第二章热化学 1.在0°C,760mmHg下,氦气球体积为875L,mH为多少?当380°C时,气球体积在定 压下膨胀至997L。计算这一过程中系统的Q,W和△U(氦的摩尔定压热容CPm为20.8 JK.mol 解: 已知T1=273.15k,V1=875L,72=311.5kv2=997L P1P2-Per=760mmHg=101.325kPa 101.325kPa×875L n(He) RT8.314J·mol1.K×273.15K390mol 气球在定压膨胀所做体积功为 W=-Pa(V2-)=-101.325kPa×(997-875)L=-12.4kJ 定压过程系统所吸收的热为 @=n(He) CPm(He)(T2-T1) 390mol×20.8JKmo7×(311.15-273.15)K=30.8kJ 此系统为封闭系统,其热力学能的变化为 △U=Q+W=30.8-124)kJ=184kJ 2.在大气中可以发生下列反应 (1) C2H(g)+O3 (g)->CH3 CHO(g)+O2(g) (2) O3(g)+NO(g)->NO2(g)+O2(g (3) SO3 (g)+H2O(H2SO4(ag) (4)2NO(g)+O2(g)→2NO2(g) 计算上述各反应的△Hec29k 解:(1) C2H4(g)+ O3 (g) CH3CHO(g)+ O2(g) △(2sk/( k]. mor)5226 1427 -166.19 △HR(28=∑v2△,H(B相20 361.2k].mor 注意△HRo3,g0 (2) O3(g)+NO(g)->NO2(g)+ O2(g) △H/( k] mor) 142.790.25 33.18
第二章 热化学 1． 在 0°C，760mmHg 下，氦气球体积为 875L，n(He)为多少？当 38.0 °C 时，气球体积在定 压下膨胀至 997L。计算这一过程中系统的 Q，W 和DU（氦的摩尔定压热容CP , m 为 20.8J∙K –1 ∙mol －1）。 解： 已知 T1=273.15K, V1=875L, T2=311.5K V2=997L 1 p = 2 p = ex p =760mmHg=101.325kPa n (He) = 1 1 1 RT p V = 1 1 101.325 875 8.314 273.15 kPa L J mol K K - -¥ × × ¥ =39.0mol 气球在定压膨胀所做体积功为: W = － ex p (V2－V1)=－101.325 kPa×(997－875)L= －12.4kJ 定压过程系统所吸收的热为: Q = n (He) CP , m (He) (T2－T1) =39.0mol×20.8J∙K －1 ∙mol －1×(311.15-273.15)K=30.8kJ 此系统为封闭系统，其热力学能的变化为: DU = Q + W =(30.8－12.4)kJ=18.4kJ . 2．在大气中可以发生下列反应： （1） C2H4(g)+O3(g)ÆCH3CHO(g)+O2(g) （2） O3(g)+NO(g) ÆNO2(g)+O2(g) （3） SO3(g)+H2O(l)ÆH2SO4( aq ) （4） 2NO(g)+O2(g) Æ2NO2(g) 计算上述各反应的DrH (298K)。 解： （1） C2H4(g) + O3(g) Æ CH3CHO(g)+ O2(g) DfH (298K) ∕(kJ∙mol1) 52.26 142.7 －166.19 0 DrH (298K) = B f B Ân D H (B,相态，298K) = –361.2kJ∙mol1 ●注意 DfH (O3，g）≠0 （2） O3(g) + NO(g) Æ NO2(g) + O2(g) DfH /(kJ∙mol 1) 142 .7 90.25 33.18 0
