1、東北大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)習(xí)題課（二）,徐 燕 ,第二章 化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ),知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí) 自測(cè)習(xí)題,基本概念： 體系：熱力學(xué)中被研究的對(duì)象。 環(huán)境：體系外與其密切相關(guān)的部分。 敞開(kāi)體系：與環(huán)境有物質(zhì)交換也有能量交換。 封閉體系：與環(huán)境無(wú)物質(zhì)交換有能量交換。 孤立體系：與環(huán)境無(wú)物質(zhì)、能量交換。 狀態(tài)：體系的宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn) 狀態(tài)函數(shù)：描述體系性質(zhì)的物理量 (如p,V,T) 特點(diǎn)：一個(gè)狀態(tài)函數(shù)就是體系的一種性質(zhì)； 狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)值一定； 狀態(tài)變化時(shí),狀態(tài)函數(shù)的變化值只與始態(tài)、 終態(tài)有關(guān),而與變化途徑無(wú)關(guān)。 廣度性質(zhì)：與物質(zhì)的量有關(guān)，具加和性。 強(qiáng)度性質(zhì)：與物質(zhì)的量無(wú)關(guān)，不具加和性。 例如：氣體體積，V=

2、Vi，物質(zhì)的量，n=ni，具有加和性。 溫度T是強(qiáng)度性質(zhì)，密度與物質(zhì)的量無(wú)關(guān)，是強(qiáng)度性質(zhì)。,一、知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí),過(guò)程和途徑 過(guò)程（process）：體系的狀態(tài)發(fā)生變化，從始態(tài)變成終態(tài)，稱(chēng)為體系發(fā)生了一個(gè)過(guò)程。 “過(guò)程”分類(lèi)：恒溫過(guò)程、恒壓過(guò)程、恒容過(guò)程等 途徑（path）：發(fā)生過(guò)程所經(jīng)歷的具體步驟。,298K,101.3kPa,298K,506.5kPa,恒溫過(guò)程,途徑（ii）,375K,101.3kPa,375K,506.5kPa,恒溫過(guò)程,途徑（i）,恒壓過(guò)程 途徑（i）,恒壓過(guò)程 途徑（ii）,實(shí)際過(guò)程,熱力學(xué)能（內(nèi)能）U 內(nèi)能的絕對(duì)值無(wú)法測(cè)定，內(nèi)能的變化量可以由變化過(guò)程中系統(tǒng)和環(huán)境所交換的

3、熱和功來(lái)確定。 熱和功 熱（heat）由于溫度不同而在體系和環(huán)境之間交換或傳遞的能量。 功（work）除“熱”之外，其它形式被傳遞的能量。 熱和功的符號(hào)： 體系從環(huán)境吸熱：Q0，取“+”號(hào)； 體系向環(huán)境放熱：Q0，取“+”號(hào)； 體系對(duì)環(huán)境做功：W0，取“-”號(hào)。 問(wèn)題：熱和功是不是狀態(tài)函數(shù)？其變化值與途徑是否有關(guān)？ 答：熱和功都不是狀態(tài)函數(shù)，其變化值與途徑有關(guān)。,2. 四大熱力學(xué)函數(shù) U 、 H 、 S 、 G （1） 互相關(guān)系 ： H = U + PV G = H - TS （2） 性質(zhì)1）皆為狀態(tài)函數(shù)，廣度性質(zhì)；2）S 可測(cè)定絕對(duì)值， U 、 H 、 G 皆不可。 （3）物質(zhì)的 rHm r

4、Sm rGm 單位： kJmol -1 Jmol -1 K -1 kJmol -1 （4） 化學(xué)反應(yīng)的 rHm rSm rGm rHm = vi fHm （ 生成物 ） - vi fHm （ 反應(yīng)物 ）rSm = vi Sm（ 生成物 ） - vi Sm（ 反應(yīng)物 ） rGm = vi fGm （ 生成物 ）- vi fGm （ 反應(yīng)物 ） （5）吉布斯一赫姆霍茲方程G = H - TS （等溫、封閉體系） rGm = rHm - TrSm （等溫、封閉體系）,formation reaction combustion,3. 熱力學(xué)三大定律 （1）第一定律: 即熱現(xiàn)象領(lǐng)域的 “ 能量守恒與轉(zhuǎn)化

5、定律 ” 。解決過(guò)程中的 “ 能量交換 ” 問(wèn)題。 公式：U = Q + W其中：U = Q v （ 恒容 ， 不做其他功 ）H = Qp（ 恒壓 ， 不做其他功 ）H = U + pV （ 等壓 ）利用 “ 蓋斯定律 ” 計(jì)算反應(yīng)熱 。 （2）第二定律（熵增加原理） 封閉體系在等溫、等壓、不做其他功條件下，吉布斯自由能減小（ G 0 ）的過(guò)程可自發(fā)進(jìn)行。用于判斷過(guò)程自發(fā)的方向：G 0 逆反應(yīng)自發(fā)G = 0 平衡態(tài)（可逆過(guò)程） （3）第三定律任何純物質(zhì)的完美晶體的 S m = 0 。,一、判斷題 1. 等壓過(guò)程中，體系吸收的能量為體系內(nèi)能的增加與體系對(duì)外做功的能量之和。 2. 若恒壓過(guò)程中，Q

