基礎(chǔ)化學(xué)其次版習(xí)題答案chap6

本文格式為Word版，下載可任意編輯——基礎(chǔ)化學(xué)其次版習(xí)題答案chap6第六章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題答案

1．試述熱力學(xué)第一定律并寫(xiě)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。

解：熱力學(xué)第一定律就是能量守恒定律，即能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)物體傳遞給另

一個(gè)物體，但在轉(zhuǎn)化和傳遞過(guò)程中，能量的總值不變。熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式為：△U＝Q－W。2．試述Hess定律。它有什么用途？

解：Hess定律：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)不管是一步或分幾步完成，這個(gè)反應(yīng)的熱效應(yīng)總是一致的。

用途：根據(jù)Hess定律，可以用少量已知的熱效應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算出大量化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。特別是某些不易

確鑿地直接測(cè)定或根本不能直接測(cè)定的反應(yīng)的熱效應(yīng)。

3．在常壓下，0℃以下的水會(huì)自發(fā)地結(jié)成冰，顯然這是一個(gè)熵降低的過(guò)程，為什么該過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行？答：這個(gè)體系并非孤立體系，在體系和環(huán)境間發(fā)生了熱交換。從水變成冰的過(guò)程中體系放熱給環(huán)境。環(huán)境

吸熱后熵值增大了，而且環(huán)境熵值的增加超過(guò)了體系熵值的減小。因而體系的熵變加上環(huán)境的熵變?nèi)允谴笥诹愕?，所以該過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行。

4．在298K、100kPa下，一定量的水加熱到373K化為蒸汽，蒸汽冷凝為298K的水再冷卻到273K結(jié)冰。冰冷卻至263K后，加熱溶化，再加熱到298K并保持在100kPa下。假定整個(gè)過(guò)程是在封閉體系中進(jìn)行的，總過(guò)程焓的變化為△H,問(wèn)以下哪一個(gè)答案是正確的？為什么？A.△H決定于試樣的多少；B.△H＝0；

C.△H依靠于加熱的能源；

D.△H取決于每一分步保持的時(shí)間多少。

解：B?！鱄是狀態(tài)函數(shù)，只決定于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無(wú)關(guān)。5．在298.15K、100kPa下，H2(g)＋

一個(gè)答案是正確的。A.△U＝–285.9kJ·mol-1

B.△cH?m=△fH?m=–285.9kJ·mol-1

C.△cH?m(H2,g)＝QV＝–285.9kJ·mol-1D.△cH?m(H2,l)＝–285.9kJ·mol-1解：B。

θ6．人體肌肉活動(dòng)中的一個(gè)重要反應(yīng)是乳酸氧化成丙酮酸，計(jì)算25oC條件下該反應(yīng)的ΔrHm。已知：乳酸

1O2(g)＝H2O(1)的反應(yīng)放出285.9kJ·mol-1的熱量。試判斷以下哪21

和丙酮酸的燃燒熱分別為–1364kJ·mol-1和–1168kJ·mol-1。解：?rHm?θ??Hcθθm,反應(yīng)物θ???cHm,產(chǎn)物θ=?cHm,乳酸??cHm,丙酮酸

=?1364kJ?mol?1?(?1168kJ?mol?1)??196kJ?mol?1

7．已知乙醇的標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓為–1366.8kJ·mol-1，CO2(g)和H2O(l)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓分別為–393.51

kJ·mol-1和–285.84kJ·mol-1，求乙醇的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。解：CH3CH2OH（l）+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△cH?m（298.15K）＝△rH?m（298.15K）

△rH?m（298.15K）＝2ΔfH?m(CO2,g)＋3ΔfH?m(H2O,l)－ΔfH?m(CH3CH2OH,l)－3ΔfH?m(O2,g)]＝－2×393.5kJ·mol-1－3×285.8kJ·mol-1＋1366.8kJ·mol-1－12×0kJ·mol-1

＝－277.6kJ·mol-1

8.已知以下反應(yīng)：

2Fe(s)＋

3O2(g)＝Fe2O3(s)24Fe2O3(s)＋Fe(s)＝3Fe3O4(s)

在298.15K、100kPa下，△rG?m分別為–741kJ·mol-1與–79kJ·mol-1。計(jì)算Fe3O4的△fG?m。解：2Fe(s)＋

3O2(g)＝Fe2O3(s)（1）24Fe2O3(s)＋Fe(s)＝3Fe3O4(s)（2）

（1）×+（2）×得：

3Fe(s)＋2O2(g)＝Fe3O4(s)

