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第二章 化学反应的基本规律
思考题与习题
一、判断题
1.热的物体比冷的物体含有更多的能量 ( ×) 2.G > 0的反应是不可能发生的 (×)
3.298K的标准状态下，最稳定单质的标准摩尔生成焓(ΔfHm○)和标准摩尔熵(Sm○)都等于零 （×）
〇
4.升高温度，反应的标准平衡常数(K)增大，那么，该反应一定是吸热反应 ( √) 5.在273K、101.235kPa下，水凝结成冰；该过程的ΔS < 0、ΔG = 0 ( √) 6.升高温度，可以提高放热反应的转化率 ( ×) 7.活化能越大，化学反应的速率就越快 ( ×)
8.可逆反应达到平衡时，其正、逆反应的速率都为零 ( ×) 9.反应级数取决于反应方程式中反应物的计量系数 ( ×)
10.在一定温度下，随着化学反应的进行，反应速率逐渐变慢，但反应速率常数保持不变 (× )
二、选择题
1.反应2H2(g) + O2 (g) = 2H2O(g) 在绝热钢瓶中进行，那么该反应的( B) A.ΔH = 0 B.ΔU = 0 C.ΔS = 0 D.ΔG = 0
2.化学反应在恒温恒压下发生，该反应的热效应等于(B) A.ΔU B.ΔH C.ΔS D.ΔG 3.下列有关熵的叙述，正确的是(C )
A.系统的有序度越大，熵值就越小 B.物质的熵与温度无关
C.298K时物质的熵值大于零 D.熵变大于零的反应可以自发进行 4.反应2Na(s) + Cl2（g）= 2NaCl(s)的ΔrSm○(298K)(B ) A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.难以确定
5.某反应在高温时能够自发进行，而低温时难以自发进行，那么该反应满足的条件是(B ) A.ΔH>0,ΔS<0 B.ΔH>0,ΔS>0 C.ΔH<0,ΔS>0 D.ΔH<0,ΔS<0
6.一定温度下，可逆反应N2O4(g)=2NO2(g)在恒温容器中达到化学平衡时，如果N2O4的分解率为25%，那么反应系统的总压力是N2O4未分解前的(B )倍 A.0.25 B.1.25 C.1.5 D.1.75
7.可逆反应A(g)+B(g)=C(g)为放热反应，欲提高A(g)的转化率可采取的措施为(D ) A.升高反应温度 B.加入催化剂 C.增加A(g)的浓度 D.增加B(g)的浓度 8.下列叙述中，正确的叙述是( D)
A.速率常数的单位为mol.dm-3.s-1 B.能够发生碰撞的分子是活化分子 C.活化能越大，反应速率越快 D.催化剂可以降低反应的活化能 9.对于两个化学反应A和B来说，在反应物浓度保持不变的条件下，25℃时B的反应速率快，而45℃时A的反应速率快，那么( A)
A.A反应的活化能较大 B.反应的活化能较大
C.A、B两反应活化能的大小相等 D.A、B两反应活化能的大小难以确定 10.对于一个可逆反应，下列各项中受温度影响较小的是( C)
〇
A.ΔrGm○和ΔrHm○ B.ΔrGm○和ΔrSm○ C.ΔrSm○和ΔrHm○ DD.ΔrHm○和K
三、填空题
1.在U、Q、W、S、H、G中属于状态函数的是 U、S、H、G，在这些状态函数中，可以确定其值大小的函数时 S。
2.封闭系统热力学第一定律的热力学表达式为ΔU = Q + U，焓的定义式为H=U+PV，吉布斯函数的定义式为G=H-TS。
3.化学热力学中规定了标准状态，标准压力为100kPa，标准浓度为1mol/L。
4.影响多项反应速率的因素除了浓度、温度和催化剂外，还有 相的接触面积 和 扩散率。 5.根据阿伦尼乌斯公式，当反应温度升高，则反应速率常数会增大；当由于使用催化剂而活化能降低，则反应速率常数会增大。
6.若系统对环境做功160J，同时从环境吸收了200J的热，那么系统的内能变化为40J。 7.两个反应Cu(s) + Cl2(g) = CuCl2(s)和CuCl2(s) + Cu(s) = 2CuCl(s)的标准摩尔反应焓变分别为170kJ.mol-1、-260kJ.mol-1；那么CuCl(s)的标准摩尔生成焓为-45kJ/mol。
8.298K下，Na(s)、NaCl(s)、Na2CO3(s)、CO2(g)的标准摩尔熵由大到小的顺序为CO2(g)>Na2CO3(s)>Na2CO3(s)>Na(s)。
