《无机化学及分析化学》课程教学资源（作业习题）第2章 化学反应的一般原理（含答案）

第2章化学反应的一般原理 2-1苯和氧按下式反应： C,H,0+50,g)→6c0,(e)+3H,00 在25℃100kPa下，0.25mol苯在氧气中完全燃烧放出817kJ的热量，求C6H。 的标准摩尔燃烧焓△.H和该燃烧反应的△，U。 解：5=vg△ng=(-0.25mol)(-l)=0.25mol 4,=4,H=4,P=-817W 5025nm-3268u-ml A.U =A,H An RT =-3268 kJ-mol-(6-15/2)×8.314×10-3×298.15]kJ-mol- =-3264kJ.mol 2-5计算下列反应在298.15K的△，H，△，S和A,G,并判断哪些反应能自发 向右进行。 (1)2C0g)+02(g)→2C02(g) (3)Fe,0,(s)+3COg)→2Fe(s)+3C02(g) △，H=2AH(C02,g)-2AH(C0,g) 解：(1) =[2×(-393.509)-2×(-110.525)kJ-mo1 =-565.968 kJ-mol- △，S=2S(C02,g)-2Sa(C0,g)-S(02,g) =2×213.74-2×197.674-205.138Jmo1-.K- =-173.01Jmol-1.K4 A.G=2A.G(C02,g)-2A.G(C0,g) =[2×(-394.359)-2×(-137.168)IkJ-mol =-514.382kmo11 △，G<0,反应能自发向右进行。 △，H=3AH(CO2,g)-3AH(C0,g)-△H(Fe,03,s) (3) =[3×(-393.509)-3×(-110.525)-(-824.2)kJ.mol =-24.8kJmo1-

第 2 章 化学反应的一般原理 2-1 苯和氧按下式反应： O (g) 6CO (g) 3H O(l) 2 15 C H (l) 6 6 + 2 → 2 + 2 在 25 ℃100 kPa 下，0.25 mol 苯在氧气中完全燃烧放出 817 kJ 的热量，求 C6H6 的标准摩尔燃烧焓  cH m 和该燃烧反应的  rU m 。 解： n ( 0.25mol)/( 1) 0.25mol B 1  = B  = − − = − r 1 c m r m 3268kJ mol 0.25mol H 817kJ H H −    = −  − =    =  = -1 -1 3 1 r m r m g 3264kJ mol 3268kJ mol [(6 15/ 2) 8.314 10 298.15]kJ mol U H n RT = −  = −  − −      =  −  − −   2-5 计算下列反应在 298.15 K 的  rHm，  rSm 和  rGm ，并判断哪些反应能自发 向右进行。 (1) 2CO(g) O (g) 2CO (g) + 2 → 2 (3) Fe O (s) 3CO(g) 2Fe(s) 3CO (g) 2 3 + → + 2 解：(1) 1 1 r m f m 2 f m 565.968kJ mol [2 ( 393.509) 2 ( 110.525)]kJ mol H 2 H (CO ,g) 2 H (CO,g) − −    = −  =  − −  −   =  −  1 1 1 1 r m m 2 m m 2 173.01J mol K [2 213.74 2 197.674 205.138]J mol K S 2S (CO ,g) 2S (CO,g) S (O ,g) − − − −     = −   =  −  −    = − − 1 1 r m f m 2 f m 514.382kJ mol [2 ( 394.359) 2 ( 137.168)]kJ mol G 2 G (CO ,g) 2 G (CO,g) − −    = −  =  − −  −   =  −  rG  m  0，反应能自发向右进行。 (3) 1 1 r m f m 2 f m f m 2 3 24.8kJ mol [3 ( 393.509) 3 ( 110.525) ( 824.2)]kJ mol H 3 H (CO ,g) 3 H (CO,g) H (Fe O ,s) − −     = −  =  − −  − − −   =  −  − 

A,S =3S (CO2.g)+2S (Fe,s)-3S (CO.g)-S (Fe2O3.s) =3×21374+2×27.28-3×197.674-87.4-mol-.K =15.4Jmol-1.K △，G8=3A,G(C02,g)-3A,G(C0,g)-△Ga(Fe,0,s) =[3×(-394.359)-3×(-137.168)-(-742.2 jkJ.mol-4 =-29.6kJ.mol- △，G<0,反应能自发向右进行。 2-7不用热力学数据定性判断下列反应的△，S是大于零还是小于零。 (1)Zn(s)+2HCl(aq)>ZnCl2 (aq)+H2(g) (2)CaCO(s)CaO(s)+CO2(g) (3)NH(g)+HCI(g)NH,Cl(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，△，S>0: 反应3)，(4)气体反应后分别生成固体和液体，△，S<0。 2-8计算25C,100kPa下反应CaC0,(s)→Ca0s)+C0,(g)的△H和△，S, 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最低温度。 △，Hm=△rH(CaO,s)+△H(C02,g)-△H(CaC0,s) 解：() =[-393.509-635.09+1206.92Jmo1 =178.32kJ-mo1- △，Sm-S(Ca0,s)+s(C02,g)-sa(CaC0,s) =[39.75+213.74-92.9mol-.K =160.6Jmol-1.K- △，Ga=A,H-TAS =[178.32-298.15×160.6×10-3]kJ-mol- =130.4k1,mol->0

