第3章化学热力学 3.110g水在373K和100kPa下汽化,所做的功多大?(设水蒸气为理想气体) 解:液态水的体积可忽略不计,并设水蒸气为理想气体 W=paV=pV气=nRT= 8gm0x8314W-mo1Kx373K=1723 10g 答:10g水在373K和100kPa下汽化,所做的功为1723J。 3.2反应CaC(s)+2H,00 Ca(OH(s)+C,H(g)298K下的标准摩尔热力学能变量为 一128.0kJ/mol,求该反应的标准摩尔焓变。 解:H=U+pP 且压强不变 .∴.△H=△U+△(DV=△U+p△V 忽略固体和液体的体积变化则, △H=AU+pAV气 =AU+pAV乙烯 =-128.0H·mol1+1.01×103Pa×22.4×10-3m-3.mol =-125.7kJ·m0l- 答:该反应的标准摩尔烙变为一125.7k灯·mol1 评注:此题告诉我们,对于包含气体总量变化的化学反应,其变和热力学能变(内能变 化)是不同的 3.3人类登月使用的阿波罗火箭的第一级火箭使用了550吨煤油在2.5分钟内与氧气发生燃烧 反应产生巨大推力。以C1H)为煤油的平均分子式的燃烧热为一7513 kJ/mol,,试计算这 个燃烧反应的功率1马力=754.7瓦(即⅓刀 解 功率 1 P=550x10°g 170gmol (-7513)kJ.mol2.5x60s =1.62×10千瓦=2.15×10马力 答:这个燃烧反应的功率是2.15X10马力 评注:1(米制)马力p)=735.499瓦(W). 3.4已知A20(s)和M02(s)的标准摩尔生成热为-1676和-521kJ·mol-1,计算1克铝与 足量的MO2(S)反应(铝热法)产生的热量。 解:由化学反应方程式 4AIS)+3MhO2=2AlO,(S)+3Mn(S)可知 △-Hm=2△rH9[Al,O(s]-3△:H9MhO2(s =2×(-1676)-3×(-521)1kJ/mol =-1789 kJ/mol m-178) 答:1g铝与足量M02(S)反应(铝热法)产生的热量为一16.6k
第 3 章 化学热力学 3.1 10 g 水在 373K 和 100 kPa 下汽化,所做的功多大?(设水蒸气为理想气体) 解: 液态水的体积可忽略不计,并设水蒸气为理想气体 1 1 1 10 8.314 373 1723 18 g W p V pV nRT J mol K K J g mol - - - = = = = ¥ × × ¥ = × V 气 答: 10 g 水在 373K 和 100 kPa 下汽化,所做的功为 1723 J。 3.2 反应 CaC2( s ) + 2H2O(l) = Ca(OH)2(s) + C2H2(g) 298 K 下的标准摩尔热力学能变量为 -128.0 kJ/mol,求该反应的标准摩尔焓变。 解: ∵ H=U + pV 且压强不变 ∴ ΔH=ΔU + Δ(pV) = ΔU + pΔV 忽略固体和液体的体积变化则, ΔH = ΔU + pΔV 气 =ΔU + pΔV 乙烯 =-128.0 kJ·mol-1 + 1.01×10 3 Pa×22.4×10-3 m -3·mol-3 =-125.7 kJ·mol-1 答: 该反应的标准摩尔焓变为-125.7 kJ·mol-1 评注:此题告诉我们,对于包含气体总量变化的化学反应,其焓变和热力学能变(内能变 化)是不同的。 3.3 人类登月使用的阿波罗火箭的第一级火箭使用了 550 吨煤油在 2.5 分钟内与氧气发生燃烧 反应产生巨大推力。