9.一定温度下，分解反应NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)达到平衡时，测得此平衡系统的总压力为80kPa；那么，该反应的平衡常数为0.16。 10.反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的ΔrHm○(298K)=179.2kJ.mol-1、ΔrSm○(298K)=160.2J.K-1.mol-1，那么CaCO3(s)分解的最低温度约为1118.6℃。 11.基元反应2NO(g)+Cl2(g)=2NOCl(g)的速率方程式为v?kC2NO(g)CCl2(g)。若将反应物NO(g)的浓度增加到原来的3倍，则反应速率变为原来的 9倍；若将反映容器的体积增加到原来的2倍，则反应速率变为原来的 0.125倍。
12.在一定条件下，某反应的转化率为73.6%；加入催化剂后，该反应的转化率为 73.6%。
四、简答题
1.在体积为1.2dm3的容器中装入某气体，在973kPa下，气体从环境吸热800J后，容器的体积膨胀1.5dm3，计算再次过程中气体内能的变化。 解：ΔU = Q + W = 800 - 973 × (1.5-1.2) = 508J
2.辛烷是汽油的主要成分，其燃烧反应方程式为：
C8H18(l) + 25/2 O2(g) = 8CO2(g) + 9H2O(l)
100解：MC8H18 = 8×12 +18 = 114,nC8H18 = 114
ΔrHC8H18(298k) = -[(9×285.83 + 8×393.5)-208]=-5512.55kJ
〇
100g辛烷燃烧放出的热ΔH = n × ΔrHC8H18 =-4835.5kJ
3.铝粉与Fe2O3组成的铝热剂发生的铝热反应为：2Al(s) + Fe2O3(s) = Al2O3(s) + 2Fe(s)。计算铝粉完全发生铝热反应可以放出多少热量？ 解：Al(s) + 1/2Fe2O3(s) = 1/2Al2O3(s) + Fe(s) MAl = 27g/mol，nAl =5/27 mol
〇
ΔrHAl(298k) = -(1/2 × 1676 + 0 -1/2 ×824.2 - 0) = -425.8kJ
〇
5.0g的铝粉ΔH = nAl ΔrHAl(s) (298K) = 78.9J
4.根据下列热化学方程式：
〇
(1)Fe2O3(s) + 3CO(g) = 2Fe(s) + 3CO2(g)，ΔrHm,1(T) = -27.6kJ/mol (2)3Fe2O3(s) + CO(g) = 2Fe3O4(s) + 3CO2(g)，ΔrHm,2(T) = -58.6kJ/mol (3)Fe3O4(s) + CO(g) = 3FeO(s) + CO2(g)，ΔrHm,3(T) = 38.1kJ/mol 不用查表，计算反应FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g)的ΔrHm(T) 解：rHm(T) = ΔrHm,3 （T）× 2 - ΔrHm,1 （T）× 3 + ΔrHm,2（T） = -[2×38.1 - 3×(-27.6) + (-58.6)] = -16.7kJ/mol
〇
5.已知HCl(g)、NH3(g)和NH4Cl(s)的ΔfHm 分别为-92.3kJ/mol、-46.1 kJ/mol和-314.4kJ/mol，且有:
〇
HCl(g) = HCl(aq) ΔrHm,1 =-72.3kJ/mol
〇
NH3(g) = NH3(aq) ΔrHm,2 =-35.2kJ/mol
〇
HCl(aq) + NH3(aq) = NH4Cl(aq) ΔrHm,3 =-60.2kJ/mol
求：(1)2.0molHCl(g)和2.0molNH3(g)反应生成2.0molNH4Cl(s)放出的热量；(2)1.0molHCl(g)和1.0molNH3(g)同时溶于水的热效应；(3)NH4Cl(aq)的标准摩尔生成焓；(4)1.0mol的NH4Cl(s)溶解于水中生成NH4Cl(aq)的热效应，并说明该过程为吸热还是放热。
〇
解：ΔfHHCl(aq) = -(73.2 + 92.3) = -165.5KJ/mol
〇
ΔfHNH3(aq)=-(35.2 + 46.1) = -81.3KJ/mol
〇
ΔfHNH4Cl(aq)=-(165.5 + 81.3 + 60.2) = -307KJ/mol
〇〇〇〇
(1)ΔH = ΔrHm,1 + ΔrHm,2 + ΔrHm,3 + (ΔfHNH4Cl(s) - ΔfHNH4Cl(aq)) = -73.2-35.2-60.2+(-314.4 +307) = -175.6kJ 2molHCl(g) + 2NH3 (g) = 2NH4Cl(s)的ΔH=-2×175.6 = -351.2kJ 故反应放热量为351.2kJ
〇〇
(2)ΔH = ΔrHm,1 + ΔrHm,2 = -73.2 - 35.2 = -108.4kJ 故放热量为108.4kJ