△HB2980=-1998 k]. mor (3) SO3(g)+ H2O()>H2SO4(aq) H/(kJ mor) 395.72 285.83 90927 △H(298={-90927 395.72)-(-285.83)]k,mo 227. k]-morI 注意△(H2SO4,ai,29815K)=4(SO2,ao,29815K);因为稀溶液中HSO4 完全电离为H和SO42,M1(H,ag)=0 (4) 2NO(g)+O2(g)>2NO2(g) He/(kJ mor) 90.25 0 33.18 △Hc88=-11414 k].mor 3.已知下列热化学反应方程式 (1)C2H2(g)+502(g)+2C02(g)+H2O() A,HM(=-1300 kJ-mor' (2)C(s)+O2(g)→CO(g) △H(2)=-394 k]. mot (3)H(g)+1O2(g)→H2O() △H(s)=-286 k]. mot 计算△(C2H2,g)。 解法一:分析已知热化学方程式,反应计算式(2),(3)分别是CO2(g)和H2O(1)的生成反 因此,△(CO2,g)AH(2),AB(H2O,1)=B(3)。反应计算式(1) 是C2H2(g)的燃烧反应,△H(C2H2,g)=AH(1)。 可以得出: △m(C2H2,g)=2△f(O2,g)△H(H2O,l)△cH(C2H2,g) =2(-394)+(-286)+(-1300)] k]. mor ●根据上述计算的同样方法,利用附表二①中A((C2H3)2O,g)和有关f,你能求 得△H(C2H5)2O,g)吗? 解法二:根据热化学方程式的组合,反应[(3)+2(2)-(1)]得: 2C(s)+H(g)>C2H2(g)△e=△(C2Hg) △B(C2H2.g)=△B(3)+2H(2)-△HP(1) 解这种类型题的关键是根据题意和己掌握的相关基本概念,确定解题思路和步骤
DrH (298K) = –199.8kJ∙mol －1 （3） SO3(g) + H2O(l) Æ H2SO4( aq ) DfH /(kJ∙mol 1) －395.72 －285.83 －909.27 DrH (298K) =[－909.27－（－395.72）－（－285.83）] kJ∙mol －1 = –227.72 kJ∙mol1 ●注意 DfH （H2SO4，ai ，298.15K）=DfH （SO4 2 ，ao ，298.15K） ；因为稀溶液中 H2SO4 完全电离为 H +和 SO4 2－ ，DfH (H +，aq )=0。 （4） 2NO(g) + O2(g) Æ 2NO2(g) DfH /(kJ∙mol 1) 90.25 0 33.18 DrH (298K) = –114.14 kJ∙mol －1 3. 已知下列热化学反应方程式： （1）C2H2（g）+ 2 5 O2(g) Æ2CO2 (g)+H2O(l) DrH (1 ) = －1300 kJ∙mol1 （2）C(s)+O2(g) ÆCO2(g) DrH (2) = －394 kJ∙mol1 （3）H2(g)+ 2 1 O2(g) Æ H2O(l) DrH (3) = －286 kJ∙mol 1 计算DfH （C2H2，g） 。 解法一：分析已知热化学方程式，反应计算式（2），（3）分别是 CO2（g）和 H2O（l）的生成反 应。 因此，DfH （CO2，g）=DrH (2)，DfH （H2O，l）=DrH (3)。反应计算式（1） 是 C2H2（g）的燃烧反应，DcH （C2H2，g）=DrH (1)。 可以得出： DfH （C2H2，g）=2DfH (CO2，g)+ DfH (H2O，l) DCH (C2H2，g) =[2（－394）+(－286）+（－1300）] kJ∙mol －1 =226 kJ∙mol －1 ●根据上述计算的同样方法，利用附表二①中DfH （（C2H5）2O，g）和有关DfH ，你能求 得DfH （（C2H5）2O，g）吗？ 解法二：根据热化学方程式的组合，反应 [（3）+2（2）－（1）] 得： 2C（s）+H2（g）Æ C2H2（g） DrH =DfH （C2H2，g） DfH （C2H2，g）=DrH （3）+2DrH （2）–DrH （1） =226 kJ∙mol1 ●解这种类型题的关键是根据题意和已掌握的相关基本概念，确定解题思路和步骤
