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高中化学奥林匹克竞赛专题练习:专题三 化学热力学基础


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专题三 化学热力学基础 学号 姓名 得分

1、25℃,KNO3 在水中的溶解度是 6mol·dm-3,若将 1 mol 固体 KNO3 置于水中,则 KNO3 变成盐溶 液过程的Δ G 的符号为_____________,Δ S 的符号为_____________。 2、已知下列反应 : H2(g)= 2H(g) △H = +Q1 ;1/2O2(g)= O(g) △H = +Q2

2H(g)+ O(g)= H2O(g) △H = -Q3 ;H2O(g)= H2O(l) △H = -Q4 H2(g)+ 1/2O2(g)= H2O(l) △H = -Q5 试指出 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5 的关系 。

?? 2 H (g) 的内能变化Δ U 与键能Δ HH-H 相等,已知Δ HH-H 为 433.2 kJ·mol-1 , 3、假设反应 H2 (g) ?
则键焓Δ H 是 kJ·mol-1 。

0 0 -1 -1 -1 4、298 K 时,生成气态水的Δ f G 0 m = -228.6 kJ·mol ,Δ rS m = -44.4 J·mol ·K , 则其Δ f H m 为

_________________________。 5、27℃时,将 100g Zn 溶于过量稀硫酸中,反应若分别在开口烧杯和密封容器中进行,哪种情况放热 较多?多出多少? 6、已知下列反应的焓变为: H2 (g) + 1 I2 (s) = HI (g)
2
1 H (g) = H (g) 2 2
0 -1 Δ r H m = 25.9 kJ·mol 0 -1 Δ r H m = 218 kJ·mol 0 -1 Δ r H m = 75.7 kJ·mol 0 -1 Δ r H m = 62.3 kJ·mol

1 I (g) = I (g) 2 2

I2 (s) = I2 (g)

0 计算反应 H (g) + I (g) = HI (g) 的焓变Δ r H m 。

7、100 g 铁粉在 25℃溶于盐酸生成氯化亚铁(FeCl2) , (1) 这个反应在烧杯中发生; (2) 这个反应在密闭贮瓶中发生;两种情况相比, 哪个放热较多? 简述理由。 8、已知: BaO(s)+ H2O(l)= Ba(OH)2(s) Ba(OH)2(s) + aq = Ba2 (aq)+ 2OH (aq)
+ -

△H = -103 kJ· mol-1 △H = -52 kJ· mol-1


Ba(OH)2·8H2O(s)+ aq = Ba2 (aq)+ 2OH (aq)+ 8H2O


△H = + 64 kJ· mol-1

请回答下列问题,若能,给出答案;若不能,简述原因。
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(1)能求得 BaO(s)的溶解热吗? (2)能求得 Ba(OH)2(s)转变成 Ba(OH)2·8H2O(s)能量变化吗? (3)能求得“O2 ” (s)+ H2O(l)= 2OH (s)的能量变化吗?
- -

(4)能求得“O2 ” (s)+ aq = 2OH (s)的能量变化吗?
- -

9、如果将 10 g 金属锂置于 100 g 0℃的冰块上,试确定:100℃时,由溶液中沉淀的氢氧化锂的一水 合物的质量。 反应按下式进行:2 Li(s)+ 2 H2O(l) = 2 LiOH(s)+ H2(g);△H = -398.2 kJ· mol-1 由于跟周围的介质交换,溶解时热效应为 0,冰的熔化热为 330 kJ· kg-1,水的比热为 4.200 kJ· kg-1· K-1, 水的汽化热为 2 300 kJ· kg-1, LiOH 的比热为 49.58 J· mol-1· K-1, 100℃时, 一水合氢氧化锂的溶解度为 19.1 g。 10、反应

3 1 H2(g) + N2(g) = NH3(g) 在 298K、101 kPa 下能否自发进行? 2 2

(已知:△f G 0 mol-1) m, 298 ( NH 3 ) = -16.5 kJ· 11、 通常中和热、 溶解热等测定是在一种恒压绝热的量热计 (又叫杜瓦瓶) 中进行。 已知: △f H 0 m , H 2O ( l ) = -286 kJ· mol-1,△f H m ,OH ? ( aq ) = -230 kJ· mol-1。欲测弱酸与强碱反应的中和热,进行下列实验: 第一步,量照计热容量的测定。先在杜瓦瓶中装入 350 mL 0.2 mol· L-1 HCl 溶液,在另一带活塞的小储 液管中装入 35mL 0.2 mol· L-1 NaOH 溶液,并将储液管放入杜瓦瓶酸液中,测定反应前温度为 23.20℃,然 后快速拔去活塞,使碱液与酸混合并搅拌,测得反应后最高温度为 28.33℃。 第二步,以 350 mL 0.2 mol· L-1 HAc 标准溶液代替盐酸,重复上述操作,测得反应前后温度分别为 23.33℃和 27.64℃。 (1)求 HAc 与 NaOH 的中和热(kJ· mol-1) ; (2)求 HAc 的电离热(kJ· mol-1) 。 12、 将金属镁粉在纯氮气中加热, 得到 Mg3N2 和剩余 Mg 的混合物。 经测定, 混合物中含氮为 18.73 %。 在 25℃、101.3 kPa 下: ①将 149.5 g 混合物加到过量的稀盐酸中,放热 2129.8 J,且放出的氢气被水蒸气饱和。 ②将 1.00 mol Mg 放入与①同量的稀盐酸中(也是过量) ,放热 467.2 kJ,放出的氢气也被水蒸气饱和; ③将 1.00 mol 气态氨溶于与①同量的稀盐酸中,放热 87.9 kJ。 已知:△f H 0 mol-1,25℃、101.3 kPa 时水的饱和蒸气压为 23.0 mmHg,水的摩尔蒸 m, NH 3 ( g ) = -46.1 kJ· 发热为 43.93 kJ· mol-1。相对原子质量:N:14.0,Mg:24.3。试回答下列问题: (1)写出有关相应的化学反应方程式; (2)求 △f H 0 m, Mg3 N 2 ( s ) (298 K)的值。
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0

