第2章化学热力学 1.已知在温度为298.15K的标准条件下，CO(g)和H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为一 110.53kJ/mol和-241.83 kJ/mol。计算反应HO(g+C(石墨)=CO(g+H2(g)的标准摩尔焓 变。 解： H2O(g)+C(石墨)=CO(g)+H(g) △HA(kJ/mol）-241.83 0 -110.53 0 △.H点=∑r,△H(产物)-∑ri△H(反应物 =[△H(CO(gt△HA(H(g)]-[△H(HO(gt△H(C(石墨)川 =-110.53-(-241.83) =131.27kJ/mol 2.己知298.15K时，C2H,OH(①)+302(g=3H20(①+2C02(g) (1)C0(g)+。O2(g)=C02(g) △，∥=-283.0 kJ/mol 2 ②6@+0g=H0W △，/h2=-285.0 kJ/mol (3)C2H5OH0)+302(g)=3H0(①)+2C02(g) △，H3=-1367.0kJ/mol 计算反应：2C0(g+4H2(g)=CH,0H四+H,0)的△/R4。 解：(4)式=2×(1)式+4×(2)式-(3)式 △，/A4=2×△，H盘1+4X△，/日2-△，/t3 =2×(-283.0)+4×(-285.0)-(-1367.0) =-339 kJ/mol 3.计算298.15K标准条件下反应2C2H,OH⑩三C4H6(g+2H2O(g+H2(g)的标准摩 尔反应焓。己知298.15K时C2HOH0)、C4H6(g)和H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为一 235.10kJ/mol,-110.16kJ/mol和-241.82kJ/mol。 解： 2C2H,OH④)÷ C4H6(g)+2HO(g)+H2(g) △HA(kJ/mol)-235.10 -110.16 -241.82 0 △，H日=∑r,△H(产物)-∑r,△H(反应物) =[2X△/盘(H2O(g)+△H(C4H6(g)+△H(H(g]-2×△H(C2H,OH0)
第 2 章化学热力学 1. 已知在温度为 298.15K 的标准条件下，CO(g)和 H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为－ 110.53kJ/mol 和－241.83kJ/mol。计算反应 H2O(g)+C(石墨)=CO(g)+H2(g)的标准摩尔焓 变。 解： H2O(g) + C(石墨) = CO(g) + H2(g) ΔfH (kJ/mol) －241.83 0 －110.53 0 Om ΔrH = ∑ v iΔfH (产物) –∑ v iΔfH (反应物) Om Om Om ＝[ΔfH ( CO(g))+ ΔfH ( H2(g))]－[ΔfH ( H2O(g))+ΔfH ( C(石墨))] Om Om Om Om = －110.53－（－241.83） ＝131.27kJ/mol 2. 已知 298.15K 时，C2H5OH (l)+3O2(g)=3H2O (l)+2CO2(g) (1) CO(g) + O2(g) = CO2(g) ΔrH 1=－283.0kJ/mol 2 1 Om (2) H2 (g) + O2(g) = H2O (l) ΔrH 2=－285.0kJ/mol 2 1 Om (3) C2H5OH(l) + 3O2(g) = 3H2O (l) + 2CO2(g) ΔrH 3=－1367.0kJ/mol Om 计算反应：2CO(g) + 4 H2 (g) = C2H5OH (l) + H2O (l)的ΔrHOm 4。 解：（ 4）式＝2×（1）式＋4×（2）式－（3）式 ΔrH 4＝2×ΔrH 1＋4×ΔrH 2－ΔrH 3 Om Om Om Om ＝2×（－283.0）＋4×（－285.0）－（－1367.0） ＝－339 kJ/mol 3. 计算 298.15K 标准条件下反应 2C2H5OH(l) C4H6(g)+2H2O(g)+H2(g)的标准摩 尔反应焓。已知 298.15K 时 C2H5OH(l)、C4H6(g)和 H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为－ 235.10 kJ/mol，－110.16 kJ/mol 和－241.82kJ/mol。 解： 2C2H5OH(l) C4H6(g) + 2H2O(g) + H2(g) ΔfH (kJ/mol) －235.10 －110.16 -241.82 0 OmΔrH = ∑ v iΔfH (产物) –∑ v iΔfH (反应物) Om Om Om ＝[2×ΔfH (H2O(g)) + ΔfH (C4H6(g)) +ΔfH ( H2(g))]－2×ΔfH ( C2H5OH(l)) Om Om Om Om
