工科大学化学习题与解答 下载本文

试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时,才可以得到Hg(g)?

Θ-已知HgS(s),HgO(s)的?fHm分别是 -58.2 kJ·mol1,

ΘΘ---90.83 kJ·mol1;?fGm分别是-50.6,-58.56(kJ·mol1);Sm分----别是82.4 J·mol1·K1和70.29 J·mol1·K1。 解: 查表得 2HgS(s) + 3O2 = 2HgO + 2SO2

??fHm/(kJ·mol-1)

-58.2 0 - 90.83

205.03 70.29

-297.04

?Sm/(J·mol-1·K-1)82.4

248.11

??rHm?2?(?297.04)?2?(?90.83)?2?(?58.2)?0??659.34kJ?mol-1??rSm?2?248.11?2?70.29?3?205.03?2?82.4??143.09J?mol?1K?1?rHm<0; ?rSm<

??

0 , 低温自发,高温非自发。

结论(1):当升温至T > 4607.7K 时, 反应由自发转变为非自发。

2HgO = 2Hg + O2

??fHm ?Sm

??rHm659.34T转???4607.9K??3?rSm143.09?10

kJ·mol-1 90.83 0 0

??rHmJ·mol-1·K-1 70.29 76.02 205.03 ?0?0?2???90.83??181.66kJ?mol-1

???rHm>0; ?rSm>

??rSm?2?76.02?205.03?2?70.29?216.49J?mol?1K?1

0 , 低温非自发,高温自发。

??rHm181.66T转???839.11K??rSm216.49?10?3;

结论(2)当升温至T > 839.11K 时, 反应由非自发转变为自

发进行。

所以,当839.11K < T < 4607.9K时。才可得到Hg(g)。 8.汽车尾气中含有CO,能否用热分解的途径消除它? 已知热分解反应为CO(g)= C(s)+

ΘΘ---的?rHm= 110.5 kJ·mol1,?rSm= - 89J·mol1·K1 。

12O2(g),该反应

解: ∵△rGm=△rHm- T△rSm, 此反应△rHm>0, △rSm<0 ∴△rGm永远大于零,说明此反应在任何温度下反应都不能自发进行,又因 >> 0,K?很小(9.5×10-25),平衡产率很低,故不能用热解法除CO。

9.在298K,100kPa条件下,金刚石和石墨的标准熵分别为

----2.45 J·mol1·K1和5.71 J·mol1·K1,它们的燃烧反应热分别

--为-395.40 kJ·mol1和-393.51 kJ·mol1,试求:

Θ (1)在298K,100kPa条件下,石墨变成金刚石的?rGm。 (2)说明在上述条件下,石墨和金刚石那种晶型较为稳定?

解: 已知: S

?m(石)

????????rGm(298K)?173.0kJ?mol?1

=5.71J·mol·K, S

??1-1

?m(金)=2.45 J·mol-1·K-1

C(石)+O2(g)=CO2(g) △rHm(1) = - 39351 kJ·mol-1 C(金)+O2(g)=CO2(g) △rHm(2)= - 395.40 kJ·mol-1

方程(1) —方程 (2) 得方程(3)C(石)→C(金) 根据Hess定律

该反 △rH m(3)= △rHm(1) - △rHm(2) = -393.51 - (-395.40) = 1.89 kJ·mol-1

?△rSm=2.45 - 5.71= - 3.26 J·mol-1·K-1 kJ·mol-1

?∵△rGm> 0 ∴298K, 100kPa下, 石墨较稳定 10.计算合成氨反应 N2(g)+ 3H2(g)= 2NH3(g) 在673K时的标准平衡常数,并指出在673K,下列三种情况下反应向何方向进行? (1)p(NH3)= 304kPa,p(N2)= 171kPa,p(H2)= 2022kPa; (2)p(NH3)= 600kPa,p(N2)= 625kPa,p(H2)= 1875kPa; (3)p(NH3)= 100kPa,p(N2)= 725kPa,p(H2)= 2175kPa;

解:首先用热力学数据 求出K?。

查表得 N2(g) + 3H2(g) = 2 NH3(g)