以 C12H26(l) 为煤油的平均分子式的燃烧热为-7513 kJ/mol,试计算这 个燃烧反应的功率 [1 马力=754.7 瓦(即 J/s )] 解: 功率 W Q P t t - = = 燃烧 6 550 10 1 1 ( 7513) 170 2.5 60 g P kJ mol g mol s ¥ - \ = × - × × × ¥ = 1.62×10 8 千瓦=2.15×10 8 马力 答:这个燃烧反应的功率是 2.15×10 8 马力 评注:1 (米制)马力(hp)=735.499 瓦(W)。 3.4 已知 Al2O3 (s) 和 MnO2 (s) 的标准摩尔生成热为-1676 和-521 kJ·mol-1,计算 l 克铝与 足量的 MnO2 (s) 反应(铝热法)产生的热量。 解: 由化学反应方程式 4 Al(s) + 3 MnO2 = 2 Al2O3 (s) + 3 Mn(s) 可知 ΔrHm =2ΔfHm [Al2O3 (s)] -3ΔfHm [MnO2 (s)] =[2×(-1676)-3×(-521)] kJ/mol =-1789 kJ/mol ∴ Qp=n ΔrHm = 1 1 1 ( 1789) 16.6 4 27 g kJ mol kJ g mol - - - × = - ¥ × 答:1 g 铝与足量 MnO2 (s) 反应(铝热法)产生的热量为-16.6 kJ
3.5已知C-'的标准摩尔生成格为-167.5kJ·mol-1计算1moHC1(g)溶于足量的水释放多 少热?[注计算得到的值为氯化氢的溶解热:HC1(g)的标准摩尔生成焓可从表中查获。 假设水量的多少与水合反应的程度无关(事实上是有关的,因此溶解热的数值通常设定为方 限稀释。) 解:△,Hn=△,H8【Cl(aq】-△H8HC(g] =[-167.5-(-92.307)1kJ/mol =-75.2kJm0 答:1m0lHC1溶于足量的水释放的热量为-75.2k 评注:如果答1 mol HC1(g)溶于足量的水释放的热量为-75.2·mol~就有2处错误。 3.6用标准摩尔生成格的数据计算SiF(g)与足量H,0)反应生成SO(S)和HF(g)的摩尔反应 解:反应方程式为 SiF(g)+2H2O (l)=SiO:(s)+4HF(g) △,H.=△Ha[SiO2(s]+4△rHHF(g]-△H9[SiF(g)]-2△HeHO(D] =[-910.94+4×(-271.1)-(-1615.0)-2×(-285.830月kJmm0l =191.32 答:摩尔反应烩为191.32kJ·mo1-1 (S正,(g)标准摩尔生成焓的数据来源:《实用化学手册》,科学出版社,第一版) 3.7用下列数据并查相关数据表计算石灰岩以CaC0(方解石)计1被C0(g)溶解发育成喀斯特地 形的如下反应的标准摩尔反应焓: CaCO:(s)+CO(g)+H,O(1)=Ca(ag)+2HCO(ag) △He/kJ/mol -543.0 -691.1 解 △,H.=△H8 BICa(aq)+2△:HHC0(aq-△H8CaC0(s-△HC0(g】 -AH[HO(D] =[-543.0+2×(-691.1)-(-1206.9)-(-393.5)-(-285.81kJ/m0l =-39 2klmol 答:反应的标准摩尔反应培为一39.2·mol 3.8火柴头中的PS(s)燃烧热为一367k·mol-1[注燃烧产物为P,0(S)和S0(s,查表计 算PS(sS)的标准摩尔生成格。 解:反应化学方程式为P,S(s)+80(g)=P,0a(s)+3S02(s) △,HOP.S:(s1=△HorP,Osl+3△HOSO-(s1一△eHOP,S:(s1 所以△HPSs=△HP,0sH3△HISO(s)- 129 4.0+3×(-29 -197.4kJ·mol 答:PS(S)的标准摩尔生成格为一197.4kJ·mo-'。 3.9诺贝尔(Alfred Nobel1833-1896)发明的炸药樱炸,可使产生的气体因热膨胀体积增大 1200倍,共化学原理是硝酸甘油发生如下分解反应 4C3Hs(NO])(1)=6N2 (g)+10HzO(g)+12COz (g)+O2 (g) 己知CH5NO)的标准摩尔生成格为一355J·mol-,计算爆炸反应的表征摩尔反应格 解:△,Hm=10△H9H,Og+12△:H9[CO2(g-4△H9[CHNO方)