1 1 1 1 r m m 2 m m m 2 3 15.4J mol K [3 213.74 2 27.28 3 197.674 87.4]J mol K S 3S (CO ,g) 2S (Fe,s) 3S (CO,g) S (Fe O ,s) − − − −      =   =  +  −  −    = + − − 1 1 r m f m 2 f m f m 2 3 29.6kJ mol [3 ( 394.359) 3 ( 137.168) ( 742.2)]kJ mol G 3 G (CO ,g) 3 G (CO,g) G (Fe O ,s) − −     = −  =  − −  − − −   =  −  −  rG  m  0，反应能自发向右进行。 2-7 不用热力学数据定性判断下列反应的  rSm 是大于零还是小于零。 (1) Zn(s) 2HCl(aq) ZnCl (aq) H (g) + → 2 + 2 (2) CaCO (s) CaO(s) CO (g) 3 → + 2 (3) NH (g) HCl(g) NH Cl(s) 3 + → 4 (4) CuO(s) H (g) Cu(s) H O(l) + 2 → + 2 解：反应(1)，(2)均有气体产生，为气体分子数增加的反应， rSm  0  ； 反应(3)，(4)气体反应后分别生成固体和液体， rSm  0  。 2-8 计算 25 ℃，100 kPa 下反应 CaCO (s) CaO(s) CO (g) 3 → + 2 的  rHm 和  rSm ， 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最低温度。 解：(1) 1 1 r m f m f m 2 f m 3 178.32kJ mol [ 393.509 635.09 1206.92]kJ mol H H (CaO,s) H (CO ,g) H (CaCO ,s) − −     =  = − − +   =  +  −  1 1 1 1 r m m m 2 m 3 160.6J mol K [39.75 213.74 92.9]J mol K S S (CaO,s) S (CO ,g) S (CaCO ,s) − − − −     =   = + −    = + − 130.4kJ mol 0 [178.32 298.15 160.6 10 ]kJ mol G H T S 1 3 1 r m r m f m =   = −     =  −  − − −   

反应不能自发进行。 (2)4,H>0,4,S。>0,升高温度对反应有利，有利于A,G<0。 (3)反应自发进行的条件为△，G<0 A,G =A,H"-TA S <0 →T4H .17832 4,S8160.6x10-110K 2-11己知下列反应在298.15K的平衡常数，计算反应 2CO(g)+SnO,(s)台Sn(s)+2CO,(g)在298.15K时的平衡常数K。 (1)SnO,(s)+2H,(g)2H,O(g)+Sn(s) K=21 (2)H2O(g)+CO(g）)台H2(g)+C02(g)K=0.034 解：反应(1)+2×(2)为所求反应，根据多重平衡规则： K=K×(K)2=21×0.0342=2.4×10-2 2-13密闭容器中的反应C0(g)+H,O(g)一C0,(g)+H,(g)在750K时其 K=2.6,求： ()当原料气中H0(g)和C0(g)的物质的量之比为1：1时，C0(g)的平衡转化率 为多少？ (2)当原料气中H0(g):C0(g)为4：1时，CO(g)的平衡转化率为多少？说明什 么问题？ CO(g)+H,O(g)CO,(g)+H,(g) 起始n/mol 1 1 0 0 解：(1)V,T不变平衡nmol 1-x 1-x xx ∑n=21-x)+2x=2 平衡分压 papa pa pe K=[p(H2)/P][p(CO,)/p][pH,O)/p]'[p(CO)/p] 26-(2x=0品 a(C0)=62%

