1、 第二章 热化学 1某封闭系统中充有气体，吸收了45kJ的热，又对环境做了29kJ的功，计算系统的热力学能的变化。 解：根据热力学第一定律， U=Q+W =（2945 ）kJ =16kJ 2. 在带有活塞的气缸中充有空气和汽油蒸气的混合物，气缸最初体积为40.0cm3。如果该混合气体燃烧放出950.0J的热，在650mmHg的定压下，气体膨胀，燃烧所放出的热全部转化为推动活塞作功。计算膨胀后气体的体积。 解：因为混合物燃烧放出的热量全部转化体积功而推动活塞，则0=U，即WQ =放，而 )(12VVPVPWexex=Pa86638Pa65076010013.1P5ex=12VVV +=则 1ex
2、VPW+=1exVPQ+= 36m)100.40866380.950(+=34cm1010.1 = 3在0，760mmHg下，氦气球体积为875L，n（He）为多少？当38.0，气球体积在定压下膨胀至997L。计算这一过程中系统的Q，W和U（氦的摩尔定压热容Cp,m为20.8kJ-1mol-1） 解：由气体状态方程：n= 得 mol0.39mol)15.273314.887510013.1(RTpV5=Hen（或由标准状况下，1mol理想气体的体积为22.414L，则 mol0.39414.22875He=n 12358.6JJ)10875)(997101.013()V(VpVpW3512ex
3、ex=定压条件下， )TT(nCdTnCQ12m,pTTm,p21=（Cp,m为一常数） J)15.27315.311(8.200.39 = J388.200.39 = J6.29825= WQU += J6.12358J6.29825 = J0.17467= 4. 写出与),s(NaCl )l(OH2，)s(OHC6126，)s(PbSO4的标准摩尔生成焓相对应的生成反应方程式。 解：上述几种物质的标准摩尔生成焓相对应的生成反应方程式依次为： Na(s,298.15K,p )+21Cl2(g,298.15K, p )NaCl(s,298.15K, p ) H2(g,298.15K,p )+2
4、1O2(g,298.15K, p )H2O(l,298.15K, p ) 6C(石墨,298.15K, p )+6H2(g,298.15K, p )+3O2(g,298.15K, p ) C6H12O6(g,298.15K, p ) Pb(s,298.15K, p )+S(s,298.15K, p )+2O2(g,298.15K, p ) PbSO4(s,298.15K, p ) 5. 航天飞机的可再用火箭助推器使用了金属铝高氯酸铵为燃料，有关反应为 )g(OH6)g(NO3)s(AlCl)s(OAl)s(ClONH3)s(Al3233244+ 计算该反应的焓变)(298KmrH。 解：查表可
5、知 3Al(s)+3NH4ClO4(s)Al2O3(s)+AlCl3(s)+3NO(g)+6H2O(g) )molkJ(1fmH 0 31.295 1662 2.704 90.25 818.241 =mfmr)(298K HvHB则 )1662()818.241(625.903)2.704( += -1molkJ03)31.295(3 1molkJ2630= 6. 在大气中可以发生下列反应： （1）(g)OCHO(g)CH(g)O(g)HC23342+ （2）(g)O(g)NONO(g)(g)O223+ （3）(aq)SOHO(l)H(g)SO4223+ （4）)g(NO2)g(O)g(NO2
6、22+ 计算上述各反应的)K298(mrH。 解：由= )K298()K298(mfmrHvHB得： （1）-1mrmolkJ7.14226.520)19.166()298( += KH 1molkJ15.361= （2）-1mrmolkJ)7.14225.90018.33()8K29( += H 1molkJ77.199= （3）-1mrmolkJ)830.285()72.395()27.909()8K29( = H 1molkJ72.227-= （4） -1mrmolkJ)25.90(2018.332)298K( = H 1molkJ14.114= 7. 用mfH数据计算下列反应的mrH。