3.5 已知 Cl-1的标准摩尔生成焓为-167.5 kJ·mol-1计算 l mol HCl ( g ) 溶于足量的水释放多 少热?[注] 计算得到的值为氯化氢的溶解热:HCl ( g )的标准摩尔生成焓可从表中查获。 假设水量的多少与水合反应的程度无关(事实上是有关的, 因此溶解热的数值通常设定为无 限稀释。) 解: ΔrHm =ΔrHm [Cl-1 (aq)] - ΔfHm [HCl (g)] =[-167.5-(-92.307)] kJ/mol =-75.2 kJ/mol 答:l mol HCl 溶于足量的水释放的热量为-75.2 kJ。 评注:如果答 1 mol HCl(g)溶于足量的水释放的热量为-75.2 kJ·mol-1 就有 2 处错误。 3.6 用标准摩尔生成焓的数据计算 SiF4(g)与足量 H2O (l)反应生成 SiO2(s)和 HF ( g )的摩尔反应 焓。 解: 反应方程式为 SiF4(g) + 2H2O (l) = SiO2(s) + 4HF( g ) ΔrHm =ΔfHm [SiO2(s)]+4ΔfHm [HF( g )]-ΔfHm [SiF4(g)]-2ΔfHm [H2O (l)] =[-910.94+4×(-271.1)-(-1615.0)-2×(-285.830)] kJ/mol =191.32 答:摩尔反应焓为 191.32 kJ·mol-1 (SiF4(g)标准摩尔生成焓的数据来源:《实用化学手册》,科学出版社,第一版) 3.7 用下列数据并查相关数据表计算石灰岩[以 CaCO3(方解石)计]被 CO2(g)溶解发育成喀斯特地 形的如下反应的标准摩尔反应焓: CaCO3 (s) + CO2(g)+ H2O(l) =Ca 2+ (aq)+2HCO3- (aq) ΔfHm /kJ/mol -543.0 -691.1 解: ΔrHm =ΔfHm [Ca2+ (aq)]+2ΔfHm [HCO3- (aq)]-ΔfHm [CaCO3 (s)]-ΔfHm [CO2(g)] -ΔfHm [H2O (l)] =[-543.0+2×(-691.1)-(-1206.9)-(-393.5)-(-285.8)] kJ/mol =-39.2 kJ/mol 答: 反应的标准摩尔反应焓为-39.2 kJ·mol-1 3.8 火柴头中的 P4S3 (s)燃烧热为-3677 kJ·mol-1[注燃烧产物为 P4O10(s) 和 SO2(s)],查表计 算 P4S3 (s)的标准摩尔生成焓。 解: 反应化学方程式为 P4S3 (s) + 8O2(g)=P4O10(s) + 3SO2(s) ΔcHm [P4S3 (s)]=ΔfHm [P4O10(s)] + 3ΔfHm [SO2(s)]-ΔfHm [P4S3 (s)] 所以ΔfHm [P4S3 (s)]=ΔfHm [P4O 10(s)]+3ΔfHm [SO2(s)] -ΔcHm [P4S3 (s)] =[2984.0+3×(-296.830-(-3677)] kJ·mol-1 =-197.4 kJ·mol-1 答:P4S3 (s)的标准摩尔生成焓为-197.4 kJ·mol-1。 3.9 诺贝尔(Alfred Nobel 1833-1896) 发明的炸药爆炸,可使产生的气体因热膨胀体积增大 1200 倍,其化学原理是硝酸甘油发生如下分解反应: 4C3H5(NO3)3 (l) = 6N2 (g) + 10H2O(g) + 12CO2 (g) + O2 (g) 已知 C3H5 (NO3)3 (l)的标准摩尔生成焓为-355 kJ·mol-1,计算爆炸反应的表征摩尔反应焓 解: ΔrHm =10ΔfHm [H2O(g)]+12ΔfHm [CO2 (g)] -4ΔfHm [C3H5 (NO3)3 (l)]
