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(完整版)无机及分析化学课后习题第二章答案

一．选择题

1．一化学反应系统在等温定容条件下发生一变化，可通过两条不同的途径完成：（1）放热10 kJ ，做电功50 kJ ；（2）放热Q , 不做功，则（）

A. Q = －60kJ

B. Q = －10 kJ

C. Q = －40kJ

D. 反应的Q V =－10kJ 解：选A 。

2．在298 K ，下列反应中θ

m r H ? 与θm r G ? 最接近的是（）

A. CCl 4 (g) +2H 2O (g) =CO 2 (g) + 4HCl (g)

B. CaO (s) +CO 2 (g) =CaCO 3 (s)

C. Cu 2+ (aq) + Zn (s) =Cu (s) + Zn 2+ (aq)

D. Na (s) +H 2O (l) =Na +(aq)+?H 2 (g)+OH －(aq)

解：选C 。∵ θθθθθθr m r m r m r m r m r m

ΔG ΔH ΔS ΔS = 0 , ΔG ΔH T =-≈当时 ∴反应C 中反应物和生成物中无气体物质、物态也无变化，θ

r m

Δ S 值较小。 3．已知反应 2H 2 (g) +O 2 (g)= 2H 2O (g) 的 ?r H m Θ= -483.63 kJ·mol –1，下列叙述正确的是（） A. ?f H m θ(H 2O,g) = -483.63 kJ·mol –1

B. ?r H m θ= -483.63 kJ·mol –1 表示Δξ = 1 mol 时系统的焓变

C. ?r H m θ= -483.63 kJ·mol –1 表示生成1 mol H 2O (g) 时系统的焓变

D. ?r H m θ= -483.63 kJ·mol –1 表示该反应为吸热反应

解：选B 。A 错，根据Δf H m θ定义,H 2O (g)的系数应为1。C 错，该方程为表示生成2 mol H 2O (g) 时系统的焓变。D 错，Δr H m θ ＞ 0时表示该系统能量的增加，该反应为吸热反应，Δr H m θ ＜0时表示该系统能量的减少，该反应为放热反应。

4．下列反应可以表示θ

-1f m

2(CO ,g)===394.38 kJ mol G -?Δ的是（） A. C （石墨,s ）+O 2(g) ==== CO 2(g) B. C （金刚石,s ）+O 2(g) ==== CO 2(g) C. C （石墨,s ）+O 2(l) ==== CO 2(l) D. C （石墨,s ）+O 2(g) ==== CO 2(l)

解：选A 。B 错，C （金刚石，s ）非参考状态单质，不符合标准状态下摩尔完全生成反应定

义；C 错，O 2(l) 非参考状态单质,不符合标准状态下摩尔完全生成反应定义；CO 2(l) 不符ΔrG m θ(CO 2,g) 的定义所指定的产物；D 错，CO 2(l) 不符ΔrG m θ(CO 2,g) 的定义所指定的产物。

5．反应(s)MgCO 3 MgO(s)+CO 2(g)在高温下正向反应自发进行, 其逆反应在298K 时自

发, 近似判断逆反应的θm H r ?与θ

m S r ?是（）

A. θm r H ?＞0, θm r S ?＞0

B. θm r H ?＜0, θm r S ?＞0

C. θm r H ?＞0, θm r S ?＜0

D. θm r H ?＜0, θm r S ?＜0

解：选A 。该反应有气体物质产生，故θm S r ?＞0。且高温自发，低温非自发，根据

θθθ

r m r m r m ΔG ΔH ΔS

T =- 判断结果应选A 。二、填空题

1．解：用下列热力学函数判断反应自发性的条件是

（1）m r m r m r 0:S H H ?