7、 （1）)s(ONa2)g(O)s(Na422+ （2）)g(H)aq(NaOH2)l(OH2)s(Na222+ （3）)g(CO)s(ONa)g(CO)s(Na222+ 解：由= )298()298(mfmrKHvKHB得 （1）-1mrmolkJ040)22.414(2 = H 1molkJ44.828= （2）-1mrmolkJ02)830.285(20)114.470(2 += H 1molkJ568.368= （3）1mrmolkJ02)509.393()525.110()22.414(H+= 1molkJ236.131= 由以上的计算可知，金属钠与水或者二氧化碳反应时，其标准摩尔反
8、应焓均小于零，即均为放热反应。故不能用水或者二氧化碳来作金属钠的灭火剂。 8已知下列热化学反应方程式： （1）)l(OH)g(CO2)g(O25)g(HC22222+ 1mrlmokJ1300)1(H= （2）)g(CO)g(O)s(C22+ 1mrmolkJ394)2(= H （3）)l(OH)g(O21)g(H222+ 1mrmolkJ286)3(= H 计算)g,H(C22mfH。 解法一：C2H2（g）的生成反应方程式为： (g)HC(g)H2C(s)222+ 由题中给出的三个方程式知道，若)1()3(2)2(式式式+，其结果就是上述方程式。则 )1()3(2)2()g,HC(mrmr
9、mr22mfHHHH += )1300()286(2)394( += 1molkJ226= 解法二：由题中三个热化学反应式可知，反应式（1）是C2H2（g）的燃烧反应，则有)1(H)g,HC(Hmr22mc=；反应式（2）和（3）分别是CO2（g）和H2O（l）的生成反应。则)2(H)g,CO(Hmr2mf=，)3(),OH(mr2mfHlH =。 由)K298,B(Hv)K298(HBmfBmr相态，=可得 ),HC(),OH(g),CO(2)g,HC(22mc2mf2mf22mfgHlHHH += 1molkJ)1300()286()394(2+= 1molkJ226= 9. 有一种甲虫，
10、名为投弹手，它能用由尾部喷射出爆炸性排泄物的方法作为防卫措施，所涉及的化学反应是氢醌被过氧化氢氧化生成醌和水：)l(OH2)aq(OHC)aq(OH)aq()OH(HC224622246+ 根据下列热化学方程式计算该反应的mrH。 （1）)g(H)aq(OHC)aq()OH(HC2246246+ 1mrmolkJ4.177)1(= H （2）)aq(OH)g(O)g(H2222+ 1mrmolkJ2.191)2(= H （3）)g(OH)g(O21)g(H222+ 1mrmolkJ8.241)3(= H （4）)l(OH)g(OH22 1mrmolkJ0.44)1(= H 解：将题中热化学反应
11、方程式(1)-(2)+(3)2+(4)2，就得到所求的热化学方程式。 2)4(H2)3(H)2(H)1(HHmrmrmrmrmr+=则其 11molkJ203molkJ)2)0.44(2)8.241()2.191(4.177(=+=10. 已知298K下，下列热化学方程式： （1）)g(CO)g(O)s(C22+ 1mrlmokJ5.393)1(H= （2）)l(OH2)g(O)g(H2222+ 1mrmolkJ66.571)2(H= （3）)l(OH4)g(CO3)g(O5)g(CHCHCH222323+ 1mrmolkJ2220)3(H= 仅由这些化学方程式确定298K下)g,CHCHCH
12、(H323mc和)g,CHCHCH(H323mf。 解：CH3CH2CH3的燃烧反应为： CH3CH2CH3（g）+5O2（g）3CO2（g）+4H2O（l） 此式即方程式（3），故其燃烧热1mrmcmolkJ2220)3(= HH CH3CH2CH3的生成反应为： 3C（s）+4H2（g）CH3CH2CH3（g） 此方程式可由)3(2)2(3)1( +得到，故CH3CH2CH3的标准摩尔生成焓为： )3(H2)2(H3)1(H)g,CHCHCH(Hmrmrmr323mf+= 1molkJ)2220(2)66.571(3)51.393(+= 1molkJ85.103= 11.当mol00.1的
