O（g）

（3）H2O（l）→H2（g）+1/2O2（g）（4）2CO（g）+O2（g）→2CO2（g）

7.冰在室温下自动熔化成水，是熵增加起了主要作用的结果，这一说法是否恰当，为什么？

8. rH o=∑fH o（产物）-∑fH o（反应物），为什么反应热的单位与rH o 相同，皆是KJ/mol？

9.在标准状态下，下列各组内反应的等压热效应是否相同？说明理由。

（1）N2（g）+ 3H2（g）=2NH3（g） 1/2N2（g）+ 3/2H2（g）=NH3（g）（2）H2（g）+Br2（g）=2HBr（g） H2（g）+Br2（l）=2HBr（g）

四计算题

1.已知C（s）+O2（g）=CO2（g），rH0= -393KJ/mol

H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l），rH o=-283KJ/mol

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（2）rH0= -890KJ/mol 求反应：C（s）+2H2（g）=CH4（g）的rH0=?

2. 已知下列数据(《无机化学例题与习题》吉大版)

△

f Hθ

(Sn，白) = 0

△

f Hθ

(Sn，灰) = —2.1kJ·mol1-

Sθ

(Sn，白) = 51.5J·k1-·mol1-

Sθ

(Sn，灰) = 44.3J·k1-·mol1-

求Sn（白）与 Sn（灰）的相变温度。

3.下表是298K时四种物质的f H0、f G0和S0（数据不全）：

H0（KJ/mol）f G0（KJ/mol） S0（JK-1mol-1）

CO（g） -110.5 -137.3 197.9

CO2（g） -393.5 -394.4 213.6

H2O（g） -241.8 -228.6 ——

H2（g）———— 130.6

（1）只用此表中数据计算反应H2O（g）+CO（g）=H2（g）+CO2（g）的rH2980、rG2980和rS2980

（2）试求H2O（g）在298K的标准熵。

4.查表求298K时下列反应的反应热(《无机化学例题与习题》吉大版)

（1）3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(l) + NO(g)

（2）CuO(s) + H2(g) → Cu(s) + H2O(g)

5.指定NH4Cl（s）分解产物的分压皆为105Pa，试求NH4Cl（s）分解的最低温度。

6.计算在101.3KPa下CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）的rH0、rS0、

rG0，并计算反应自发进行的最低温度。

7. 在一知弹式量热计中燃烧0.20molH2（g）生成H2O（l），使量热计温度升高0.88K，当0.010mol甲苯在此量热计中燃烧时，量热计温度升高0.615K，甲苯的燃烧反应为

C7H8(l) + 9 O2(g) → 7 CO2(g) + 4H2O(l)

求该反应的△rHθ

m 。已知△

Hθ

( H2O，l ) == —285.8 kJ·mol1-(《无机化学例

题与习题》吉大版)

8.在水的正常沸点温度，H 0蒸发为40.58KJ/mol ，假定1mol/L 液体的体积可忽略，并假定水蒸气为理想气体，计算在恒压101325Pa 和373K 下，lmol/水汽化的Q 、W 、U 、S 和G 。

9. 已知下列热化学反应 (《无机化学例题与习题》吉大版)

Fe 2O 3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO 2(g) △rH θm = — 27.61 kJ ·mol 1

- 3Fe 2O 3(s) + 3CO(g) → 2 Fe 3O 4 (s) + CO 2(g) △rH θm = — 27.61 kJ ·mol 1- Fe 3O 4 (s) + CO(g) → 3FeO(s) + CO 2(g) △rH θm = + 38.07 kJ ·mol

1- 求下列反应的反应热△rH θm FeO(s) + CO(g) == Fe(s) + CO 2(g) 10.计算MgCO 3(s) == MgO(s) + CO 2(g)的)298(K H ?、)298(K S ?和850K 时的

)850(K G ?已知： H ?（KJ ?mol ―1 ） S （J ?mol ―1?K ―1）

MgCO 3(s) －1096 65.7 MgO(s) －601.7 26.9 CO 2(g) －393 214

参考答案

一选择题

1. A

2. B

3. D

4. A

5. B

6. C

7. B

8. D

9. B 10. B

11.C 分析：对熵影响最大的是固、液态与气态间的转变，所以只要求出反应前后气体物质的量的变化值即可判断：(a)＋1（熵增加）(b)＋3（熵增加）(c)－2（减小最多）(d)－1（减小）

12.D 分析：Ag(s) + 1/2Cl 2(g) == AgCl(s) G ?=―109.5KJ ?mol ―1 所以所求 G ?=－(―109.5×2)KJ ?mol ―1