（4）θ

r m 0G Δ：标准状态下，等温、定压且系统只作体积功（非体积功为）的化学反应系统。

2．系统状态函数的特点是：状态函数仅决定于系统的状态；状态函数的变化只与系统的变化的过程有关，而与变化的途径无关。

3．反应进度ξ的单位是 mol ；反应计量式中反应物B 的化学计量数v B 的值规定为负值。

4．正、逆反应的?r H m ，其绝对值相等，符号相反；反应的?r H m 与反应式的写法有关。

5．所谓标准状态是在指温度T 和标准压力下该物质的状态。其中标准压力P θ = 100 kPa ；标准状态虽然没有指定温度，但是为了便于比较，IUPAC 推荐选择 298 K 作为参考温度。

6．根据吉布斯—亥姆霍兹方程：Δr G θm （T ）= Δr H θm （T ）―T Δr S θm （T ）。若忽略温度对

?r H Θm 和?r S Θ

m 的影响，则可得到该式的近似式：θθθr m r m r m ΔG ΔH ΔS T =-

三、简答题

1．区别下列符号的意义。

H ：系统的状态函数，焓，定义为H =U +pV ,无具体物理意义。

ΔH ：系统焓的改变值，物理意义为在定压，只做体积功的情况下，系统与环境交换的热。

r H ?：标准条件下，当产物与反应物温度相同时，化学反应过程中系统只做体积功，且反应

在定压条件下按照所给定的方程式完全反应，此时的反应热。

m f H ?：在温度T 时，由参考状态的单质完全生成1mol 物质B 时的标准摩尔焓变。

S ：系统的状态函数，熵，代表系统的混乱度。

θm S ?：标准状态下，物质B 的摩尔熵。

θm r S ?：反应的标准摩尔熵，标准状态下，化学反应按照给定方程式完全反应系统的熵变。

G ：系统的状态函数，吉布斯自由能，定义为G=H-TS,无具体物理意义。

m r G ?：化学反应的吉布斯自由能变，即该反应能对外所的最大非体积功。

θm r G ?：标准状态下，化学反应的吉布斯自由能变。 θm f G ?：标准摩尔生成反应的吉布斯自由能变。

2．若将合成氨反应的化学计量方程式分别写成 N 2(g ) +3H 2(g)==2NH 3(g) 和

N 2(g ) +2

H 2(g)==NH 3(g) ，二者的Δr H m θ和Δr G m θ是否相同？两者间有何关系？答：不相同，这些符号都与热力学方程式的写法有关。

θθ

r m,1r m,2

Δ2ΔH H = θθ

r m,1r m,2

Δ2ΔG G = 四、计算题

1．由附录查出298 K 时有关的θf m H Δ 数值，计算下列反应的θ

r m H Δ（已知：

-1f m 24(N H ,1)50.63 kJ mol H =?Δ）。

（1）24222N H (l)+O (g)===N (g)+2H O(l)

（2）22221

H O(l)+O (g)===H O (g)2

（3）2222H O (g)===H O (l)

不查表，根据上述3个反应的θr m H Δ，计算下列反应的θ

r m H Δ。

242222N H (l)+2H O (l)===N (g)+4H O(l)

解：（1）－（3）×2得（4）（4）－（2）×2即得所求式。

查表计算得 1θ

r m ol kJ 33.622)1(,-?-=?H

1θ

m r m ol kJ 74.149)2(,-?=?H 1θm r m ol kJ 50.51)3(,-?-=?H 1θm r m ol kJ 8.8181)4(,-?-=?H

2．甘氨酸二肽氧化反应为

2482322223O (g)+C H N O (s)===H NCONH (s)+3CO (g)+2H O(l)

θ-1θ

-1f m 4823f m 22(C H N O ,s)745.25 kJ mol ;(H NCONH ,s)333.17 kJ mol H H =-?=-?ΔΔ

计算：（1）298 K 时，甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焓。

（2）298 K 及标准状态下，1g 固体甘氨酸二肽氧化时放热多少？

解：（1）已知θ

m f H ?(C 4H 8N 2O 3,s)=-745.25kJ ?mol -1 θm f H ?(H 2NCONH 2,s)=--333.17kJ ?mol -1

m f H ?(CO 2,g)=-393.51kJ ?mol -1 θm f H ?(H 2O,l)=-285.85kJ ?mol -1

所以 3O2(g)+ C 4H 8N 2O 3(s)= H 2NCONH 2(s)+3 CO 2(g) +2 H 2O(l)

