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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


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· -3,若将 1 mol 固体 KNO3 置于水中,则 KNO3 dm 变成盐溶液过程的 ΔG 的符号为_____________,ΔS 的符号为_____________。 2、已知下列反应 : H2(g)= 2H(g) △H = +Q1 2H(g)+ O(g)=

H2O(g) ;1/2O2(g)= O(g) △H = +Q2

△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 。

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

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

Δr H 0 = 25.9 kJ· -1 mol m Δr H 0 = 218 kJ· -1 mol m Δr H 0 = 75.7 kJ· -1 mol m Δr H 0 = 62.3 kJ· -1 mol m

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 Δr 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) Ba(OH)2· 2O(s)+ aq = Ba2+(aq)+ 2OH-(aq)+ 8H2O 8H 请回答下列问题,若能,给出答案;若不能,简述原因。 (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· 2O(s)能量变化吗? 8H (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· -1 mol 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· -1,水的比热为 4.200 kg kJ· -1· -1,水的汽化热为 2 300 kJ· -1,LiOH 的比热为 49.58 J· -1· -1,100℃ kg K kg mol K 时,一水合氢 氧化锂的溶解度为 19.1 g。 10、反应 △H = -103 kJ· -1 mol △H = -52 kJ· -1 mol △H = + 64 kJ· -1 mol

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 , 298 ( NH 3 ) = -16.5 kJ· -1) mol m 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 , H 2O(l ) = -286 kJ· -1,△ f H m ,OH ? ( aq ) = -230 kJ· -1。欲测弱酸与强碱反应的中和热, mol mol m
0

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· -1 HCl 溶液,在另一 L

带活塞的小储液管中装入 35mL 0.2 mol· -1 NaOH 溶液,并将储液管放入杜瓦瓶酸液中,测定 L 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· -1 HAc 标准溶液代替盐酸,重复上述操作,测得反应前后温 L 度分别为 23.33℃ 27.64℃ 和 。 (1)求 HAc 与 NaOH 的中和热(kJ· -1) mol ; (2)求 HAc 的电离热(kJ· -1) mol 。 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: ① 149.5 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。 将 ② 1.00 mol Mg 放入与① 将 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 1.00 mol 气态氨溶于与① 将 同量的稀盐酸中,放热 87.9 kJ。 已知:△ f H 0 , NH 3 ( g ) = -46.1 kJ· -1,25℃ mol 、101.3 kPa 时水的饱和蒸气压为 23.0 mmHg, m 水的摩尔蒸发热为 43.93 kJ· -1。相对原子质量:N:14.0,Mg:24.3。试回答下列问题: mol (1)写出有关相应的化学反应方程式; (2)求 △ f H 0 ,Mg3 N2 ( s ) (298 K)的值。 m 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:

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

(1)设造气炉温度为 1100℃ ,求此温度下反应的△ rU 0 、△ rH 0 。 m 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 (kJ· -1) mol m C p /(J· -1· -1) mol K 8.64

H2O(g) -241.8 33.58

CO(g) -110.5 29.14

H2(g)

28.84

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) △ f G 0 /kJ· -1 mol m △ f H 0 /kJ· -1 mol m S 0 /J· -1· -1 mol K m -852 -948 102 Na2CO3 (s) -1048 -1130. 8 135 CO2 (g) -394.36 -393.51 214 H2O (g) -228.59 -241.82 189

参考答案 1、ΔG < 0 为 - ; ΔS > 0 为 +
2

、 Q5 = -Q1-Q2+Q3+Q4

3、435.7 4、-241.8 kJ· -1 mol 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 ΔnRT=3814J 6、待求的反应 = 反应(1) -反应(2) - 反应(3) - 按 Hess 定律,有: Δr H 0 =Δr H m (1) -Δr H m ( 2 ) -Δr H m (3) -Δr H m ( 4 ) m
0 0 0 0

1 反应(4) 2

= 25.9 kJ· -1- 218 kJ· -1 - 75.7 kJ· -1 - 62.3 kJ· -1? = -299 kJ· -1 mol mol mol mol 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· -1 (2)-116 kJ· -1 (3)不能;该热效应是拆散 BaO 晶格吸能、 mol mol 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、 Li 与水反应放热: =284.42 kJ, 10g Q 消耗水: 25.71 g, 生成 LiOH: 34.28g, 1.43 mol, 即 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;③ LiOH 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 mol Gm,298 (生) - ? ? f Gm,298 (反) = -16.5-0.0 = -16.5 kJ· -1

计算表明,该反应的△ r G m, 298 <0,可以自发进行。
0

11、 (1)△H = -47.05 kJ· -1 mol

(2)△H = 8.95 kJ· -1 mol

12、 (1)Mg3N2+6HCl = 3MgCl2+2NH3 NH3+HCl = NH4Cl Mg+2HCl = MgCl2+H2↑ (2)-478.4 kJ· -1 mol 13、 (1)△ rU 0 = 148.24 kJ· -1 mol m (2)Q = △H = -9.665× 4 kJ 10 14、 △ r G m, 298 = (1)
0

△ rH 0 = 136.82 kJ· -1 mol m W = 2.771× 4 kJ 10 △U = 6.894× 4 kJ 10

??

f

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

= 32.95 kJ· -1 >0 即表明 298K 及标态下,该反应逆向自发 。 mol (2)△ r H m, 298 =
0

? ? f H m,298 (生)
0



? ? f H m,298 (反) =
0

-241.82-393.51-

1130.8+2× 948 = 129.87 kJ· -1 mol △ r S m, 298 =
0
0 0 mol ? S m,298 (生) - ? Sm,298 (反) =189+214+135-2×102 = 334 J·
-1

· -1 K

△ r G 0 (T) = △ r H m, 298 - T×△ r S m, 298 = 129.87- T× 334× -3 10 m
0 0

当△ r G 0 (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 m 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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