=[10×(-241.818+12×(-393.505)-4×(-3551kJm0d =-5.72×102k灯·mol-1 答:爆炸反应的标准摩尔反应焓为-5.72×10k·m0l 3.10生石灰的水化反应放出的热足以将纸张者火或鸡蛋煮熟。查表计算500g(1市斤)生石灰(S) 与足量的水生成熟石灰(s)放出的热(注:可忽咯溶解反应)。 解:△,Hm=△H [Ca(OH)(s】-△rHeH,O)-△H [Ca0(s】 =-985.2)--285.83)--635.091kJ·m0l-1 643k. mol-1 56g-m0Fx(-64.3k/:mo=-574.1W 500g Qe=n△,H= 答:500g(1市斤)生石灰(S)与足量的水生成熟石灰(s)放出一574.1kJ的热最。(CaOH(s)标准摩 尔生成治的数据来源 《实用化学手册) 科学出版社,第一版) 3,.1生命体的热源通常以摄入的供热物质折合成葡萄燃烧释放的热最。 已知葡萄糖(C,H,O) (s)]的标准摩尔生成治为一1273k」·ol.利用本书附表数据计算它的燃烧热. 解:反应的化学方程式为CH,0.(s+6O2(g)=6C02(g+6H,0) △,H=6△He[CO2(g)1+6△HeHO1)1-△,He IC H,Os1 =6×(-393.505+6×(-285.83)--12731kJ·m0l- -2803·mol- 答:它的燃烧热是2803kJ·mol-1 评注:题面的燃烧”是一种不确切的用词,“燃烧”是发光放热的激烈氧化还原反应,体内的 葡萄糖氧化反应显然不是激烈氧化还原反应。并不发光。 3.12经测定,葡萄糖完全氧化反应 +602(g)= CO(600的标准摩尔反应自 由能为-2840·mol- ,试查出产物的标准生成自由 ,计算葡萄糖的标准摩尔生成自由 能。将所得数据与上题的生成焓数据作比较。 解:△G8ICH20.(s=6△G9[C02(g】+6△G9H200]-△,G8 =[6×(-394.359+6X(-237.129)-(-2840)1kJ·mol- =-04gkmol-1 标准摩尔生成自由能为 9k·mo',比上题生成格数据相比较 答:萄萄糖的标准摩尔生成自由能为=一949k·m0~',而上题给出的葡萄糖标准摩尔生成治 为-1273kJ/mol. 3.13己知从、N0和02的解离始分别为941.7、631.8和493.7mol,仅利用这些数据判 断NO在常温常压下能香自发分解 解:△Hm=2△s*H8NO(g】-△H8【O(g】一△*HN:(g =2×631.8-941.7-493.11kJ·mol- =-171.2kJ。m0l-1<0 反应2NO=,+O,是个焰变不大的反应,故其自发性可用始变来衡量,该反应放热,故NO 在常温常压下能自发分解 评注:这只是热力学趋势,并未讨论在动力学上是否事实上发生。 3.14预计下列反应是熵增反应还是熵减反应?不能预计的通过标准熵进行计算