θm f H ?=[θm f H ?(H 2NCONH 2,s)+3×θm f H ?(CO 2,g)+2×θm f H ?(H 2O,l)]- θ

m f H ?(C 4H 8N 2O 3,s)

=-1340.15 kJ ?mol -1

（2）因为 M(C 4H 8N 2O 3)＝132g ?mol -1，所以1g C 4H 8N 2O 3氧化时放热： (1340.15÷13)kJ ＝10.15 kJ

3．关于生命起源的各种理论中，总要涉及动植物体内的一些复杂的化合物能否自发地由

简单化合物转化得来。例如，298 K 及标准状态下，计算下列反应的θ

r m G Δ，判断尿素能否

由二氧化碳和氨自发反应得来。反应：

23222CO (g)+2NH (g)===(NH )CO(s)+H O(l)，（已知 θ

-1f m 22((NH )CO,s)197.15 kJ mol G =-?Δ）

解：

23222θθθθθ

r m f m 22f m 2f m 2f m 311111CO (g)+2NH (g)===(NH )CO(s)+H O(l)

[((NH )CO,s)+(H O,l)][(CO ,g)+2(NH ,g)]

[(197.15kJ mol )(237.14kJ mol )][(394.38kJ mol )2(16.12kJ mol )](434.29kJ mol )(G G G G G -----=-=-?+-?--?+?-?=-?--ΔΔΔΔΔ1θr m 2426.62kJ mol )

0,CO G -?<Δ反应自发进行，说明氨和能合成尿素。

4．定压下苯和氧反应：6622215

C H (l)+

O (g)===6CO (g)+3H O(l)2

。

在25℃和标准状态下，0.25 mo 液态苯与氧反应放热816.91 kJ ，求1 mol 液态苯和氧反应时焓变和热力学能变。

解： 1-θ

m r mol kJ 64.32670.25mol

1mol

kJ 96.816?-=?

-=?H

1-3-1-θ

m r θm r J kJ 10K 298K 8.341J m ol 2152

12-kJ 64.3267???????? ??--=?-?=?nRT H U

=－3263.92kJ

5．已知下列反应的标准摩尔焓

（1）C （石墨,s ）+O 2(g) ==== CO 2(g) θ

-1r m,1393.51 kJ mol H =-?Δ

（2）2221H (g)+O (g)===H O(l)2

θ-1r m,2285.85 kJ mol H =-?Δ

（3）332227CH COOCH (l)+O (g)===3CO (g)+3H O(l)2

-1r m,31788.2 kJ mol H =-?Δ

计算乙酸甲酯(CH 3COOCH 3,l)的标准摩尔生成焓。解：乙酸甲酯的标准摩尔生成反应为

3C （石墨，s ）+O 2（g ）+3H 2（g ）=CH 3COOCH 3（l ）

根据盖斯定律，题中所给的反应式(1)×3＋(2)×3－(3)即为CH 3COOCH 3的生成反应，所以

θθθ3,2,1,3333)l ,COOCH CH (m r m r m r m f H H H H ?-?+?=?

=3×（－393.51kJ·mol －1）+3×（－285.85kJ·mol －1）－（－1788.2kJ·mol －1） =－249.88kJ·mol －1

6．葡萄糖在酵母菌等的作用下，经过下列发酵反应生成乙醇：

C 6H 12O 6(s)→葡萄糖-6-磷酸→果糖-6-磷酸→甘油醛-3-磷酸→2CH 3CH 2OH(l)+2CO 2(g)。查

附录，计算标准状态和298 K 时全发酵过程的标准摩尔焓θ

r m H Δ。（各物质的溶解热可忽略，已知葡萄糖的θ

1f m

6126(C H O ,s)1274.4kJ mol H -?=-?）解：因为葡萄糖的全发酵过程的方程式可写为 C 6H 12O 6 (s) = 2CH 3CH 2OH (l ) + 2CO 2 (g)