13.B 14.C 15.D 16.C 17.D 18.D 19.A 20.D

二填空题

1.理想气体，只做膨胀功

2.（1）孤立（2）循环

3. 0；1.1×102Jmol-1K-1

4. vapHm0=54.56 KJ?mol―1W=10.48KJ U=98.64KJ S=173.2 J?K-1

G=0

5.-3.72

6.（3）＞（4）＞（1）＞（2）

7.rS=-20.1 Jmol-1K-1

rG=-200KJ

8.178 KJ?mol―1，161 Jmol-1K-1

9. Li（s）； LiCl（s）；Ne（g）； Cl2（g）； I2（g）。

10. S，G。

三问答题

1.答：焓用H表示，定义为H=U+PV，是状态函数；非恒压过程中有焓变，

H=U+（PV）。（恒压过程焓变H=U+P V，H=Qp）

2.答：它们的f H0不等于零。因为它们不是最稳定的单质。只有最稳定的单质如O2（g）和斜方硫的f H0才等于零。

3.答：rG0是气相反应体系中各气态物质的分压均为标准压力时的摩尔吉布

斯自由能变；rGm则是各气态物质的压力为任何数值时的摩尔吉布斯自由能变。液体在正常沸点，即标准压力，温度下，气液达平衡时可用rGm0=0表示该体系达到平衡。

4.答：不能。因为rG0是状态函数，与物质所处的状态有关，fG0（BBr3，g）不等于fG0（BBr3，l），不能用fG0（BBr3，l）判断BBr3（g）=B （s）+3/2Br2（g）在常温下进行的可能性。

5.答：第一种情况放热量为Qp，第二种情况放热量为Qv，由于Qp=Qv+P?V=Qv+n?RT，因为变化过程有气体产生，n为正值，所以Qp-Qv=nRT＞0，所以Q p＞Qv。故第一种情况放热多于第二种情况。

6.（1），（2），（3）都是熵增加，因为气体分子数增加。（4）熵减少，因为气体分子数随反应而减少。

7. 冰在室温下自动熔化成水时，是一个吸热过程，但由于 S（H2O，s，298K）＜ S（H2O，l，298K）且G＜0，所以冰在室温下自动熔化成水是熵增加起了主要作用的结果。

8.反应热和生成热的单位相同，因为按反应式所示的那些粒子的特定组合的基本单元数都是1mol。

9.（1）不相同。因为等压热效应rH0是容量性质，与体系中各物质的饿量有关。

（2）不相同。因为等压热效应rH0是状态函数的改变量，与体系中各组分的聚集状态有关。

四计算题

1.解：（1）C（s）+O2（g）=CO2（g）rH10

（2）H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）rH20

（3）CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) rH30

（4）C(s)+2H2(g)=CH4(g) rH0

得：[（2）×2+（1）]-（3） C（s）+2H2（g）=CH4（g）即得（4）

根据盖斯定律得：rH0=(rH10+2rH20)- rH30

= -393+2×(-283)-(-890)

=-69KJ/mol

2.解：

3.解：（1） H2O（g）+CO（g）=H2（g）+CO2（g）

△rH2980=（-398.5）+0-（-241.8）-（-110.5）

= -41.2KJ/mol

△rG2980=（-394.4）+0-（-137.3）-（-228.6） = -28.5KJ/mol

△rS2980=△rH0-△rG0/T=（-41.2）-（-28.5）/298

=0.0426KJ?K-1mol-1

=-42.6J?K-1mol-1

（2）S H2O（g）0=S CO2（g）0+S H2（g）0-S CO（g）0-△S2980

=213.6+130.6-197.6-（-42.6）

=188.9J?K-1mol-1

4.解：

（1）

（2）

5.解：NH4Cl（s）NH3（g）+HCl（g）

△rG0=∑（△f G0）产物-∑（△f G0）反应物

=△f G NH30+△f G HCl0-△f G NH4Cl0

= -16.5+（-95.4）-（-203）

=91.1KJ/mol＞0

故：该反应不可自发进行。

△rH0=△f H NH30+△f H HCl0-△f H NH4Cl0

= -46.11+（-92.5）-（-315）

=176.4KJ/mol

△rS0=S NH30+S HCl0-S NH4Cl0

=192.8+186.6-94.6

=284.3J?K-1mol-

当△rG〈0，即T〉△rH0/△rS0时，反应自发进行

T＞△rH0/△rS0=176.4×103/284.3=620.6K，

NH4Cl（s）的分解温度为620.6K

6. 解：对反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）

查表得：△f Hm0（KJ/mol）-1207 -635.1 -394

Sm0（JK-1mol-1） 92.7 39.7 214

△f Gm0（KJ/mol）-1128.8 -604.2 -394

①△rH0=（-635.1-394）-（-1207）=177.9KJ/mol

△rS0=（214+39.7）-92.7=161J?K-1mol-1

△rG0=（-604.2-394）-（-1128.8）=130.6KJ/mol

②反应自发进行，必有△G〈0，

而△G=△H-T△S

∴ T〉△rH0/△rS0=178.9/160.8×10-3

=1112.6K=839.60C

7.解：

△rV θm = △rH θ

m —△νRT= —285.8+1.5×RT= —282.1kJ/mol

8.解：Q=△H 蒸发0=40.58KJ/mol

W=△n （g ）RT=1×8.314×373×10-3=3.101KJ △U=40.58-3.101=37.48KJ/mol △G 0=0

△S 0=△H 0/T=40.58/373

=0.1088KJ ?mol -1K -1=108.8J ?K -1mol -1

9. 解：

10.解：（1）)298(K H ?＝∑?B

B B fH )( ν

＝（－601.7）＋（－393）－（－1096）＝101.3KJ ?mol ―1 (2) )298(K S ?=∑?B

B B S )( ν

=214+26.9-65.7 =175.2 J ?mol ―1 ?K ―1 （3）)850(K G ?＝△H °－T △S ° ＝101.3－850×175.2/1000 ＝-47.45KJ ?mol ―1