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无机及分析化学答案第二章 第二章 化学反应一般原理 2-1 苯和氧按下式反应： C6H6(l) + 15O2(g) ® 6CO2(g) + 3H2O(l) 2在25100kPa下，0.25mol苯在氧气中完全燃烧放出817kJ的热量，求C6H6的标准摩尔燃烧焓DcHym和该燃烧反应的DrUym。 解： x = nB-1DnB = (-0.25 mol) / ( -1) = 0.25 mol y DcHym = DrHym = DrHx= -817 kJ / 0.25 mol = -3268 kJ×mol-1 DrUym = DrHym - DngRT = -3268 kJ×mol-1 - (6 -15 / 2) ´ 8.314 ´ 10-3 ´ 298.15 kJ×mol-1 = -3264 kJ×mol-1 2-2 利用附录III的数据，计算下列反应的DrHym。 (1) Fe3O4(s) + 4H2(g) ® 3Fe(s) + 4H2O(g) (2) 2NaOH(s) + CO2(g) ® Na2CO3(s) + H2O(l) (3) 4NH3(g) + 5O2(g) ® 4NO(g) + 6H2O(g) (4) CH3COOH(l) + 2O2(g) ® 2CO2(g) + 2H2O(l) 解： (1) DrHym = 4 ´ (-241.818) - (-1118.4) kJ×mol-1 = 151.1 kJ×mol-1 (2) DrHym = (-285.830) + (-1130.68) - (-393.509) - 2 ´ (-425.609) kJ×mol-1 = -171.78 kJ×mol-1 (3) DrHym = 6 ´ (-241.818) + 4 ´ 90.25 - 4 ´ (-46.11) kJ×mol-1 = -905.5 kJ×mol-1 (4) DrHym = 2(-285.830) + 2(-393.509) - (-484.5) kJ×mol-1 = -874.1 kJ×mol-1 2-3 已知下列化学反应的标准摩尔反应焓变，求乙炔(C2H2，g)的标准摩尔生成焓D fHym。 (1) C2H2(g) + 5/2O2(g) ® 2CO2(g) + H2O(g) D r Hym= -1246.2 kJ×mol-1 (2) C(s) + 2H2O(g) ® CO2(g) + 2H2(g) D r Hym = +90.9 kJ×mol-1 (3) 2H2O(g) ® 2H2(g) + O2(g) D r Hym = +483.6 kJ×mol-1 解：反应2 ´ (2) - (1) - 2.5 ´ (3)为： 2C(s) + H2(g) ® C2H2(g) D f Hym (C2H2) = 2 ´ D r Hym(2) - D r Hym(1) - 2.5D r Hym(3) = 2 ´ 90.9 - ( -1246.2) - 2.5 ´ 483.6 kJ×mol-1 = 219.0 kJ×mol-1 2-4 求下列反应在298.15 K的标准摩尔反应焓变D r Hym。 (1) Fe(s)+Cu2+(aq)®Fe2+(aq)+Cu(s) (2) AgCl(s)+Br-(aq)®AgBr(s)+Cl-(aq) (3) Fe2O3(s)+6H+(aq)®2Fe3+(aq)+3H2O(l) (4) Cu2+(aq)+Zn(s) ®Cu(s)+Zn2+(aq) 解： D r Hym(1) = -89.1-64.77 kJ×mol-1 = -153.9 kJ×mol-1 D r Hym(2) = -167.159 -100.37 - (-121.55) - (-127.068) kJ×mol-1 = -18.91 kJ×mol-1 D r Hym(3) = 2 ´ (-48.5) + 3 ´ (-285.830) + 824.2 kJ×mol-1 = -130.3 kJ×mol-1 D r Hym(4) = (-153.89) - 64.77 kJ×mol-1 = -218.66 kJ×mol-1 2-5 计算下列反应在298.15K的DrHym，DrSym和DrGym，并判断哪些反应能自发向右进行。 (1) 2CO(g) + O2(g) ® 2CO2(g) (2) 4NH3(g) + 5O2(g) ® 4NO(g) + 6H2O(g) (3) Fe2O3(s) + 3CO(g) ® 2Fe(s) + 3CO2(g) (4) 2SO2(g) + O2(g) ® 2SO3(g) 解：(1) D r Hym = 2 ´ (-393.509) - 2 ´ (-110.525) kJ×mol-1 = -565.968 kJ×mol-1 D r Sym = 2 ´ 213.74 - 2 ´ 197.674 - 205.138 J×mol-1×K-1 = -173.01 J×mol-1×K-1 D r Gym = D r Hym - T×D r Sym = -565.968 - 298.15 ´ (-173.01 ´ 10-3) kJ×mol-1×K-1 = -514.385kJ×mol-1 < 0，反应自发。 (2) D r Hym = 6 ´ (-241.818) + 4 ´ 90.25 - 4 ´ (-46.11) kJ×mol-1 = -905.5 kJ×mol-1 D r Sym = 6 ´ 188.825 + 4 ´ 210.761 - 5 ´ 205.138 - 4 ´ 192.45 J×mol-1×K-1 = 180.50 J×mol-1×K-1 D r Gym = D r Hym - T×D r Sym = -905.5 - 298.15 ´ 180.50 ´ 10-3 kJ×mol-1 = -959.3kJ×mol-1 < 0，反应自发。 (3) D r Hym = 3 ´ (-393.509) - 3 ´ (-110.525) - (-824.2) kJ×mol-1 = -24.8 kJ×mol-1 D r Sym = 3 ´ 213.74 + 2 ´ 27.28 - 3 ´ 197.674 - 87.4 J×mol-1×K-1 = 15.4 J×mol-1×K-1 D r Gym = D r Hym - T×D r Sym = -24.8 - 298.15 ´ 15.4 ´ 10-3 kJ×mol-1 = -29.4kJ×mol-1 < 0，反应自发。 (4) D r Hym = 2 ´ (-395.72) - 2 ´ (-296.830) kJ×mol-1 = -197.78kJ×mol-1 D r Sym = 2 ´ 256.76 - 205.138 - 2 ´ 248.22 J×mol-1×K-1 = -188.06J×mol-1×K-1 D r Gym = D r Hym - T×D r Sym = -197.78 - 298.15 ´ (-188.06 ´ 10-3) kJ×mol-1 = -141.71kJ×mol-1< 0，反应自发。 2-6 由软锰矿二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法： (1) MnO2(s) + 2H2(g) ® Mn(s) + 2H2O(g) (2) MnO2(s) + 2C(s) ® Mn(s) + 2CO(g) 上述两个反应在25，100 kPa下是否能自发进行？如果考虑工作温度愈低愈好的话，则制备锰采用哪一种方法比较好？ 解： DrGym(1) = 2 ´ (-228.575) - (-466.14) kJ×mol-1 = 8.99 kJ×mol-1 DrGym(2) = 2 ´ (-137.168) - (-466.14) kJ×mol-1 = 191.80 kJ×mol-1 两反应在标准状态、298.15K均不能自发进行； 计算欲使其自发进行的温度： DrHym(1) = 2 ´ (-241.818) - (-520.03) kJ×mol-1 = 36.39 kJ×mol-1 DrSym(1) = 2 ´ 188.825 + 32.01 - 2 ´ 130.684 - 53.05 J×mol-1×K-1 = 95.24 J×mol-1×K-1 DrHym(1) - T1DrSym(1) = 0 T1 = 36.39 kJ×mol-1 / (95.24 ´ 10-3 kJ×mol-1×K-1) = 382.1K DrHym(2) = 2 ´ (-110.525) - (-520.03) kJ×mol-1 = 298.98 kJ×mol-1 DrSym(2) = 2 ´ 197.674 + 32.01 - 2 ´ 5.740 - 53.05 J×mol-1×K-1 = 362.28 J×mol-1×K-1 DrHym(2) - T1DrSym(2) = 0 T2 = 298.98 kJ×mol-1 / (362.28 ´ 10-3 kJ×mol-1×K-1) = 825.27 K T1 <T2，反应(1)可在较低温度下使其自发进行，能耗较低，所以反应(1)更合适。 2-7 不用热力学数据定性判断下列反应的D r Sym是大于零还是小于零。 (1) Zn(s) + 2HCl(aq) ® ZnCl2(aq) + H2(g) (2) CaCO3(s) ® CaO(s) + CO2(g) (3) NH3(g) + HCl(g) ® NH4Cl(s) (4) CuO(s) + H2(g) ® Cu(s) + H2O(l) 解： 反应(1)、(2) 均有气体产生，为气体分子数增加的反应，D r Sym > 0； 反应(3)、(4)的气体反应后分别生成固体与液体，D r Sym < 0。 2-8 计算25100kPa下反应CaCO3(s) ®CaO(s)+CO2(g)的DrHym和D r Sym，并判断： (1) 上述反应能否自发进行？ (2) 对上述反应，是升高温度有利？还是降低温度有利？ (3) 计算使上述反应自发进行的温度条件。 解： DrHym = -393.509 - 635.09 + 1206.92 kJ×mol-1 = 178.32 kJ×mol-1 DrSym = 213.74 + 39.75 - 92.9 J×mol-1×K-1 = 160.6 J×mol-1×K-1 (1) DrGym= 178.32 - 298.15 ´ 160.6 ´ 10-3 kJ×mol-1 = 130.44 kJ×mol-1 > 0 反应不能自发进行；