=[2×(-241.82)+(-110.16)+0]-2×(-235.10) =-123.6kJ/mol 4.298.15K、标准状态下，丙烷CHs(g)、C(石墨)和H2(g)的标准摩尔燃烧热分别为一 2219.9kJ/mol、-393.5kJ/mol和一285.8 kJ/mol,求丙烷生成反应的标准摩尔生成热。 解： 3C(石墨)+4H(g) →CHg(g △/R-393.5 -285.8 -2219.9 △，HA=[3×(-393.5+4×(-285.8)-(-2219.9)=-103.8kJ/mol A(C3Hs.g)=103.8 kJ/mol 5.已知C(石墨)、H(g)和C2H(g)在298.15K、100kPa下的标准摩尔熵值分别为5.7J /K·mol)、131.2】/K·mol)和221.0JK·mol),计算反应：2C(石墨)+2H2(g=C2H4(g) 的标准摩尔熵变。 解： 2C(石墨) +2H2(g）)= C2H(g) sm01K·mol)5.7 131.2 221.0 △5分=△盘=∑yS盘产物)-∑ySi(反应物 =S(C,H(g》-2×S(C(石墨))+S(Hg =221.0-[2×5.7+2×131.2] =-52.8J/K·mol) 6.己知298.15K、100kPa下CO2(g、H(g)、CO(g)和HO(g)的标准摩尔生成吉布斯自由 能分别为-394.38kJ/mol、0kJ/mol、-137.29kJ/mol和-228.58kJ/mol。求反应 CO(g+H(g)→CO(g+HO(g)的标准摩尔吉布斯自由能变△，G(298),并判断反 应进行的方向。 解： CO2z(g)+H(g)→CO(g) +H2O(g) △Gt(kJ/mol) -394.38 -137.29 -228.58 △，G日=∑v,△G日（产物）-∑v,△G(反应物) =[△G(C0(g)十△Gm(H,0(g-[△Gh(C0(g)+△G(H,(g =[-137.29+-228.58)】-[-394.38+0]
＝[2×（－241.82）+(－110.16)＋0]－2×（－235.10） ＝－123.6 kJ/mol 4. 298.15K、标准状态下，丙烷 C3H8(g)、C(石墨)和 H2(g)的标准摩尔燃烧热分别为－ 2219.9kJ/mol、－393.5 kJ/mol 和－285.8kJ/mol，求丙烷生成反应的标准摩尔生成热。 解： 3C(石墨)＋ 4H2(g) C3H8(g) ΔcH －393.5 －285.8 －2219.9 Om ΔrH = [3× (－393.5)+4×( －285.8)]—（－2219.9）＝－103.8 kJ/mol Om ΔfH ( C3H8,g)= 103.8 kJ/mol Om 5. 已知 C(石墨)、H2(g)和 C2H4(g)在 298.15K、100kPa 下的标准摩尔熵值分别为 5.7J /(K·mol)、131.2J /(K·mol)和 221.0J /(K·mol)，计算反应：2 C（石墨）+2H2(g)=C2H4(g) 的标准摩尔熵变。 解： 2C（石墨） +2H2(g) = C2H4(g) S [J /(K·mol)] 5.7 131.2 221.0 OmΔrS =ΔrS = ∑ v iS (产物)–∑ v iS (反应物) Om Om Om，i Om，i ＝ S ( C2H4(g))－[2×S ( C（石墨）)＋S ( H2(g))] Om Om Om =221.0－[2×5.7+2×131.2] =－52.8J /(K·mol) 6. 已知 298.15K、100kPa 下 CO2(g)、H2(g)、CO(g)和 H2O(g)的标准摩尔生成吉布斯自由 能分别为 －394.38kJ/mol、0kJ/mol、－137.29kJ/mol 和－228.58kJ/mol。求反应 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的标准摩尔吉布斯自由能变ΔrGOm (298)，并判断反 应进行的方向。 解： CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) ΔfG ( kJ/mol) －394.38 0 －137.29 －228.58 Om ΔrG = ∑ v iΔfG (产物)–∑ v iΔfG (反应物) Om Om Om ＝[ΔfG ( CO(g))＋ΔfG ( H2O(g))]－[ΔfG ( CO2(g))＋ΔfG ( H2(g))] Om Om Om Om ＝[－137.29+(－228.58)]－[－394.38+0]