△rG?m=（–741kJ·mol-1）×+（–79kJ·mol-1）×=–1014kJ·mol-1△fG?m=△rG?m==–1014kJ·mol-1

9.糖代謝的總反應(yīng)為：

C12H22O11（s）+12O2(g)=12CO2(g)+11H2O(l)

（1）從附表的熱力學(xué)數(shù)據(jù)求298.15K，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的△rG?m、△rH?m和△rS?m。

（2）假使在體內(nèi)只有30%的自由能變轉(zhuǎn)化為非體積功，求在37℃下，1molC12H22O11（s）

進(jìn)行代謝時(shí)可以得到多少非體積功。

解：（1）△rG?m（298.15K）＝12ΔfG?m(CO2,g)＋11ΔfG?m(H2O,l)－ΔfG?m(C12H22O11,s)－12ΔfG?m(O2,g)]

2

43134313＝－12×394.4kJ·mol-1－11×237.1kJ·mol-1＋1544.6kJ·mol-1－12×0kJ·mol-1

＝－5796.3kJ·mol-1

△rH?m（298.15K）＝12ΔfH?m(CO2,g)＋11ΔfH?m(H2O,l)－ΔfH?m(C12H22O11,s)－12ΔfH?m(O2,g)]＝－12×393.5kJ·mol-1－11×285.8kJ·mol-1＋2226.1kJ·mol-1－12×0

＝－5639.7kJ·mol-1

△rS?m（298.15K）＝12ΔfS?m(CO2,g)＋11ΔfS?m(H2O,l)－ΔfS?m(C12H22O11,s)－12ΔfS?m(O2,g)]＝12×213.8J·mol-1＋11×70.0J·mol-1－360.2J·mol-1－12×205.2J·mol-1

＝513.0J·mol-1·K-1

（2）△rG?m（310.15K）＝△rH?m（310.15K）－T△rS?m（310.15K）＝－5639.7kJ·mol-1－310.15×0.5130kJ·mol-1＝－5798.8kJ·mol-1

1molC12H22O11（s）在體溫進(jìn)行代謝時(shí)可以得到的非體積功為：W‘＝1mol×5796.3kJ·mol-1×30%＝1738.9kJ

10．關(guān)于生命的起源問(wèn)題，有人主張最初植物或動(dòng)物繁雜分子是由簡(jiǎn)單分子自發(fā)形成的。對(duì)此進(jìn)行過(guò)較多

研究，例如尿素的形成，其反應(yīng)和有關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下：

CO2(g)+2NH3(g)→(NH2)2CO(s)+H2O(l)

θSm/(J·K-1·mol-1)213.8192.8104.670.0θΔfHm/(kJ·mol-1)–393.5–45.9–333.2–285.8θθθ（1）計(jì)算25oC時(shí)反應(yīng)的ΔrHm、ΔrSm、ΔrGm。

（2）若在25oC，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，最高溫度達(dá)多少時(shí)，反應(yīng)就不再進(jìn)行了。

θ解：（1）ΔrSm,298.15K=

?Sθm,產(chǎn)物θ??Sm,反應(yīng)物

θθθθ=Sm,＋Sm－2Sm,－Sm,(NH2)2CO,s,H2O,lNH3,g.+CO2,g

=104.6J?K?mol＋70.0J?K?mol－2×192.8J?K?mol－213.8J?K?mol

?1-1?1-1?1-1?1-1=–424.8J?K?mol

θ同理ΔrHm=

?1-1??Hfθm,產(chǎn)物θ???fHm,反應(yīng)物

－

－

－

=–285.8kJ·mol1－333.2kJ·mol1－（–393.5－2×45.9）kJ·mol1

3

=–133.7kJ·mol1

－

θθθ?rGm??rHm?T?rSm

??133.7kJ?mol-1?298.15K?(?424.8J?K?1?mol-1)?10?3??7.04kJ?mol-1

（2）若要該反應(yīng)不再進(jìn)行，必需?rGm?0，由于溫度對(duì)?rHm和?rSm的影響可以忽略，所以

θθθ?rGm??rHm?T?rSm?0,即

θθθT??rHθmT,?rSθm,T?θ?Hrm,298.15K?Sθr?314.7Km,298.15K因此，若要該反應(yīng)不再進(jìn)行，必需溫度至少達(dá)到314.7K。