4.联氨(N2H4)和二甲基联氨(N2H2(CH3)2)均易于氧气反应,并可用作火箭燃料。它们的 燃烧反应分别为 N2H4(1)+O2→N2(g)+2H2O(g) N2H2(CH3)2(1)+4O2(g)→>2CO2(g)+4H2O(g)+N2(g) 通过计算比较每克联氨和二甲基联氨燃烧时,何者放出的热量多? (已知△Hn(NH2(CH3)2,1)=420 k]. mor!,其余所需数据由附表中自己查出) 解:由△H计算△H: △H(N2H4,1=2△(H2O,g)-△HB(N2H4,1) =[2x(241.82)-50.63] k].mol -534.27 k]-mor AH°(N2H,D=AHA(N2H4,D)-53427k/·mol =-1667kJg M(N,HA) 32.05g mol 同理,△H1(NlH4(CH3)2,1)=12×(-393.51)+4×(-24.82)-42.0] k] mol 1796.3k].molI △B(N4(CH3)2,D=-17963,m-=2989kg1 60.10g·mol △He(N2H4(CH3)2,1)〈AH(N2H4,1) 燃烧相同质量的联氨和二甲基联氨,后者放出的热量多。 5.已知丙烷的结构式CHCH2CH3。利用平均键焓估算丙烷的标准摩尔热焓He(C3Hs, g)(△BHn(O-O)=498 k]. mor,CO2中△H(O=O)=803 k].mor,其他键焓数据查 表(94)。 解:C3Hk(g)的燃烧反应为 C3H8(g)+502(g)>3CO2(g)+4H2O(D) 水的气化反应为:4H2O(1)→4H2O(g)△HR=176:05kJmr1 △HR(ClH,g)=∑vl-△BR [3×2△BH(O=O)+4×2△BH(HO) 5ABf(O-0)-2△BH(CC) 8B(C-H)]-△H 6×803+8×446-5×498-2×346-8×414] k].mol-17605 k. mol 2212kI-morl
4. 联氨（N2H4）和二甲基联氨（N2H2（CH3）2）均易于氧气反应，并可用作火箭燃料。它们的 燃烧反应分别为 N2H4（l）+O2 Æ N2（g）+2H2O（g） N2H2（CH3）2（l）+4O2（g）Æ 2CO2（g）+4H2O（g）+N2（g） 通过计算比较每克联氨和二甲基联氨燃烧时，何者放出的热量多？ （ 已知DfH （N2H2（CH3）2，l）=42.0 kJ∙mol 1，其余所需数据由附表中自己查出）。 解：由DfH 计算DrH ： DrH （N2H4，l）=2DfH （H2O，g）－DfH （N2H4，l） =[2×（241.82）－50.63] kJ∙mol －1 = 534.27 kJ∙mol1 DrH （N2H4，l）= 2 4 2 4 ( , ) ( ) cHm N H l M N H D = 1 1 32 .05 534.27 - - × - × g mol kJ mol = 16.67kJ∙g －1 同理，DrH （N2H4（CH3）2，l）=[2×（－393.51）+4×（－241.82）－42.0] kJ∙mol1 =1796.3 kJ∙mol －1 DrH （N2H4（CH3）2，l）= 1 1 60 .10 1796.3 - - × - × g mol kJ mol = 29.89 kJ∙g －1 DrH （N2H4（CH3）2，l）〈DrH （N2H4，l）， 燃烧相同质量的联氨和二甲基联氨，后者放出的热量多。 5. 已知丙烷的结构式 CH3—CH2—CH3。 利用平均键焓估算丙烷的标准摩尔热焓DcH （C3H8， g）（DBH （O O）=498 kJ∙mol1，CO2 中DBH （O═O）=803 kJ∙mol1，其他键焓数据查 表(9—4)。 解：C3H8（g）的燃烧反应为 C3H8（g）+5O2（g）Æ3CO2（g）+4H2O（l） 水的气化反应为： 4H2O（l）Æ4H2O（g） DrH =176.05 kJ∙mol －1 DcH （C3H8，g）=－ B Hm  n －DrH =－[3×2DBH （O═O）+4×2DBH （H—O） 5DBH （O × × × × × × O）－2DBH （C—C）－ 8DBH （C—H）]－DrH = －6×803+8×446－5×498－2×346－8×414] kJ∙mol －1－176.05 kJ∙mol1 = －2212 kJ∙mol1