13、固体铯同氧气反应生成超氧化铯)s(CsO2，其1mrmolkJ2.286= H；mol00.1液体铯同氧气反应生成)s(CsO2，其1mrmolkJ8.288= H。确定)s(Cs)l(Cs 的mrH。 解：由题：（1）Cs (s)+O2(g) CsO2(s) 1mrmolkJ2.286)1(= H （2）Cs (l)+O2(g) CsO2(s) 1mrmolkJ8.288)2(= H 则式)1()2( 得式)s(Cs)l(Cs ，其反应焓为： )1()2(mrmrmrHHH = 1molkJ)2.286()8.288(= 1molkJ6.2= 12. 已知：（1）(g)SO(g)Os)单斜，
14、S(22+ 1mrmolkJ16.297)1(= H （2）(g)SO(g)Os)正交，S(22+ 1mrmolkJ83.296)2(= H 计算)s,(S)s,(S正交单斜的mrH，并判断单斜硫和正交硫何者更稳定。 解：上)s,(S)s,(S2)1(正交单斜）得（式 )2()1(mrmrmrHHH = 1molkJ)83.296()16.297(= 0molkJ33.01=上述反应为放热反应，故正交硫更加稳定。 13. 通常，元素锌以闪锌矿（ZnS）的形式存在于自然界。在火法冶炼锌的生产中，ZnS经过焙烧，其反应为： )g(SO2)s(ZnO2)g(O3)s(ZnS222+ （1）用mfH计
15、算该反应的mrH；（2）ZnSkg1000.13在定压下焙烧放出多少热？ 解：（1）查表可得 )g(SO2)s(ZnO2)g(O3)s(ZnS222+ )molkJ(1mf H 98.205 0 28.348 830.296 ( ) )830.296(228.3482HvHmfmr+=则 1molkJ03)98.205(2 1molkJ26.878= 2M2)2(mrmrHmHnQ= kJ)226.878456.97101000.1(33= kJ1051.46= 故ZnSkg1000.13在定压下焙烧能放热4.51106kJ 14. 早在古代，人类就已经利用金属铅。以方铅矿（PbS）为原料生产
16、金属铅，首先，在空气中加热硫化铅，得到氧化铅（PbO）：)g(SO)s(PbO)g(O23)s(PbS22+。然后，用碳还原氧化铅：)g(CO)s(Pb)s(C)s(PbO +。计算上述反应在恒压下的)K298(Hmr。 解：对于反应：)g(SO)s(PbO)g(O23)s(PbS22+ )O(23)PbO()SO()8K29(2mfmf2mfmrHHHH += )PbS(mfH 1molkJ)4.100(023)90.218()830.296(+= 1molkJ33.415= 对于反应：)g(CO)s(Pb)s(C)s(PbO + )PbO()C()Pb()CO()98K2(mfmfmfmf
17、mrHHHHH += 1molkJ0)90.218(0525.110+= 1molkJ375.108= 15实验室“火山”是由重铬酸铵受热分解产生的。反应方程式如下： )s(OCr)g(OH4)g(N)s(OCr)NH(3222724+ 计算该反应在298K定压（只做体积功）下的mrH和mrU。 解：)298,()298(mfmrKBHvKHBB相态，= 1molkJ)7.1806(0)818.241(4)7.1139(+= 1molkJ27.300= 若定温条件下只做体积功，则 )(gvRT)K298(H)8K29(UBBmrmr = 13molkJ105298314.8)272.300(=
18、 1molkJ66.312= 16.半导体工业生产单质硅的过程中有三个重要反应： （1） 二氧化硅被还原为粗硅： )g(CO2)s(Si)s(C2)s(SiO2+ （2） 硅被氯氧化成四氯化硅：)g(SiCl)g(Cl2)s(Si42+ （3） 四氯化硅被镁还原生成纯硅： )s(Si)s(MgCl2)s(Mg2)g(SiCl24+ 计算上述各反应的mrH（298K）和生产1.00kg纯硅的总反应热。 解：（1）)K298,()1(mfmr相态，BHvHBB= 1molkJ)49.903(020)525.110(2+= 1molkJ44.682= （2）)98K2,()2(mfmr相态，BHvH