=[10×(-241.818)+12×(-393.505)-4× (-355)] kJ/mol =-5.72×10 3 kJ·mol-1 答:爆炸反应的标准摩尔反应焓为-5.72×10 3 kJ·mol-1 3.10 生石灰的水化反应放出的热足以将纸张着火或鸡蛋煮熟。查表计算 500g(1 市斤)生石灰(s) 与足量的水生成熟石灰(s)放出的热(注:可忽略溶解反应)。 解: ΔrHm =ΔfHm [Ca(OH)2(s)] -ΔfHm [H2O (l)] -ΔfHm [CaO (s)] =[(-985.2) -(-285.83) -(-635.09)] kJ·mol-1 =-64.3 kJ·mol-1 Qp=nΔrHm = 1 1 500 ( 64.3) 574.1 56 g kJ mol kJ g mol - - ¥ - × = - × 答:500g( l 市斤)生石灰(s)与足量的水生成熟石灰(s)放出-574.1kJ 的热最。(Ca(OH)2(s))标准摩 尔生成治的数据来源:《 实用化学手册》 ,科学出版社,第一版) 3.11 生命体的热源通常以摄入的供热物质折合成葡萄糖燃烧释放的热最. 已知葡萄糖[(C6H12O6) (s)]的标准摩尔生成治为-1273 kJ·mol-1.利用本书附表数据计算它的燃烧热. 解:反应的化学方程式为 C6H12O6(s)+6O2 (g)=6 CO2 (g)+6 H2O (l) ΔrHm =6ΔfHm [CO2 (g)] +6ΔfHm [H2O(l)] -ΔfHm [C6H12O6(s)] =[6×(-393.505)+ 6×(-285.83) -(-1273)] kJ·mol-1 =-2803 kJ·mol-1 答:它的燃烧热是 2803 kJ·mol-1 评注:题面的“燃烧”是一种不确切的用词,“燃烧”是发光放热的激烈氧化还原反应,体内的 葡萄糖氧化反应显然不是激烈氧化还原反应.并不发光。 3.12 经测定,葡萄糖完全氧化反应:C6H12O6(s)+6O2 (g)=6 CO2 (g)+6 H2O (l)的标准摩尔反应自 由能为-2840kJ·mol-1,试查出产物的标准生成自由能,计算葡萄糖的标准摩尔生成自由 能。将所得数据与上题的生成焓数据作比较。 解 :ΔfGm [C6H12O6(s)]=6ΔfGm [CO2 (g)] +6ΔfGm [H2O(l)] -ΔrGm =[6×(-394.359)+ 6×(-237.129)-(-2840)] kJ·mol-1 =-949 kJ·mol-1 标准摩尔生成自由能为=-949 kJ·mol-1,比上题生成焓数据相比较小. 答:萄萄糖的标准摩尔生成自由能为=-949 kJ·mol-1,而上题给出的葡萄糖标准摩尔生成治 为-1273kJ/mol。 3.13 已知 N2、NO 和 O2 的解离始分别为 941.7 、631.8 和 493.7 kJ· mol-1,仅利用这些数据判 断 NO 在常温常压下能否自发分解。 解: ΔrHm =2Δ 解离 Hm [NO (g)] -Δ 解离 Hm [O2 (g)] - Δ 解离 Hm θ [N2 (g)] =[2×631.8-941.7-493.1] kJ·mol-1 =-171.2 kJ·mol-1<0 反应 2NO= N2+ O2 是个熵变不大的反应,故其自发性可用始变来衡量.该反应放热,故 NO 在常温常压下能自发分解。 评注:这只是热力学趋势,并未讨论在动力学上是否事实上发生。 3.14 预计下列反应是熵增反应还是熵减反应?不能预计的通过标准熵进行计算