注:由△计算AH(C3Hg,g)=-2220 k]. moF,与上述数据有0.36%的偏差 已知下列热化学方程式 (1)H,C=CH2(g),4H(g)+C=C(g) AH(11656kJ-mor (2)C(石墨,s)→C(g) △HP(2)=7167 k]. mol (3)H2(g)→2H(g) △H(3)=436.0 k].mol (4)2C(石墨,s)+2H2(g)→>H2C=CH2(g)△H(4)=523kmor 计算△Bf(C=C)。 解:由键焓的概念可知 C=C(g)→>2C(g) △B=△Bf(C=C) 将题中所列方程式加以组合,反应式2(2)+2(3)-(1)-(4)]得上式,则 △B(C=C)=2[△B(2)+△B(3)-△HP(1)-△H(4) [2×(7167+4360)-1656-523] k]. mol =597. k]-morl 由表94中查得,AB(C=C)=602 Kk.mol 1填空题(自测试题): (2)反应进度ξ的单位是();反应计算式中反应物B的计量数v()0。 (5)已知298K时,下列热化学方程式: ①2NH(g)N2(g)+3H2(g) △f=922 kJ.mor ②H2(g)+O2(g)→)H2O(g) △HP=-241.8 k]. mor ③4NH3(g)+5O2(g)→4NO(g)+6H2O(g) △HP=-9056 k]. mol 试确定△(NH,g,298K)=() k].mol2;△(NO,g,298K)=() k].mol 由NH3(g)生产1.00kgNO(g)则放出热量为()KJ
注：由DfH 计算DcH （C3H8，g）= －2220 kJ∙mol1，与上述数据有 0.36%的偏差。 6. 已知下列热化学方程式： （1） H2C═CH2（g）Æ 4H（g）+C═C（g） DrH (1)=1656kJ∙mol1 （2） C（石墨，s）Æ C（g） DrH (2)=716.7kJ∙mol1 （3） H2（g）Æ2H（g） DrH (3)=436.0 kJ∙mol1 （4） 2 C（石墨，s）+2 H2（g）Æ H2C═CH2（g） DrH (4)=52.3 kJ∙mol 1 计算DBH （C═C）。 解：由键焓的概念可知： C═C（g）Æ2C（g） DrH =DBH （C═C） 将题中所列方程式加以组合，反应式[2（2）+2（3）－（1）－（4）]得上式，则 DBH （C═C）=2[DrH (2)+ DrH (3)]－ DrH (1)－DrH (4) =[2×（716.7+436.0）－165652.3] kJ∙mol1 =597.0 kJ∙mol1 由表 9—4 中查得，DBH （C═C）=602 kJ∙mol1。 1.填空题（自测试题）： （2）反应进度 ξ 的单位是（ ）；反应计算式中反应物 B 的计量数nB（ ）0。 （5）已知 298K 时，下列热化学方程式： ①2NH3（g）ÆN2（g）+3H2（g） DrH =92.2 kJ∙mol1 ②H 2（g）+ 2 1 O2（g）ÆH2O（g） DrH =－241.8 kJ∙mol1 ③4NH 3（g）+5O2（g）Æ4NO（g）+6H2O（g） DrH =－905.6 kJ∙mol1 试确定DfH （NH3，g，298K）=（ ）kJ∙mol1 ；DrH （NO，g，298K）=（ ）kJ∙mol1。 由 NH3（g）生产 1.00kgNO（g）则放出热量为（ ）KJ