所以θθθθ

r m

f m 32f m 2f m 61262(CH CH OH,l)2Δ(CO ,g)Δ(C H O ,s)H H H H ?=?+- =2×（－276.98 kJ·mol -1）+2×（－393.51 kJ·mol -1）－（－1274.4kJ·mol -1） =2615.38 kJ·mol -1

7．液态乙醇的燃烧反应：25222C H OH(l)+3O (g)===2CO (g)+3H O(l)

利用教材附录提供的数据，计算298 K 和标准状态时，92g 液态乙醇完全燃烧放出的热量。解：反应C 2H 5OH(l)＋3O 2（g ）=2CO 2(g)＋3H 2O （l ）是乙醇的完全燃烧反应

θθr m c m 25ΔΔ(C H OH,l)1366.75H H ==-则： kJ·mol －1

M (C 2H 5OH) = 46 g·mol -1，则

mol 2mol

g 46g 921

=?- ，H ?=2mol×（－1366.75kJ·mol －1

）=－2733.5kJ 8．大力神火箭发动机采用液态N 2H 4和气体N 2O 4作燃料，反应产生的大量热量和气体推动火箭升高。反应为

2424222N H (l)+N O (g)===3N (g)+4H O(g)

利用有关数据，计算反应在298 K 时的标准摩尔焓θ

r m H Δ。若该反应的热能完全转变为使100 kg 重物垂直升高的位能，试求此重物可达到的高度（已知：θ

-1f m 24(N H ,l)50.63 kJ mol H =?Δ）。解：根据反应2N 2H 4 (l) ＋N 2O 4 (g) = 3N 2 (g) + 4H 2O(g) 计算其反应的标准摩尔焓θ

r m H Δ。

θθθθθ

r m f m 2f m 2f m 24f m 24Δ3Δ(N ,g)4Δ(H O,g)2Δ(N H ,l)Δ(N O ,g)H H H H H =+--

= 0+ 4×（－241.84kJ·mol －1）－2×50.63 kJ·mol －1－9.66 kJ·mol －1 = －1078.28 kJ·mol －

设重物可达到的高度为h ，则它的位能为mgh = 100 kg×9.8 m·s －2·h=980 Nh 根据能量守恒定律

980Nh=1078.3×103J ， h =1100m

9．植物体在光合作用中合成葡萄糖的反应可近似表示为

22612626CO (g)+6H O(l)===C H O (s)+6O (g)

计算该反应的标准摩尔吉布斯自由能，并判断反应在298 K 及标准状态下能否自发进行

（已知葡萄糖的-16126θ

m f mol -910.5kJ s),O H (C Δ?=G ）。

解：6CO 2 (g)＋6H 2O （l ）=C 6H 12O 6 (g)+6O(g)

l)O,(H 6Δg),(CO 6Δg),(O 6Δs),O H (C ΔΔ2θ

m f 2θm f 2θm f 6126θm f θm r G G G G G --+=

= -910.5 kJ·mol -1+0－6×（－394.38kJ·mol -1）－6×（－237.14kJ·mol -1） = 2878.62 kJ·mol -1

10．查教材附录数据计算25℃时反应 24226C H (g)+H (g)=C H (g)的r m G θ

?，指出该反应在25℃

和100KPa 下的反应方向。

解：C 2H 4 (g)＋H 2（g ）=C 2H 6 (g)

θθθθ

r m f m 26f m 2f m 24ΔΔ(C H ,g)Δ(H ,g)Δ(C H ,g)G G G G =--

=－32.86kJ·mol －1－0－68.15kJ·mol －1 =－101.01kJ·mol －1

在25℃和100kPa 下，乙烯的加氢反应可以正向进行。

11．将空气中的单质氮变成各种含氮化合物的反应叫固氮反应。查教材附表根据θ

f m G Δ数值计

算下列三种固氮反应的θ

r m G Δ，从热力学角度判断选择哪个反应最好。

（1）22N (g)+O (g)===2NO(g) （2）2222N (g)+O (g)===2N O(g) （3）223N (g)+3H (g)===2NH (g) 解：（1） N 2 (g)＋O 2（g ）=2NO (g)

)g ,O ()g ,N ()g NO,(22θ

m f 2θm f θm f θm,1r G G G G ?-?-??=?