19、BB= 1molkJ020)01.657(= 1molkJ01.657= （3）)8K29,()3(mfmr相态，BHvHBB= 1molkJ0)01.657(20)32.641(2+= 1molkJ63.625= 将三个方程相加得如下方程： )s(SiMgCl2)g(CO2)s(Mg2)g(Cl2)s(C2)s(SiO222+该反应的反应焓为： )3()2()1(mrmrmrmrHHHH += 1molkJ20.600= kJ1014.2)20.600(086.281000.1H43=则 即每生产1.00kg纯硅的总反应热为kJ1014.24。 17. 联氨（42HN）和二甲基联氨（2322
20、)(CHHN）均易与氧气反应，并可用作火箭燃料。它们的燃烧反应分别为 )g(OH2)g(N)g(O)l(HN22242+ )g(N)g(OH4)g(CO2)g(O4)l()CH(HN22222322+ 通过计算比较每克联氨和二甲基联氨燃烧时，何者放出的热量多（已知12322mfmolkJ0.42),)(CHHN(= lH，其余所需数据由附表中自己查出）。 解：对联氨的燃烧反应： O(g)2H(g)N(g)O(l)HN22242+ )98K2,()HN(mf42mc相态，BHvHBB= 1molkJ)63.50()818.241(2= 1molkJ27.534= 则每克联氨燃烧放热为： 142g
21、kJ67.16)27.534(0298.301),HN(=lQ 则对二甲基联氨的燃烧反应： (g)NO(g)4H(g)2CO(g)4O(l)(CHHN22222322+ 其燃烧焓为： )98K2,()(CHHN(mf2322mc相态，BHvHBB= 1molkJ0.42)509.393(2)818.241(4+=1molkJ29.1796= 则每克二甲基联氨燃烧放热为： 12322olmkJ89.29)10.6029.1796()CH(HN(Q= 18. 在核动力工厂，核燃料铀生产中的关键反应如下： )g(OH2)s(UF)g(HF4)s(UO242+ )g(UF)g(F)s(UF624+ 计
22、算上述反应的mrH。 解：（1）对反应：)O(g2H(s)UF4HF(g)(s)UO242+ 反应焓为 )8K29,(mf)1(mr相态，BHvHBB= )1.271(4)2.1914()818.241(2 += 1molkJ)9.1084( 1molkJ5.228= （2）对反应：)(gUF(g)F(s)UF624+ 其反应焓为 )8K29,(mf(2)mr相态，BHvHBB= 1molkJ)2.1914()4.2147(= 1molkJ2.233= 19. 已知丙烷的结构式323CHCHCH 。利用平均键焓估算丙烷的标准摩尔燃烧焓)g,HC(83mcH 已知：)g,HC(83mcH= )O
23、O(mHB1molkJ498，2CO中1mBmolkJ803)OC(= H，其它键焓数据查表9-4）。 解：丙烷的燃烧反应为： O(l)4H(g)3CO(g)5O(g)HC22)8H3C(mHc283+O(g)4H(g)3CO10O(g)8H(g)3C(g)22+ 由表9-4查出有关键焓数据： mBH (O-H)=4641molkJ；mBH (C-H)=4141molkJ ； mBH (C-C)=3461molkJ 则O)(OH5H)(CH8C)(CH2)H(CHmBmBmB83mc=+= )l,OH(H4-H)(OH8O)(CH62mVapmBmB+=46488036498541483462
24、 += +4(44.0) 1molkJ0.2386= 20. 反应：Br(g)BClCl(g)BBr(g)BCl(g)BBr2233+，画出四种化合物的结构式。不查任何数据表，估算该反应的mrH大约是多少，并简单说明之。 mBH8(O-H) mBH6(C=O) mBH5(O=O) mBH2 (C-C) mBH8 (C-H) 解：画结构式如下， BrBrBBrBBr 3ClClBClBCl 3ClBrBBrClBBr 2BrClBClBrBCl 2对反应 Br(g)BClCl(g)BBr(g)BCl(g)BBr2233+ 来说，方程式左右两边均有三个BrB键和三个ClB键，故两边化学键的断裂和形