(1)葡萄糖燃烧:(2)乙炔燃烧:(3)碳酸氢钠分解:(4)铁丝燃烧(5)甲烷与 水蒸气反应生成水煤气(steam ga 一C0与由的混合气体):(6)甲烷与氧气反应生成合成气 (syngas- C0与出的混合气体, 解:(1)熵增反应: 由5.23,24题中标准摩尔反应自由能和标准摩尔反应始数据计算可知 TA,S8=△,H2-△,G8=[-2803-(-28401·mol-'0 所以△,S90,反应是熵增反应: (2减反应, (3)熵增反应 (4)痛减反应 (5墙增反应: (6焰增反应 3.15查阅热力学数据表,试回答,若在常温下将碳(石墨)氧化为一氧化碳的反应做成燃烧电 池,这个电池可以提供的最大电能多大?在电池放电时,吸热还是放热?这个电池的变多 大?是正值还是负值?由此题你对焓的概念有什么新的认识? 解:(1)wmax=-△.G9=-△,G9IC0(g=137.2kJ·mol (2)△rS9=S哈C0(g】-1/2sO(g】-SC(石墨 =197.674 n×205138- 5.7401J-mol-K- -89.365 Jmol-1-K-I ∴Q=T△S9=298K×89.365Jmol-K-1=26.23Jmol 反应吸热 (3)△,H8=T△S9+△:G8 =(26.23-137.168)k·mol-'=-10.54k·mol-'<0 (4) △,HR,H9-TA,S9+△,G8 因为Q=T△S W有=一△,G台 所以△,He=O+W有 当W=0时,△,H8=Q 即△H是在不做有用功的条件下洲里的反应 答: 这个电池可以提供 大电能为137.2 m0,在电池放电时吸热:这个电池的变 为-10.5k·mol放热:△H是在不傲有用功的条件下侧量的反应热。 评注:此题意在提醒解题人:(1)不要忘记格变是不做有用功条件下的等压热效应:(2)当自 由能变化大于格变时.电池的理论效率(△G1△H)大于1。(3)许多人以为.原电池是化学 能转变为电能的装置,因此电池能够提供的最大电功应该在理论上等于化学反应释放的热能, 通过此题可以认识到这种说法是错误的,自由能变不等于格变。格变绝对值大于自由能变化 时,电池的 论效低于1, 一部分化学能将以热的形式释放,变绝对值小于自由能变化 时,电池理论效率大于1,单靠化学能不够,电池还要吸热来提供能量来做功。 3.16碘钨灯因在灯内发生如下可逆反应: W(s)+(g)=W(g 确惑气与扩散到玻璃内壁的钨会反应生成确化钨气体,后者扩散到鹤丝附近会因钨丝的高温 而分解出钙重新沉积到钨丝上去,从而可延长灯丝的使用寿命。 己知在298K时: w(s) WL(g) (g)
( l )葡萄糖燃烧:( 2 )乙炔燃烧:( 3 ) 碳酸氢钠分解:( 4 )铁丝燃烧( 5 )甲烷与 水蒸气反应生成水煤气(steam gas-CO 与 H2 的混合气体); ( 6 )甲烷与氧气反应生成合成气 (syngas-CO 与 H2 的混合气体)。 解:( l )熵增反应: 由 5.23 , 24 题中标准摩尔反应自由能和标准摩尔反应始数据计算可知 TΔrSm =ΔrHm -ΔrGm =[-2803-(-2840)] kJ·mol-1>0 所以ΔrSm >0 ,反应是熵增反应; ( 2 )熵减反应; ( 3 )熵增反应; ( 4 )熵减反应; ( 5 )熵增反应; ( 6 )熵增反应。 3.15 查阅热力学数据表,试回答,若在常温下将碳(石墨)氧化为一氧化碳的反应做成燃烧电 池,这个电池可以提供的最大电能多大?在电池放电时,吸热还是放热?这个电池的焓变多 大?是正值还是负值?由此题你对焓的概念有什么新的认识? 解: ( 1 ) Wmax=-ΔrGm =-ΔrGm [CO (g)]=137.2 kJ·mol-1 ( 2 ) ΔrSm =Sm [CO (g)] -1/2Sm [O2 (g)] -Sm [C(石墨)] =[197.674-1/2×205.138-5.740] J·mol-1 ·K -1 =89.365 J·mol-1 ·K -1 ∴Q = TΔrSm =298K×89.365 J·mol-1 ·K -1 =26.23 J·mol-1 反应吸热 ( 3 ) ΔrHm =TΔrSm +ΔrGm =(26.23-137.168) kJ·mol-1=-110.54 kJ·mol-1<0 ( 4 ) ΔrHm ΔrHm =TΔrSm +ΔrGm 因为 Q =TΔrSm W 有用=-ΔrGm 所以ΔrHm =Q+ W 有用 当 W 有用=0 时,ΔrHm =Q 即 ΔH 是在不做有用功的条件下洲里的反应热。 