山东大学工程化学答案 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/3/28 19:50:55星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第一章 化学反应原理

1.今有一密闭系统,当过程的始终态确定以后,下列各项是否有确定值?

Q , W , Q-W , Q+W , ΔH , ΔG

答: Q+W , ΔH , ΔG 有确定值,Q , W , Q-W 无确定值。 2.下列各符号分别表示什么意义?

θθθθH,ΔH,ΔH,ΔfH298(B),S298(B), ΔfG298(B)

θ 答:H:焓;ΔH:焓变;ΔH:标准焓变;ΔfH298(B):298K时B物质的标准生θθ成焓;S298(B):298K时B物质的标准熵; ΔfG298(B):298K时B物质的标准生成吉

θ

布斯函数。

3.下列反应的Qp和QV有区别吗? (1)2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) (2)NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g) (3)C(s)+O2(g)=CO2(g)

(4)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) 答:(1)、(2)有区别。

4.已知下列热化学方程式:

θ (1)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g);ΔH298=-27.6kJ/mol;

θ (2)3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g);ΔH298=-58.6kJ/mol; θ (3)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g);ΔH298=38.1kJ/mol; θ 不用查表,计算下列反应的ΔH298:

(4)FeO(s)+CO=Fe(s)+CO2(g)

解:[(1)×3—(2)—(3)×2]/6=(4)

θ ΔH298(4)=[(-27.6)×3—(-58.6)—38.1×2]/6=—16.72(kJ/mol)

θ5.查表计算下列反应的ΔH298:

(1)Fe3O4(s)+4H2(g)=3Fe(s)+4H2O(g) (2)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l) (3)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) (4)S(s)+O2(g)=SO2(g) 解:

(1) Fe3O4(s) + 4H2(g) = 3Fe(s) + 4H2O(g)

θ ΔfH298 —1118.4 0 0 —241.82

θ ΔH298=4×(—241.82)+1118.4=151.12(kJ/mol)

(2) 4NH3(g) + 5O2(g) = 4NO(g) + 6H2O(l)

θ ΔfH298 —46.11 0 90.25 —285.83

θ ΔH298=6×(—285.83)+4×90.25+4×46.11=—1169.54(kJ/mol)

(3) CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)

θ ΔfH298 —110.52 —241.82 —393.5 0

1

θ ΔH298=(—393.5)+110.52+241.82=—41.16(kJ/mol)

(4) S(s) + O2(g) = SO2(g)

θ ΔfH298 0 0 —296.83

θ ΔH298=—296.83(kJ/mol) θ6.查表计算下列反应的ΔH298:

(1)Fe(s)+Cu2+(aq)=Fe2+(aq)+Cu(s) (2)AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(aq) (3)2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq) (4)CaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH-(aq) 解:

(1) Fe(s) + Cu2+(aq) = Fe2+(aq) + Cu(s)

θ ΔfH298 0 64.77 —89.1 0

θ ΔH298=—89.1—64.77=153.9(kJ/mol)

(2) AgCl(s) + I-(aq) = AgI(s) + Cl-(aq)

θ ΔfH298 —127.07 —55.19 —61.84 —167.16

θ ΔH298=—167.16—61.84+127.07+55.19=—46.74(kJ/mol)

(3) 2Fe3+(aq) + Cu(s) = 2Fe2+(aq) + Cu2+(aq)

θ ΔfH298 —48.5 0 —89.1 64.77

θ ΔH298=2×(—89.1)+64.77+2×48.5=—16.43(kJ/mol)

(4) CaO(s) + H2O(l) = Ca2+(aq) + 2OH-(aq)

θ ΔfH298 —635.09 —285.83 —542.83 —230

θ ΔH298=—2×230—542.83+635.09+285.83=—81.91(kJ/mol) θθ7.查表计算下列反应的ΔS298和ΔG298:

(1)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) (2)3Fe(s)+4H2O(l)=Fe3O4(s)+4H2(g) (3)Zn(s)+2H+(aq)=Zn2+(aq)+H2(g) (4)2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq) 解:

(1) 2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)

θ S298 197.56 205.03 213.64

θ ΔfG298 —137.15 0 —394.36

θ ΔS298=2×213.64—2×197.56—205.03=—172.87(J·K-1·mol-1) θ ΔG298=2×(—394.36)+2×137.15=—514.41(kJ/mol)

(2) 3Fe(s) + 4H2O(l) = Fe3O4(s) + 4H2(g)

θ S298 27.28 69.91 146.4 130.57

θ ΔfG298 0 —237.18 —1015.5 0 θ ΔS298=4×130.57+146.4—3×27.28—4×69.91=307.2(J·K-1·mol-1) θ ΔG298=(—1015.5)+4×237.18=—66.38(kJ/mol)

2

(3) Zn(s) + 2H+(aq) = Zn2+(aq) + H2(g)

θ S298 41.63 0 —112.1 130.57

θ ΔfG298 0 0 —147.03 0 θ ΔS298=130.57—112.1—41.63=—23.16(J·K-1·mol-1) θ ΔG298=—147.03(kJ/mol)

(4) 2Fe3+(aq) + Cu(s) = 2Fe2+(aq) + Cu2+(aq)

θ S298 —315.9 33.15 —137.7 64.77

θ ΔfG298 —4.6 0 —78.87 65.52 θ ΔS298=64.77—2×137.7—33.15+2×315.9=388.02(J·K-1·mol-1) θ ΔG298=65.52—2×78.87+2×4.6=—83.02(kJ/mol) θ8.已知反应 4CuO(s)=2Cu2O(s)+O2(g) 的ΔH298=292.0kJ/mol, θ ΔS298=220.8J·K-1·mol-1,设它们皆不随温度变化。问:

(1)298K、标准状态下,上述反应是否正向自发?

(2)若使上述反应正向自发,温度至少应为多少?

—θ 解:(1)ΔG298=292.0—298×220.8×103=226.2(kJ/mol)>0, 不自发

θ (2)须ΔGT=292.0—T×220.8×103<0

T>1322.5(K)

9.对于合成氨反应:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g),查表计算: (1)298K、标准状态下,反应是否自发?

(2)标准状态下,反应能够自发进行的最高温度是多少?设反应的ΔH和ΔS不随

温度变化。

(3)若p(N2)=10p,p(H2)=30p,p(NH3)=1p,反应能够自发进行的温度又是多少?设

反应的ΔH和ΔS仍不随温度变化。

解: N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)

θ S298 191.5 130.57 192.5 ΔfHθ298 0 0 —46.11

θ ΔS298=2×192.5—3×130.57—191.5=—198.21(J·K-1·mol-1)

θ

θ

θ

ΔHθ298=—2×46.11=—92.22(kJ/mol)

θ (1)ΔG298=—92220+298×198.21=—33.15(kJ/mol)<0,自发

θ (2)须ΔGT=—92220+T×198.21<0

T<464(K)

12 (3)须ΔGT=—92220+T×198.21+8.314Tln<0

10?303T<979(K)

θ10.已知 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) 的ΔH298=178.4 kJ/mol, ΔS

近似温度。

θ298 =160.5

J·K-1·mol-1。试计算CaCO3(s)在空气中(CO2体积分数为0.033%)开始分解的

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