???△rGm=△rHm-T△rSm= 1.89 - 298 × ( - 3.26) ×10-3 = 2.86

???△rHm/( kJ?mol-1) 0 0 -46.11

S/(J·mol-1·K-1)191.50 130.57 192.34

?m?△rH= 2×(- 46.11)= - 92.22 kJ·mol-1

?△rSm= 2×192.34 - 3×130.57 - 191.50 = - 198.53 J·mol-1·K-1

?m198.53)×10-3

△rG

?m(673K)= △rH

?m- T△rS

?m= - 92.22× - 673(-

= 41.39kJ·mol-1·K-1

?41.39=8.314?10?3?673=

???rGmlnK?=RT - 7.397 ;

K= 6.13×10 – 4, 再求出各条件下的JP,与K?进行比较。

(304p?)2?(1) J1=?171p??2022p???3=6.5×10

- 4

J1> K∴反应逆向

?进行

在计算压力商(J)时,各项一定要用相对压力,而且注意分子和分母的单位要一致,在此单位用的是kPa,得出的结果J 与K进行比较后,做出判断。

(600p?)2?(2) J2=?625p??1875p???3=8.7×10 J2> K∴逆向进行 =1.3×10 J3< K∴正向进行

-5

?- 4

?(100p?)2(3) J3=?725p??2175p???3

11.试通过计算说明1000K时能否用碳将Fe2O3、Cr2O3和CuO中的金属还原出来?

解: (1) 2Fe2O3 +3C = 4Fe + 3CO2

?△fHm/(kJ? mol-1) 824.25 0 0 393.51

Sm/(J? mol-1·K-1) 87.40 5.74 27.28 213.64

?J mol-1·K-1

???mm△rG=△rH- T△rSm= - 467.97 - 1000×558.02×10-3= -

1025.99 kJ·mol-1

?∵△rGm<0, ∴1000K可用C还原出Fe。

(2) 2Cr2O3 + 3C = 4Cr +

3CO2

?△fHm(/kJ? mol-1) 1139.72 0 0 393.51

Sm/(J·mol-1·K-1) 81.17 5.74 23.77 213.64

?△rH= 3 × (393.51) – 2 × (824.25) = - 467.97 kJ·mol-1

?△rSm= 3 × 213.64 + 4 × 27.28 – 3 × 5.74 – 2 × 87.40 = 558.02

?mJ·mol-1·K-1

???△rGm= △rHm-T△rSm=-1098.91-1000×556.44×10-3 =

-1655.35 J·mol-1

△rHm= 3× (393.51) - 2×(1139.72) = -1098.91 kJ·mol-1

?△rSm= 3×213.64 + 4×23.77 - 3×5.74 - 81.17×2 = 556.44

?△rGm< 0,∴可用C还原出Cr。

(3) 2CuO + C = 2Cu

+ CO2

?△rHm/(kJ? mol-1) 157.32 0 0 393.51

?Sm/(J·mol-1·K-1) 48.63 5.74 33.15 213.64

?△rHm= 3 × (393.51) – 2 × (157.32) = 865.89 J·mol-1 J·mol-1·K-1

?△rGm= 865.89 – 1000 × 176.94 × 10-3 = 689.95 (kJ· mol-1)

?△rS= 213.64 + 2 × 33.15 - 5.74 – 2 × 48.63 = 176.94

?m△rG> 0, ∴不能用C还原出Cu

12.已知SiF4(g)、SiCl4(g)的标准生成吉布斯函数(?fGm)

-分别为-1506和-569.8(kJ·mol1),试用计算说明为什么HF(g)可以腐蚀SiO2,而HCl(g)则不能?

解: 4HF(g) + SiO2(g) = SiF4(g) + 2H2O(1)

?△fGm/(kJ? mol-1) 273.22 856.67 -1506 237.18

?ΔrGm= 2 × (237.18)+ (-1506)– (856.67) – 4× (273.22 ) = –2981.19 kJ·mol-1 ΔrG<< 0, ∴反应可正向进行,HF可被用来腐蚀SiO2。

4HCl(g) + SiO2 (g) = SiCl4(g) +

2H2O(l)

?△fGm/(kJ? mol-1) –95.30 –856.67 –569.8 –237.18

?△rGm=2×(–237.18) + (–569.8) -(–856.67) - 4×(–95.30) = 193.71 kJ· mol-1

?m?mΘ