=28.51kJ/mo1>0 所以反应逆向进行。 7.己知298.15K,100kPa下，NO(g、NO2(g)和O2(g)的标准摩尔生成热分别为2.51kJ/mol、 33.85kJ/mol和0kJ/mol,标准摩尔熵分别为342.40J/K·mol)、240.57刀/K·mol和 205.141K·mol).求反应N,0,(g)→2N0(gH20,(g)在678℃下的标准摩尔反应 吉布斯自由能，判断过程进行的方向。（假设标准摩尔反应焓和标准摩尔熵变不随温 度变化)。 解： N2O3(g) →2N02(g)+202g) △/日(kJ/hmol)2.51 33.85 0 sUK·mol]342.40 240.57 205.14 △，H盘=∑y,△/盘（产物）-∑y,△/盘（反应物） =[33.85×2+0-2.51 =65.19 kJ/mol △盘=∑yS品（产物）-∑yS盘（反应物） -5×205.14+2×24057-34240 =241.31)/K·mol) △，Gm(951.15)≈△Ht(298)-T△5(298) =65.19-951.15×241.31×103 =-164.37kJ/mo1<0 所以反应正向自发进行。 8.有两种方法合成苯： (1)6C(石墨)+3H2 (2)3C2H2(g） 己知298.15K、100kPa下苯和乙炔C2H2(g)的标准摩尔生成吉布斯自由能△G(298)分别为 124.50kJ/mol和209.20kJ/mol。判断哪一个反应有可能实现
＝28.51 kJ/mol＞0 所以反应逆向进行。 7. 已知298.15K、100kPa下 ，N2O5(g)、NO2(g)和O2(g)的标准摩尔生成热分别为2.51kJ/mol、 33.85kJ/mol 和 0 kJ/mol，标准摩尔熵分别为 342.40J /(K·mol)、240.57J /(K·mol)和 205.14J /(K·mol)。求反应 N2O5(g) 2NO2(g)+ O2(g)在 678℃下的标准摩尔反应 2 1 吉布斯自由能，判断过程进行的方向。（假设标准摩尔反应焓和标准摩尔熵变不随温 度变化）。 解： N2O5(g) 2NO2(g) + O2(g) 2 1 ΔfH （kJ/mol） 2.51 33.85 0 Om S [J /(K·mol)] 342.40 240.57 205.14 OmΔrH ＝ ∑ v iΔfH (产物) –∑ v iΔfH (反应物) Om Om Om ＝[33.85×2＋0]—2.51 ＝65.19 kJ/mol ΔrS ＝ ∑ v iS (产物)–∑ v iS (反应物) Om Om，i Om，i ＝ ×205.14＋2×240.57－342.40 2 1 ＝241.31J /(K·mol) ΔrG m (951.15)≈ΔrH (298) –TΔS (298) Om Om ＝65.19－951.15×241.31×10 －3 ＝ –164.37kJ/mol＜0 所以反应正向自发进行。 8. 有两种方法合成苯： （1）6C(石墨)+3H2 （2）3C2H2(g) 已知 298.15K、100kPa 下苯和乙炔 C2H2(g)的标准摩尔生成吉布斯自由能ΔfGOm (298)分别为 124.50kJ/mol 和 209.20kJ/mol。判断哪一个反应有可能实现
解： (1) 6C(石墨)+3H2→ △GA(kJ/mol) 124.50 △.G=124.50kJmo>0 反应逆向进行。 (2)3C2H(g) △G(kJ/mol) 209.20 124.50 △，GA=124.50-3×209.20=-503.10kJ/mol0 所以反应在298K不能正向自发进行