=2×86.69 kJ·mol －1-0-0 =173.38 kJ·mol －1

（2） 2N 2 (g)＋O 2（g ）=2N 2O (g)

)g ,O ()g ,N (2)g O,N (22θm f 2θm f 2θm f θm,2r G G G G ?-??-??=?

= 2×103.66 kJ·mol －1 =207.32 kJ·mol －1

（3） N 2 (g)＋3H 2（g ）=2NH 3 (g)

θθr m,3f m 3Δ2Δ(NH ,g)G G =

=2×（－16.12 kJ·mol －1） = －32.24 kJ·mol －1

因为θr m,1ΔG ＞0 θr m,2ΔG ＞0 只有θ

r m,3ΔG ＜0，所以选择（3）

12．查教材附录数据计算说明在标准状态时，下述反应自发进行的温度。（1）22N (g)+O (g)===2NO(g)

（2）43322NH HCO (s)===NH (g)+CO (g)+H O(g) （3）32222NH (g)+3O (g)===NO (g)+NO(g)+3H O(g)

（已知：θ-1f m 43(NH HCO ,s)849.4 kJmol H =-Δ；θ-11m 43(NH HCO ,s)121 J mol K S -=??）。

解：（1）N 2 (g)＋O 2（g ）=2NO (g)

1-2θ

m f 2θm f θm f θm,1r mol

74.180mol kJ 90.372)

g ,O ()g ,N ()g NO,(2-=??=?-?-??=?H H H H

θr m ΔS =2×210.77kJ·mol -1－191.60 J·mol -1·K -1－205.14 J·mol -1·K -1

=24.8J·mol -1·K -1

7288K mol J 8.24mol kJ 74.1801

1＝＝转--???T

（2）NH 4HCO 3（s ）=NH 3(g)+CO 2(g)+H 2O(g)

r m ΔH =168.09kJ·mol －1

r m ΔS =474.34 J·mol －1K －1

T 转=354.4K

（3）2NH 3（g ）＋3O 2（g ）=NO 2（g ）+NO （g ）+3H 2O （g ）

r m ΔH =－509.38kJ·mol －1

r m ΔS =16.76 J·mol －1K －1

因为θr m ΔH <0

r m ΔS >0 标准状态及任何温度下反应均自发。

13．固体AgNO 3的分解反应为3221

AgNO (s)===Ag(s)+NO (g)+O (g)2

查教材附表并计算标准状态下AgNO 3(s)分解的温度。若要防止AgNO 3分解，保存时应采取

什么措施。

解： AgNO 3(s)分解的温度即为反应AgNO 3(s)=Ag(s)+NO 2(g)+

O 2(g)的转化温度。根据公式：θ

r θ

r S H T ??＝转 )g ,AgNO ()g ,O (2

1)s Ag,()g ,NO (3θ

m f 2θm f θm f 2θm f θm r H H H H H ?-?+?+?=?

=33.85kJ·mol －

1－(－123.14kJ·mol －

=156.99 kJ·mol －1

θθθθ

r m m 2m 2m m 31Δ(O ,g)(NO ,g)(Ag,s)(AgNO ,s)2S S S S S =

+-- =2

×205.14J·mol -1K -1+240.06J·mol -1·K -1+ 42.72 J·mol -1·K -1－140.92 J·mol -1·K -1 =244.43 J·mol -1·K -1

-1

156.99 kJ mol 642K 244.43 J mol K T --?==??转＝(642-273) ℃=369℃

分解温度T>369℃

若要防止AgNO3分解，应低温避光保存。