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13、合成氨造气工段生产水煤气是将水蒸气通过炽热的炭,其反应为:

?? CO(g)+ H2(g) C(s)+ H2O(g) ?? ?
101.3 kPa

0 (1)设造气炉温度为 1100℃,求此温度下反应的△rU 0 m 、△rH m 。

(2)把制得的 50 kg 水煤气(CO︰H2 = 1︰1)送进 101.3 kPa、100℃的气柜储存,求此过程中 Q、 W、△U、△H。已知 298 K 时有关物质的热力学数据如下: C(s) △f H 0 mol-1) m (kJ· C p /(J· mol-1· K-1) 8.64 H2O(g) -241.8 33.58 CO(g) -110.5 29.14 28.84 H2(g)

14、试判断反应:2NaHCO3 (s)= Na2CO3 (s)+ CO2 (g)+ H2O (g) (1)298K 标态下反应的自发方向;(2)反应方向逆转的温度条件。 已知 298K 时下列热力学数据: NaHCO3 (s) mol △f G m /kJ· mol △f H m /kJ·
0 0
-1

Na2CO3 (s) -1048 -1130.8 135

CO2 (g) -394.36 -393.51 214

H2O (g) -228.59 -241.82 189

-852 -948 102

-1

S0 mol-1· K-1 m /J·

参考答案 1、ΔG < 0 为 - ; ΔS > 0 为 +
2

、 Q5 = -Q1-Q2+Q3+Q4

3、435.7 4、-241.8 kJ· mol-1 5、在开口烧杯进行时热效应为 Q p ,在密封容器中进行时热效应为 QV ,后者因不做膨胀功,故放热 多,多出的部分为Δ nRT=3814J 6、待求的反应 = 反应(1) -反应(2) - 反应(3) - 按 Hess 定律,有: Δ r H0 m =Δ r H m (1) -Δ r H m ( 2 ) -Δ r H m ( 3) -Δ r H m ( 4 )
0
0 0 0

1 反应(4) 2

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= 25.9 kJ· mol-1- 218 kJ· mol-1 - 75.7 kJ· mol-1 - 62.3 kJ· mol-1?

1 = -299 kJ· mol-1 2

7、Q p = QV +ΔnRT ,第(1)种情况放热量为 Q p ,第(2)种情况为 QV ,因为变化过程有气体产生,Δ n 为正值。所以情况(2)放热多于(1)。 8、 (1)-155 kJ· mol-1


(2)-116 kJ· mol-1 (3)不能;该热效应是拆散 BaO 晶格吸能、Ba2 水合
+ -

释能、O2 与水反应生成 OH 释能以及水合释能的代数和。 (4)不能 理同(3) 9、10g Li 与水反应放热:Q =284.42 kJ,消耗水:25.71 g,生成 LiOH:34.28g,即 1.43 mol,反应所 放出的热将用于:①熔冰:33 kJ;②水由 0℃升至 100℃:31.20 kJ;③LiOH 由 0℃升至 100℃:7.09 kJ; 因此:可蒸发水量:92.7 g。而所剩水量仅为:74.29 g<92.7g。故产物中无氢氧化锂的一水合物。 10、△r G m, 298 =
0

??

f

0 0 - ? ? f Gm = -16.5-0.0 = -16.5 kJ· mol-1 Gm , 298 (生) , 298 (反)

计算表明,该反应的△r G m, 298 <0,可以自发进行。 11、 (1)△H = -47.05 kJ· mol-1 (2)△H = 8.95 kJ· mol-1

0

12、 (1)Mg3N2+6HCl = 3MgCl2+2NH3 NH3+HCl = NH4Cl Mg+2HCl = MgCl2+H2↑ (2)-478.4 kJ· mol-1 13、 (1)△rU 0 mol-1 m = 148.24 kJ· (2)Q = △H = -9.665×104 kJ 14、 (1)△r G m, 298 =
0

△rH 0 mol-1 m = 136.82 kJ· W = 2.771×104 kJ △U = 6.894×104 kJ

??

f

0 0 - ? ? f Gm = -228.59-394.36-1048+2×852 = 32.95 Gm , 298 (生) , 298 (反)

kJ· mol-1 >0 即表明 298K 及标态下,该反应逆向自发 。 (2) △r H m, 298 = kJ· mol-1 △r S m, 298 =
0
0 0 mol ? Sm , 298 (生) - ? Sm, 298 (反) =189+214+135-2×102 = 334 J·
-1

0

? ? f H m,298 (生)
0



? ? f H m,298 (反) =
0

-241.82-393.51-1130.8+2×948 = 129.87

· K-1

△r G 0 334× 10 m (T) = △r H m, 298 - T×△r S m, 298 = 129.87- T×

0

0

-3

当△r G 0 m (T)<0,才能使上述反应方向发生逆转,变为正向自发过程,因此有 129.87- 0.334 T < 0 T >

129.87 = 389 K 0.334

即标态下 NaHCO3 (s)自发分解的最低温度为 389K。

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