解： （1） 6C(石墨) + 3H2 ΔfG ( kJ/mol) 124.50 Om ΔrGOm ＝124.50 kJ/mo＞0 反应逆向进行。 （2）3C2H2(g) ΔfG ( kJ/mol) 209.20 124.50 Om ΔrG ＝124.50 －3×209.20＝－503.10 kJ/mol＜0 Om 反应正向进行。 所以由乙炔合成苯是可行的。 9. 利用附录中相关的标准摩尔生成焓和标准摩尔熵的数据，判断反应 CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 在 298K 时能否自发进行？若假设ΔrHOm 和ΔrS Om 不随温度 而变化，求其转变温度。 解： CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) ΔfH （kJ/mol）–1206.92 –635..09 –393.51 Om S [J /(K·mol)] 92.9 39.75 213.74 OmΔrH ＝ ∑ v iΔfH (产物) –∑ v iΔfH (反应物) Om Om Om ＝[–393.51–635..09]—（–1206.92） ＝178.32 kJ/mol ΔrS ＝ ∑ v iS (产物)–∑ v iS (反应物) Om Om，i Om，i ＝213.74＋39.75－92.9 ＝160.59J /(K·mol) ΔrG =ΔrH (298) –TΔS (298) Om Om Om ＝178.32－298×160.59×10 －3 ＝ 130.46kJ/mol＞0 所以反应在 298K 不能正向自发进行
T#=41298=130.46 42%160.59×10=815.38K 10.水煤气反应C(S)+HO(g)≠CO(g)+H(g),问： ①此反应在298K、标准状况下能否正向进行？ ②若升高温度，反应能否正向进行？ ③100kPa压力下，在什么温度时此体系为平衡体系？ 解：① C(石墨)+H2O(g)≠CO(g)+H(g) △HR(kJ/mol) 0-241.81-110.52 0 sU/K·mol15.74118.83197.67 130.68 △，H日=∑，△H(产物)-∑r,△H日（反应物 =-110.52-(-241.81) =131.29kJ/mol △5=∑y5(产物-∑yS盘（反应物 =130.68+197.67-(5.74+118.83) =203.78J/K·mol） △，Gt=△，H盘(298)-T△5(298) =131.29-298×203.78×10-3 =70.56kJ/mo1>0 所以反应在298K不能正向自发进行。 ②因为△，H日>0和△S>0,所以若升高温度，反应能正向进行 ③T#=48-131.29 498203.78×10=6443K 100kPa压力下，在644.3K时此体系为平衡体系。 11.下列各热力学函数中，哪些数值是零？ ①△fHne(O3,g,298K): ②△Gm。(L2,g,298K):
T 转 = = = 815.38K 298 298 S H ∆ ∆r 3 160.59 10 130.46 － × 10. 水煤气反应 C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)，问： ①此反应在 298K、标准状况下能否正向进行？ ②若升高温度，反应能否正向进行？ ③100kPa 压力下，在什么温度时此体系为平衡体系？ 解：① C(石墨) + H2O(g) CO(g) + H2(g) ΔfH （kJ/mol） 0 –241.81 –110.52 0 Om S [J /(K·mol)] 5.74 118.83 197.67 130.68 OmΔrH ＝ ∑ v iΔfH (产物) –∑ v iΔfH (反应物) Om Om Om ＝–110.52—（–241.81） ＝131.29 kJ/mol ΔrS ＝ ∑ v iS (产物)–∑ v iS (反应物) Om Om，i Om，i ＝130.68＋197.67－（5.74＋118.83） ＝203.78J /(K·mol) ΔrG =ΔrH (298) –TΔS (298) Om Om Om ＝131.29－298×203.78×10 －3 ＝70.56kJ/mol＞0 所以反应在 298K 不能正向自发进行。 ②因为ΔrHOm ＞0 和ΔrS Om ＞0，所以若升高温度，反应能正向进行 ③T 转 = = = 644.3K 298 298 S H ∆ ∆r 3 203.78 10 131.29 － × 100kPa 压力下，在 644.3K 时此体系为平衡体系。 11. 下列各热力学函数中，哪些数值是零? ①ΔfHm (O3，g，298K)； ②ΔfGm (I 2，g，298K)；