6、p =-150 kJmol-1，W =310 kJmol-1，則U=-150 kJmol-1。 3. 體積恒定的過(guò)程，其反應(yīng)熱數(shù)值上等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化量。 4. 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化的途徑無(wú)關(guān)。 5. 反應(yīng)的焓變和反應(yīng)熱是同一概念。 6. 化學(xué)反應(yīng)的焓變 rHm數(shù)值上等于恒壓狀態(tài)下的反應(yīng)熱效應(yīng)。 7. 某溫度下，容器中充有2.0 mol N2(g)和1.0 mol Ar(g)。若混合氣體的總壓力p = 1.5 kPa，則Ar (g) 的分壓pAr = 0.5 kPa。 ,二、自測(cè)習(xí)題,8. 系統(tǒng)和環(huán)境既是客觀存在，又是人為劃分。 9. 系統(tǒng)的狀態(tài)改變時(shí)，至少有

7、一狀態(tài)函數(shù)改變。 10. H0, S0的反應(yīng)是在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)。 二、選擇題 1. 混合氣體中的某組分，25 度時(shí)的含量為10%（體積），分壓為101325Pa，在體積不變的條件下，溫度升高一倍后，其體積百分?jǐn)?shù)為原來(lái)的_A_，分壓為原來(lái)的_B_倍。 A 1； B2； C0.5； D4。 2. 一定溫度下，將等物質(zhì)的量的氣態(tài)CO2和O2裝入同一容器中，則混合氣體的壓力等于_C_。 A. CO2單獨(dú)存在時(shí)的壓力； B. O2單獨(dú)存在時(shí)的壓力； C. CO2和O2單獨(dú)存在時(shí)的壓力之和； D. CO2和O2單獨(dú)存在時(shí)的壓力之積。,3. 室溫下在裝有48 g O2，56 g N2 的容器中

8、，O2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為_(kāi)C_。 4/9 B.1/3 C.3/7 D.2/9 4. 25，總壓為100 kPa，充有36 g H2，28 g N2 的容器中，H2的分壓為_(kāi)A_。 A. 94.7 kPa B.94.7 Pa C. 5.26 kPa D. 5.26Pa 5. 封閉體系與環(huán)境之間_D_。 A既有物質(zhì)交換，又有能量交換； B有物質(zhì)交換，無(wú)能量交換； C既無(wú)物質(zhì)交換，又無(wú)能量交換； D無(wú)物質(zhì)交換，有能量交換。,6. 下列物理量中，可以確定其絕對(duì)值的為 _D_。 AH BU CG DS 7. 下列物理量中不屬于狀態(tài)函數(shù)的是_B_。 AH BW CG DS 8. 對(duì)于一般化學(xué)反應(yīng)，熱力學(xué)第一

9、定律中的功，通常為_(kāi)D_。 A. 表面功 B.膨脹功 C. 壓縮功 D. 體積功 9. 在298K，101.3kPa下，1mol水經(jīng)等溫等壓過(guò)程蒸發(fā)為同樣條件下的水蒸氣，體系及環(huán)境的熵變應(yīng)為：( C ) A. 體0； C. 體0；環(huán)0；環(huán)0。 10. 下列各量可稱(chēng)為強(qiáng)度性質(zhì)的是 （ D ） A. G； B. U； C. V； D. ,11. 關(guān)于熵，下列敘述中正確的是 ( C ) A. 298K時(shí)，純物質(zhì)的Sm =0； B.一切單質(zhì)的Sm=0； C. 對(duì)孤立體系而言，Sm 0的反應(yīng)總是自發(fā)進(jìn)行的； D. 在一個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，隨著生成物的增加，熵變?cè)龃蟆?12. 化學(xué)反應(yīng) 是放熱反應(yīng)，下列說(shuō)法正確

10、的是（ D）。 A. 反應(yīng)在任意溫度下都自發(fā)； B. 反應(yīng)在任意溫度下都不自發(fā)； C. 僅在高溫下自發(fā)； D. 僅在低溫下自發(fā)。 13. 對(duì)于反應(yīng) ，其熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)應(yīng)為（C ）。17頁(yè)倒數(shù)第4行 A.100kPa,298K ； B. 100kPa ； C.100kPa ，純物質(zhì)； D. 100kPa，298K，純物質(zhì)。,14. 1 mol理想氣體，從同一始態(tài)出發(fā)經(jīng)過(guò)絕熱可逆壓縮和絕熱不可逆壓縮到系統(tǒng)壓力相同的終態(tài)，終態(tài)的熵分別為S1和S2，則兩者關(guān)系為（ B ） A. S1 = S2 B. S1 S2 C. S1 S2 D. S1 S2 始終態(tài)相同時(shí)，不可逆過(guò)程的熵變大于可逆過(guò)程 15. 根據(jù)