11．在某細(xì)胞內(nèi)ADP和H3PO4濃度分別為3.0mmol·L-1和1.0mmol·L-1。ATP的水解反應(yīng)為：

2??ATP??????ADP?H3PO4

HOθ在310.15時(shí)，?rGm=–31.05kJ·mol-1，試求ATP在細(xì)胞內(nèi)的平衡濃度；假使實(shí)際上ATP的濃度是

10mmol·L-1，求反應(yīng)的?rGm。

解：ADP與H3PO4濃度即可以看成是平衡濃度，也可以看成任意時(shí)刻濃度。

Kθ?eKθ???rGθmRT?(?31.05?103J?mol?1)?e8.314J?K?1?mol?1?310.15K?1.7?106

[ADP][H3PO4][ATP]31(/1)?(/1)?1000[ADP][H3PO4]?9-110001000[ATP]???1.8?10mmo?lLθ6K1.7?10θ?rGm??rGm?RTln(cH3PO4/cθ)(cADP/cθ)(cATP/c)θ

13(/1)(/1)?1?31000??31.05kJ?mol?8.314?10?310.15?ln100010(/1)1000=–34.15kJ?mol-1

12．已知反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)＝CO2(g)＋H2(g)的△rH?m=–41.2kJ·mol-1，500K時(shí)K=126，求800K時(shí)的標(biāo)

準(zhǔn)平衡常數(shù)。

4

K2?H?(T2?T1)解：lg?K12.303RT1T2lgKpK2p1?H?(T2?T1)?2.303RT1T2?41.2?103J?mol-1?(800K?500K)??lg126?0.48662.303?8.314J?mol-1?K-1?500K?800KlgKp2Kp2?3.07

13．已知反應(yīng)C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)的△rG?m=91.32kJ·mol-1，試求298K、100kPa時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常

數(shù)。

??G?91.32?103J?mol-1解：lgK?????16.0046

2.303RT2.303?8.314J?mol-1?K-1?298KK?9.89?10?17

14．計(jì)算以下反應(yīng)在298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的ΔrGm，判斷自發(fā)進(jìn)行的方向，求出標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ。

（1）H2(g)?θ1O2(g)?H2O(g)22C2H5OH(l)+2CO2(g)（可用于發(fā)酵法制乙醇）

（2）C6H12O6(s)

θ解：（1）?rGm=–228.6kJ?mol-1－0－

1×0=–228.6kJ?mol-1＜02正向反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行。

??rGθmRT?(?228.6?103J?mol?1)?1?1=e8.314J?K?mol?298.15K=1.1×1040

Kθ=e?（2）ΔrGm?2ΔfGm?C2H5OH(l)??2ΔfGm?CO2(g)??ΔfGm?C6H12O6(s)?

???=–2×174.8kJ·mol-1–2×394.4kJ·mol-1+910.6kJ·mol-1=–227.8kJ·mol-1由公式

θ?rGm??RTlnKθ??2.303RTlgKθ

???rGm227.8kJ?mol?1lgK?=

2.303RT2.303?8.314?10?3kJ?mol?1?K?1?298K?得出Kθ=8.4×1039

5

?15．用有關(guān)熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算Ag2CO3在298.15K和373.15K時(shí)的溶度積常數(shù)（假設(shè)ΔrH?m、ΔrSm不隨溫

度變化）。

解：Ag2CO3(s)

2?2Ag+(aq)+CO3(aq)

ΔrG?mol-1)–437.277.1–527.8m/(kJ·

ΔrH?mol-1)–505.8105.6–667.0m/(kJ·

S?K-1·mol-1)167.472.7–56.8m/(J·

298.15K時(shí)：

θ?rGm=

θθ?G?G(產(chǎn)物)-?fm?fm(反應(yīng)物)

-1-1-1

=[2×77.1kJ·mol+(–527.8)kJ·mol]－(–437.2kJ·mol)

=63.6kJ·mol-1

ΔrG?m=–2.303RTlgKsp(Ag2CO3,298.15K)

θ?ΔrGm(Ag2CO3,298.15K)lgKsp(Ag2CO3,298.15K)=

2.303RT?63.6?103J?mol