答: 这个电池可以提供的最大电能为 137.2 kJ·mol-1,在电池放电时吸热;这个电池的焓变 为-110.5 kJ·mol-1 放热;ΔH 是在不傲有用功的条件下侧量的反应热。 评注:此题意在提醒解题人:( l )不要忘记焓变是不做有用功条件下的等压热效应;( 2 )当自 由能变化大于焓变时.电池的理论效率(ΔG /ΔH )大于 1。( 3 )许多人以为.原电池是化学 能转变为电能的装置, 因此电池能够提供的最大电功应该在理论上等于化学反应释放的热能。 通过此题可以认识到这种说法是错误的,自由能变不等于焓变.焓变绝对值大于自由能变化 时,电池的理论效率低于 1,一部分化学能将以热的形式释放,焓变绝对值小于自由能变化 时,电池理论效率大于 1 ,单靠化学能不够,电池还要吸热来提供能量来做功。 3.16 碘钨灯因在灯内发生如下可逆反应: W ( s ) + I2 ( g )=W I2 ( g ) 碘蒸气与扩散到玻璃内壁的钨会反应生成碘化钨气体,后者扩散到钨丝附近会因钨丝的高温 而分解出钨重新沉积到钨丝上去,从而可延长灯丝的使用寿命。 已知在 298K 时: W ( s ) W I2 ( g ) I2 ( g )
△G9/kJ·mol-l 0 -837 19.327 Se/Jmol-1.K-1 335 251 26069 a)设玻璃内壁的温度为623K,计算上式反应的△,G(623K) b)估算W(g)在钨丝上分解所需的最低温度 △,S9(298K)尸S9Wh(g-S9W(s】-S9(g)刀 =251-260.69-33.5]Jmol-lK =-43.1gm0d-1K- 27·mol -27.697·mo △,H9(298K)=T△S9(298K+△,G9(2980 =298KX(-43.19Jmol-lK-'+H-27.697) =-40.57 kJ.mol- △,G(623K)=△,H(298K-T△rS9(298K) 40.57kW·mol -623K×(-43.19Jmol-K- b)T= △,H9298B.490810小mo = 4S(298) -43.19J小m01-K=939m 答:上式反应的△,G9(623K)为-13.49kJ·ml,W(g)在鹤丝上分解所需的最低温度为 939K 3.17用凸透镜聚集太阳光加热倒置在液汞上的装满液汞的试管内的氧化汞。使氧化汞分解出氧 气,是拉瓦锡时代的古老实验。试从书后附录查出氧化汞、氧气和液汞的标准生成烙和标 准嫡,估算:使氧气的压力达到标态压力和1kP阳所需的最低温度(忽路汞的蒸气压) 并估计为使氧气压力达1kP 试管的长度至少 多长 解: △,H298.15K)= -△rle(s,红=90.83·mol-1 △S9(298.15K)=S9Hg0t1/2SO2(g月-SgHg0s,红 =76.02+1×205.138-70.29J-mol.K =108.3jmod-1K-1 要使氨气到标态压期低 Tmm=△S8(298) =1083mo-K -=8395 要使氧气压力在1kPa时刚好分解: △,G8=△,H9(298.15K)-T△,S9(298.15K)+RTmlnp/p=0 则:Tm=△,5g-RinP/po △.He 90.83×103J.m0l- 108.3J-mol-K-1-8.314lnlkPa/101kPa 当氧气压力达IkPa时,试管的长度至少为 L.01x103-1x10P 136x10 m'x9.8IN 答:使氧气的压力达到标态压力所需的最低沮度为839外 使氧气的压力达IkP所需的最低温 度为620K:估计为使氧气压力达1kPa,试管的长度至少0.70m