反应不能自发进行。 (2) rHm  0  ，rSm  0  ，升高温度对反应有利，有利于 rG m  0  。 (3) 反应自发进行的条件为 rG m  0  1110K 160.6 10 178.32 S H T G H T S 0 3 r m r m r m r m f m =  =      =  −    −     2-11 已知下列 反应在 298.15 K 的 平 衡 常 数 ， 计 算 反 应 2 2 2 ( ) ( ) ( ) 2 ( ) CO g SnO s Sn s CO g +  + 在 298.15 K 时的平衡常数 Kθ。 (1) 2 2 2 1 SnO s H g H O g Sn s K ( ) 2 ( ) 2 ( ) ( ) 21  +  + = (2) 2 2 2 2 H O g CO g H g CO g K ( ) ( ) ( ) ( ) 0.034  +  + = 解：反应(1)+2×(2)为所求反应，根据多重平衡规则： 2 2 2 1 2 K K K( ) 21 0.034 2.4 10    − =  =  =  2-13 密闭容器中的反应 CO(g) H O(g) CO (g) H (g) + 2  2 + 2 在 750 K 时 其 K = 2.6  ，求： (1) 当原料气中 H2O(g)和 CO(g)的物质的量之比为 1∶1 时，CO(g)的平衡转化率 为多少？ (2) 当原料气中 H2O(g)∶CO(g)为 4∶1 时，CO(g)的平衡转化率为多少？说明什 么问题？ 解：(1) V，T 不变 平衡分压 总 总 总 总 平衡 起始 p 2 x p 2 x p 2 1 x p 2 1 x n 2(1 x) 2x 2 n/mol 1 x 1 x x x n / mol 1 1 0 0 CO(g) H O(g) CO (g) H (g) 2 2 2 − − = − + = − − +  +  1 1 2 2 2 K [p(H )/ P ][p(CO )/ p ][p(H O)/ p ] [p(CO)/ p ]     −  − = x 0.62 2 1 x 2 x 2.6 2 2   =      −       = − (CO) = 62%

C0(g)+H,0(g)=C0,(g)+H,(g) 起始n/mol 4 00 (2)V,T不变平衡nmol 1-x4-x ∑n=1-x+4-x+2x=5 平衡分压 l与p。4与pap K=[p(H2)/PlIp(CO)/plIp(HO)/p]-p(CO)/p] 26-(::x=0∞ a(C0)=90% HO(g)的浓度增大，CO(g)的平衡转化率增大，利用廉价的H0(g,使CO(g) 尽量反应完全。 2-15已知尿素C00NH22的△，G=-197.15 kJ.mol-,求下列尿素的合成反应在 298.15K时的△，Ga和K。 2NH(g)+CO,(g)H,O(g)+CO(NH2)2(s) 解： △，Gm=△G(H,0,g)+△Gt(CONH)2,s)-2AG(NH3,g)-△G(CO2,g) =(-228.575-197.15+2×16.45+394.359)kJ-m0l- =1.53kJ.mol- gK=-700=20853285-026,K50 1.53×103 2-18己知反应2S0,(g)+0,(g)→2S0,(g)在427℃和527℃时的K值分别为 1.0×105和1.1×102，求该温度范围内反应的△，H° h10x105-4,He1 i1×10=8314×10427+273,15527+273,15 △，H9=-3.2×102kJ·mol-

(2) V，T 不变 平衡分压 总 总 总 总 平衡 起始 p 5 x p 5 x p 5 4 x p 5 1 x n 1 x 4 x 2x 5 n/mol 1 x 4 x x x n / mol 1 4 0 0 CO(g) H O(g) CO (g) H (g) 2 2 2 − − = − + − + = − − +  +  1 1 2 2 2 K [p(H )/ P ][p(CO )/ p ][p(H O)/ p ] [p(CO)/ p ]     −  − = x 0.90 5 4 x 5 1 x 5 x 2.6 2 1 1   =      −       −       = − − (CO) = 90% H2O(g)的浓度增大，CO(g)的平衡转化率增大，利用廉价的 H2O(g)，使 CO(g) 尽量反应完全。 2-15 已知尿素 CO(NH2)2 的 1 fGm 197.15kJ mol  −  = −  ，求下列尿素的合成反应在 298.15 K 时的  rGm 和 Kθ。 2NH (g) CO (g) H O(g) CO(NH ) (s) 3 + 2  2 + 2 2 解： 1 1 r m f m 2 f m 2 2 f m 3 f m 2 1.53kJ mol ( 228.575 197.15 2 16.45 394.359)kJ mol G G (H O,g) G (CO(N H ) ,s) 2 G (N H ,g) G (CO ,g) − −      =  = − − +  +   =  +  −  −  0.268 2.303 8.314 298.15 1.53 10 2.303RT G lg K 3 r m = −    = −  = −   ，Kθ=0.540 2-18 已知反应 2SO (g) O (g) 2SO (g) 2 + 2 → 3 在 427 ℃和 527 ℃时的 Kθ 值分别为 1.0×105 和 1.1×102，求该温度范围内反应的  rH m 。 解：         −  = −    1 2 r m 2 1 T 1 T 1 R H K K ln       + −  +  = −   −  527 273.15 1 427 273.15 1 8.314 10 H 1.1 10 1.0 10 ln 3 r m 2 5 2 1 rHm 3.2 10 kJ mol  −  = −  