25、成所消耗和放出的能量相当，所以有0mr H。 21. 已知下列热化学方程式： （1）)g(CC)g(H4)g(CHCH22=+= 1mrmolkJ1656)1(H= （2）)g(C)s(C 石墨， 1mrmolkJ7.716)2(= H （3）)g(H2)g(H2 1mrmolkJ0.436)3(= H （4）)g(CHCH)g(H2)s(C2222=+石墨， 1mrmolkJ3.52)4(= H 计算)C(CmB= H。 解：由键焓的概念可知：)g(CC)g(C2 =（5） )CC(mBmr= HH 将题中四个反应式)4(2)3(2)2()1( +就得到上述方程式（5），则该反应的焓变为：
26、)4(2)3(2)2()1(mrmrmrmrmrHHHHH += 1molkJ3.5220.43627.7161656+= 1molkJ1.597= 故1mrmBmolkJ1.597)CC(= HH 22.（1）写出H2(g),CO(g),CH3OH(l)燃烧反应的热化学方程式； （2）甲醇的合成反应为：OH(l)CH(g)2HCO(g)32+。利用),CO(mcgH，)g,H(2mcH，l)OH,CH(3mcH 计算该反应的mrH。 解：（1）上述各物质的热化学反应方程式分别为： )(OH(g)O21(g)H222l+ 12mcmolkJ83.285)g,H(= H )g(CO)g(O21)
27、g(CO22+ 1mcmolkJ98.282)gCO,(= H )(O2H(g)CO(g)O23)OH(CH2223l+l 13mcmolkJ51.726),OHCH(= lH （2）对甲醇的合成反应：)(OHCH(g)2HCO(g)32l+，其 )8K29,(mcmr相态，BHvHBB= 1molkJ)51.726()83.285(298.282+= 1molkJ13.128= 23. 某种天然气的组成为：%0.85)CH(4=，%0.10)HC(62=，其余为不可燃组分。写出两可燃组分的燃烧反应方程式；若气体的温度为25，压力为111kPa，试 （1） 利用g),CH(4mcH和)g,HC
28、(62mcH计算完全燃烧1.00m3这种天然气放出的热量； （2） 利用有关物种的mfH，计算完全燃烧1.00m3这种天然气的反应热。 解：)(O2H(g)CO(g)2O(g)CH2224l+ 1mcmolkJ36.890)K15.298(= H )(O3H(g)2CO(g)O27(g)HC22262l+ 1mcmolkJ83.1559)K15.298(= H （1）每立方米该天然气含甲烷的物质的量为： mol062.38mol%85RTPVn)CH(CH44= 每立方米该天然气含乙烷的物质的量为： mol478.4mol%10RTPVn)HC(CH624= 则燃烧该天然气1.00m3放出的热
29、量为： )H(CmcHC)(CHmcCH626244HnHnQ +=放1molkJ)83.1559(478.4)36.890(062.38+= kJ1009.44= （2）对反应 )(O2H(g)CO(g)2O(g)CH2224l+ mol)(kJmf H 81.74 0 509.393 830.285 由)K298,B(HvHBmfBmr相态，=得 11rmolkJ20)81.74()509.393(2)830.285(H+= 1molkJ359.890= 则J88.33888)36.890(062.381rCH14= HnQ 对反应 )(O3H(g)2CO(g)O27(g)HC22262l+ mol)(kJmf H 68.84 0 509.393 830.285 根据)8K29,B(HvHBmfBmr相态，=得 12rmolkJ0)68.84(2)509.393(3)830.285(H+= molkJ828.1559 = 则J91.6984J)828.1559(478.4HnQ2rHC262= 故天然气的反应热为： J)91.6984(88.33888QQQ21+=+= kJ1009.4J79.408734=