ΔfGm / kJ·mol-1 0 -8.37 19.327 Sm / J·mol-1 ·K -1 33.5 251 260.69 a )设玻璃内壁的温度为 623K ,计算上式反应的ΔrGm ( 623K )。 b )估算 W I2 ( g )在钨丝上分解所需的最低温度。 解: ΔrSm ( 298K )= Sm [W I2 (g)] - Sm [W ( s )] - Sm [I2 ( g ) ] =[251-260.69-33.5] J·mol-1 ·K -1 =-43.19 J·mol-1 ·K -1 ΔrGm (298K)= ΔfGm [W I2 (g)] -ΔrGm [I2 ( g ) ] =(-8.37-19.327) kJ·mol-1 =-27.697 kJ·mol-1 ΔrHm (298K)=TΔrSm (298K)+ ΔrGm (298K) =298K×(-43.19 J·mol-1 ·K -1)+( -27.697) =-40.57 kJ·mol-1 ΔrGm (623K)= ΔrHm (298K) -TΔrSm (298K) =- 40.57 kJ·mol-1-623K×(-43.19 J·mol-1 ·K -1) = -13.49 kJ·mol-1 b ) Tmin= = =939K 答: 上式反应的ΔrGm (623K)为-13.49 kJ·mol-1,W I2 (g)在钨丝上分解所需的最低温度为 939K。 3.17 用凸透镜聚集太阳光加热倒置在液汞上的装满液汞的试管内的氧化汞.使氧化汞分解出氧 气,是拉瓦锡时代的古老实验。试从书后附录查出氧化汞、氧气和液汞的标准生成焓和标 准熵,估算:使氧气的压力达到标态压力和 1 kPa 所需的最低温度(忽略汞的蒸气压), 并估计为使氧气压力达 1kPa ,试管的长度至少多长? 解: ΔrHm (298.15K)= -ΔfHm [HgO(s,红)]=90.83 kJ·mol-1 ΔrSm ( 298.15K )= Sm [Hg(l)]+1/2 Sm [O2 ( g )] - Sm [HgO(s,红)] = 1 1 1 76.02 205.138 70.29 J mol K 2 Ê ˆ + ¥ - × × Á ˜ Ë ¯ =108.3 J·mol-1 ·K -1 要使氧气的压力达到标态压力所需的最低温度 Tmin= = =839K 要使氧气压力在 1kPa 时刚好分解: ΔrGm =ΔrHm (298.15K) -TΔrSm (298.15K)+RTminlnp/p =0 则: Tmin= = 当氧气压力达 1kPa 时,试管的长度至少为 h min= = 答:使氧气的压力达到标态压力所需的最低沮度为 839K , 使氧气的压力达 1kPa 所需的最低温 度为 620K;估计为使氧气压力达 1kPa,试管的长度至少 0.70m 。 ΔrHm (298) ΔrSm (298) -40.57×10 3 J• mol-1 -43.19 J• mol-1•K -1 ΔrHm (298) ΔrSm (298) 90.83 ×10 3J• mol-1 108.3J• mol-1•K -1-8.314ln1kPa/101kPa ΔrHm ΔrSm -RlnP/P 90.83×10 3J• mol-1 108.3J• mol-1•K -1 Δp ρ·g (1.01×10 5-1×10 3)Pa 13.6×10 3kg• m 3×9.81N• kg-1