(3)NH4Cl(s) = NH4Cl(aq)的ΔH
〇〇
ΔH = ΔfHNH4Cl(aq) - ΔfHNH4Cl(s) = -307 - (-314.4) = 7.4KJ
故1mol的NH4Cl(s)溶解于水中生成NH4Cl(aq)需要吸收7.4KJ的能量
6.在101.325kPa、338K(甲醇的沸点)时，将1mol的甲醇蒸发变成气体，吸收了35.2kJ的热量，求此变化过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔG。 解：ΔH = Q恒压反应热等于系统的焓变 ΔH = Q = 35.2KJ
W = -P.ΔV = -P.VCH3OH = -nCH3OH RT = -1×8.314×338=-2.8kJ ΔU = Q + W = 35.2 - 2.8 = 32.4kJ ΔG = 0
〇
7.计算下列反应的ΔrSm(298k)。
(1)2H2S(g) + 3O2(g) = 2SO2(g) + 2H2O(l) (2)CaO(s) + H2O(l) = Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
解：(1)2H2S(g) + 3O2(g) = 2SO2(g) + 2H2O(l) 〇
Sm 205.7 205.03 248.1 69.91
〇
ΔrSm(298k) = (2×69.91 + 2×248.1) - (2×205.7 + 3×205.03)=-390.47J/mol.k (2) CaO(s) + H2O(l) = Ca2+(aq) + 2OH-(aq) 〇
Sm 40 69.91 -53.1 -107.5
ΔrSm(298k) = (-53.1 - 10.75) - (40 + 69.91) = 184.5J/mol.k
〇〇
8.计算下列可逆反应的ΔrGm(298k)和K(298k)。 (1)N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) (2)1/2N2(g) + 3/2H2(g) = NH3(g) (3)2NH3(g)=N2(g) + 3H2(g)
解：(1)N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)
〇
ΔfGm 0 0 -16.5
〇
ΔrGm(298k) = 2×(-16.5) = -33kJ.mol
〇
(0.014)2(0.0043)2(2)ΔrGm(298k) = -16.5kJ/mol
〇
,故K =6.3×105
〇
?rG?m(500K)?〇 lgK(500K)?K=7.9×102
2.303RT?(3)ΔrGm(298k) = 33kJ/mol
〇
?rG?m(298K)lgK(298K)?〇2.303RT ?K =4.0×1011
?9.已知反应2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)的ΔrHm(298k) = -198.2kJ/mol、ΔrSm(298K)
〇〇
=-190.1kJ/mol.k，求：(1)该反应在298k时的ΔrGm(298k)；(2)该反应在500k时的ΔrGm(500k)
〇
和K (500k)。
〇〇〇
解：(1)ΔrGm = ΔrHm - TΔrSm
〇〇
?190?11000 = -141.5kJ/mol =-198.2-298
??190?1〇〇〇
1000=-103.2kJ/mol (2)ΔrGm(500k) = ΔrHm(298K) - 500×ΔrSm(298K) = -198.2 - 500
??rG?m(500K)lgK(500K)?2.303RT?K〇 =6.3×1010
?11.用两种方法计算下列反应在298k时的ΔrGm(298k)，并判断反应在298k的标准状态下
可否自发进行。
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
解： 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
〇
ΔfHm 90.25 -110.52 0 -393.51
〇
ΔfGm 86.57 -137.15 0 -394.36 〇
Sm 210.65 197.56 191.5 213.6
〇
ΔrGm(298k)= 2×[-394.36-86.57-(-137.15)] = -687.6kJ/mol
〇
298K时，ΔrGm < 0 ,故反应可以自发进行。
12.用碳还原Fe2O3制铁的反应方程式为：3C(s) + Fe2O3(s) = 2Fe(s) + 3CO(g)。判断该反应在
〇