③△eHm9B2,,298K: ④Sme(H2,g,298K): ⑤△fGm9N2,g,298K): 解：△Hm。(Br2,1,298K)=0,⑤△G (N2,g,298K)=0 12.据下列反应的△rHe和△Sm数值的正负： ①N2(g)+O2(g)÷2NO(g: ②Mg(s)+C1z(g)≠MgCl2(S): ③H(g)+Ss)=H2S(g)。 说明哪些反应在任何温度下都能正向进行？哪些反应只在高温或低温下才能进行？ 解：① N2(g)+O2(g)=2NO(g) △HA(kJ/mol) 00 90.25 SDK·mol】191.61205.14210.76 △H盘=∑y,△HA(产物)-∑r,△H盘（反应物） =90.250 =90.25 kJ/mol △5盘=∑S盘（产物）-∑r盘i(反应物) =210.76-(205.14+196.61) =190.99/K·mol) 因为△，Hm>0和△S盘>0，所以若升高温度，反应能正向进行。 ② Mg(s)+C12(g)MgCl(s) △/盘(kJ/mol) 0 0 -641.83 spK·mol 32.5 223.07 89.5 △，HA=∑'，△HA(产物)-∑'，△/日（反应物） =-641.83-0 =-641.83kJ/mol △=∑S盘产物)-∑yS盘（反应物 =89.5-(223.07+32.5)
③ΔfHm (Br 2，l，298K)； ④Sm (H2，g，298K)； ⑤ΔfGm (N2，g，298K)； 解：ΔfHm (Br 2，l，298K)=0, ⑤ΔfGm (N2，g，298K)=0 12. 据下列反应的ΔrHm 和ΔrSm 数值的正负： ①N2(g) + O2(g) 2NO(g)； ②Mg(s) + C12(g) MgCl2(s)； ③H2(g) + S(s) H2S(g)。 说明哪些反应在任何温度下都能正向进行?哪些反应只在高温或低温下才能进行？ 解：① N2(g) + O2(g) 2NO(g) ΔfH （kJ/mol） 0 0 90.25 Om S [J /(K·mol)] 191.61 205.14 210.76 OmΔrH ＝ ∑ v iΔfH (产物) –∑ v iΔfH (反应物) Om Om Om ＝90.25–0 ＝90.25 kJ/mol ΔrS ＝ ∑ v iS (产物)–∑ v iS (反应物) Om Om，i Om，i ＝210.76–（205.14＋196.61） ＝190.99J /(K·mol) 因为ΔrHOm ＞0 和ΔrS Om ＞0，所以若升高温度，反应能正向进行。 ② Mg(s) + C12(g) MgCl2(s) ΔfH （kJ/mol） 0 0 –641.83 Om S [J /(K·mol)] 32.5 223.07 89.5 OmΔrH ＝ ∑ v iΔfH (产物) –∑ v iΔfH (反应物) Om Om Om ＝–641.83–0 ＝–641.83 kJ/mol ΔrS ＝ ∑ v iS (产物)–∑ v iS (反应物) Om Om，i Om，i ＝89.5－（223.07＋32.5）
=166.07J/K·mol) 因为△，0，所以任何温度下，反应都能正向进行。 ③ H(g)+S(S)≠HS(g) △Ht(kJ/mol) 0 0-20.62 saUK·mol] 130.68 31.80205.79 △，HR=∑r,△H盘（产物）-∑v,△HA(反应物) =-20.62—0 =-20.62kJ/mol △5盘=∑5盘（产物-∑y小品（反应物 =205.79-(31.80+130.68) =43.31)/K·mol) 因为△，H盘0，所以降低温度，反应能正向进行
＝166.07J /(K·mol) 因为ΔrHOm ＜0 和ΔrS Om ＞0，所以任何温度下，反应都能正向进行。 ③ H2(g) + S(s) H2S(g) ΔfH （kJ/mol） 0 0 –20.62 Om S [J /(K·mol)] 130.68 31.80 205.79 OmΔrH ＝ ∑ v iΔfH (产物) –∑ v iΔfH (反应物) Om Om Om ＝–20.62—0 ＝–20.62 kJ/mol ΔrS ＝ ∑ v iS (产物)–∑ v iS (反应物) Om Om，i Om，i ＝205.79－（31.80＋130.68） ＝43.31J /(K·mol) 因为ΔrHOm ＜0 和ΔrS Om ＞0，所以降低温度，反应能正向进行