11、熵增加原理知，若從S 0判定過(guò)程一定是自發(fā)過(guò)程，那么該系統(tǒng)一定是（ C ） A. 封閉系統(tǒng) B. 絕熱系統(tǒng) C. 隔離系統(tǒng) D. 敞開(kāi)系統(tǒng) 16. 下列物質(zhì)中，fHm不等于0的是（D） Fe(s) B. C(石墨) C. Ne(g) D. Cl(l) 17. 將固體硝酸銨溶于水，溶液變冷，則該過(guò)程G、H、S的符號(hào)依次是（D） +,-,- B. +,+,- C.-,+,- D. -,+,+,18. 下列反應(yīng)中，rGm等于產(chǎn)物的fGm的是（C） Ag+(aq)+Br-(aq)=AgBr(s) B. 2Ag(s)+Br2(l)=2AgBr(s) C. Ag(s)+1/2Br2(l)=AgBr(s)

12、D. Ag(s)+1/2Br2(g)=AgBr(s) 19. 下列反應(yīng)中， rSm最大的是（C） A. C(s)+O2(g)=CO2(g) B. 2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) C. 2NH3(g)=3H2(g)+N2(g) D. CuSO4(s)+5H2O(l)=CuSO45H2O 20. 下列過(guò)程中， G=0的是（A） 氨在水中解離達(dá)平衡 B. 理想氣體向真空膨脹 C. 乙醇溶于水 D. 炸藥爆炸,三、填空題： 1. 按系統(tǒng)與環(huán)境之間物質(zhì)及能量的傳遞情況，系統(tǒng)可分為_(kāi)敞開(kāi) 系統(tǒng)、_封閉 系統(tǒng)、_孤立_系統(tǒng)。 2. 描述系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)的熱力學(xué)能變與功和熱的關(guān)系式是 U = Q+W

13、 。系統(tǒng)從環(huán)境吸熱時(shí)，Q _ _0，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做功時(shí)，W _ _0。 3. 等溫等壓。只做體積功的反應(yīng)，Qp = _H _,而恒容反應(yīng)時(shí)，Qv = _U _。 4. 熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)取決于 狀態(tài)函數(shù)；反之，如果系統(tǒng)的 狀態(tài)函數(shù) 全部都有確定的值，則系統(tǒng)的狀態(tài) 確定的。 5. 狀態(tài)函數(shù)與非狀態(tài)函數(shù)本質(zhì)上的區(qū)別在于：狀態(tài)函數(shù)的 變化量只取決于系統(tǒng)變化過(guò)程的初始狀態(tài)和最終狀態(tài)，而非狀態(tài)函數(shù) 的變化與過(guò)程變化的具體途徑有關(guān) 。,4. 設(shè)有10molN2(g)和20molH2(g)在合成氨裝置中混合，反應(yīng)后有5molNH3(g)生成，試分別按下列反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)（vB）和物質(zhì)的量的變化nB計(jì)

14、算反應(yīng)進(jìn)度并做出結(jié)論。 （1）1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g) （2）N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) 解： (1) 1/2N2(g) + 3/2H2(g)=NH3(g) 反應(yīng)前n/mol 10 20 0 反應(yīng)后n/mol 7.5 12.5 5.0,三、計(jì)算題：,（2） N2(g) + 3H2(g)=2NH3(g) 反應(yīng)前n/mol 10 20 0 反應(yīng)后n/mol 7.5 12.5 5.0,結(jié)論：反應(yīng)進(jìn)度（）值與選用反應(yīng)式中的哪個(gè)物質(zhì)的量的變化來(lái)進(jìn)行計(jì)算無(wú)關(guān)，但與反應(yīng)式的寫(xiě)法有關(guān)。,Q、W、U、H關(guān)系題,作業(yè)題2，9：略 作業(yè)題6.高爐煉鐵中，主要反應(yīng)有：,(1)分別計(jì)算298.15K時(shí)各反應(yīng)的rHm和各反應(yīng)rHm值之和； (2)將上列三個(gè)反應(yīng)式合并成一個(gè)總反應(yīng)方程式，應(yīng)用各物質(zhì)的fHm(298.15K)數(shù)據(jù)計(jì)算總反應(yīng)的rHm ，并與(1)計(jì)算結(jié)果比較，做出結(jié)論。,作業(yè)題12. 阿波羅登月火箭用N2O4(l)作燃料，用N2O4(g)作氧化劑，燃燒后產(chǎn)生N2(g)和H2O(l).寫(xiě)出配平的化學(xué)方程式，利用下列fHm數(shù)據(jù)計(jì)算N2O4(l)的摩