第二章习 题 解 答基本题2-1 苯和氧按下式反应：C 6H 6(l) + 215O 2(g) → 6CO 2(g) + 3H 2O(l) 在25℃100kPa 下，0.25mol 苯在氧气中完全燃烧放出817kJ 的热量，求C 6H 6的标准摩尔燃烧焓∆c H m 和该燃烧反应的∆r U m 。

解： ξ = νB -1∆n B = (-0.25 mol) / ( -1) = 0.25 mol∆c H m = ∆r H m = = -817 kJ / 0.25 mol= -3268 kJ ⋅mol -1∆r U m = ∆r H m - ∆n g RT= -3268 kJ ⋅mol -1 - (6 -15 / 2) ⨯ 8.314 ⨯ 10-3 ⨯ 298.15 kJ ⋅mol -1= -3264 kJ ⋅mol -12-2 利用附录III 的数据，计算下列反应的∆r H m 。

(1) Fe 3O 4(s) + 4H 2(g) → 3Fe(s) + 4H 2O(g)(2) 2NaOH(s) + CO 2(g) → Na 2CO 3(s) + H 2O(l)(3) 4NH 3(g) + 5O 2(g) → 4NO(g) + 6H 2O(g)(4) CH 3COOH(l) + 2O 2(g) → 2CO 2(g) + 2H 2O(l)解： (1) ∆r H m = [4 ⨯ (-241.818) - (-1118.4)] kJ ⋅mol -1= 151.1 kJ ⋅mol -1(2) ∆r H m = [(-285.830) + (-1130.68) - (-393.509) - 2 ⨯ (-425.609)] kJ ⋅mol -1= -171.78 kJ ⋅mol -1(3) ∆r H m = [6 ⨯ (-241.818) + 4 ⨯ 90.25 - 4 ⨯ (-46.11)] kJ ⋅mol -1= -905.5 kJ ⋅mol -1(4) ∆r H m = [2(-285.830) + 2(-393.509) - (-484.5)] kJ ⋅mol -1= -874.1 kJ ⋅mol -12-3 已知下列化学反应的标准摩尔反应焓变，求乙炔(C 2H 2，g)的标准摩尔生成焓∆ f H m 。

(1) C 2H 2(g) + 5/2O 2(g) → 2CO 2(g) + H 2O(g) ∆ r H m = -1246.2 kJ ⋅mol -1(2) C(s) + 2H 2O(g) → CO 2(g) + 2H 2(g) ∆ r H m = +90.9 kJ ⋅mol -1(3) 2H 2O(g) → 2H 2(g) + O 2(g) ∆ r H m = +483.6 kJ ⋅mol -1解：反应2 ⨯ (2) - (1) - 2.5 ⨯ (3)为：ξH r∆2C(s) + H2(g) → C2H2(g)∆f H m (C2H2) = 2 ⨯∆r H m(2) -∆r H m(1) - 2.5∆r H m(3)= [2 ⨯ 90.9 - ( -1246.2) - 2.5 ⨯ 483.6] kJ⋅mol-1= 219.0 kJ⋅mol-12-4 求下列反应在298.15 K的标准摩尔反应焓变∆r H m。

(1) Fe(s)+Cu2+(aq)→Fe2+(aq)+Cu(s)(2) AgCl(s)+Br-(aq)→AgBr(s)+Cl-(aq)(3) Fe2O3(s)+6H+(aq)→2Fe3+(aq)+3H2O(l)(4) Cu2+(aq)+Zn(s) →Cu(s)+Zn2+(aq)解：∆r H m(1) = [-89.1-64.77 ] kJ⋅mol-1= -153.9 kJ⋅mol-1∆r H m(2) = [-167.159 -100.37 - (-121.55) - (-127.068)] kJ⋅mol-1= -18.91 kJ⋅mol-1∆r H m(3) = [2 ⨯ (-48.5) + 3 ⨯ (-285.830) + 824.2] kJ⋅mol-1= -130.3 kJ⋅mol-1∆r H m(4) = [(-153.89) - 64.77] kJ⋅mol-1= -218.66 kJ⋅mol-12-5 计算下列反应在298.15K的∆r H m，∆r S m和∆r G m，并判断哪些反应能自发向右进行。

(1) 2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g)(2) 4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)(3) Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g)(4) 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)解：(1) ∆r H m = [2 ⨯ (-393.509) - 2 ⨯ (-110.525)] kJ⋅mol-1= -565.968 kJ⋅mol-1∆r S m = [2 ⨯ 213.74 - 2 ⨯ 197.674 - 205.138] J⋅mol-1⋅K-1= -173.01 J⋅mol-1⋅K-1∆r G m = ∆r H m -T⋅∆r S m= [-565.968 - 298.15 ⨯ (-173.01 ⨯ 10-3)] kJ⋅mol-1⋅K-1= -514.385kJ⋅mol-1 < 0，反应自发。

(2) ∆r H m = [6 ⨯ (-241.818) + 4 ⨯ 90.25 - 4 ⨯ (-46.11)] kJ⋅mol-1= -905.5 kJ⋅mol-1∆r S m = [6 ⨯ 188.825 + 4 ⨯ 210.761 - 5 ⨯ 205.138 - 4 ⨯ 192.45] J⋅mol-1⋅K-1 = 180.50 J⋅mol-1⋅K-1∆r G m = ∆r H m -T⋅∆r S m= [-905.5- 298.15 ⨯ 180.50 ⨯ 10-3 ] kJ⋅mol-1= -959.3kJ⋅mol-1 < 0，反应自发。

(3) ∆r H m = [3 ⨯ (-393.509) - 3 ⨯ (-110.525) - (-824.2)] kJ⋅mol-1= -24.8 kJ⋅mol-1∆r S m = [3 ⨯ 213.74 + 2 ⨯ 27.28 - 3 ⨯ 197.674 - 87.4] J⋅mol-1⋅K-1= 15.4 J⋅mol-1⋅K-1∆r G m = ∆r H m -T⋅∆r S m= [-24.8 - 298.15 ⨯ 15.4 ⨯ 10-3 ] kJ⋅mol-1= -29.4kJ⋅mol-1 < 0，反应自发。

(4) ∆r H m = [2 ⨯ (-395.72) - 2 ⨯ (-296.830)] kJ⋅mol-1= -197.78kJ⋅mol-1∆r S m = [2 ⨯ 256.76 - 205.138 - 2 ⨯ 248.22] J⋅mol-1⋅K-1= -188.06J⋅mol-1⋅K-1∆r G m = ∆r H m -T⋅∆r S m= [-197.78 - 298.15 ⨯ (-188.06 ⨯ 10-3) ] kJ⋅mol-1= -141.71kJ⋅mol-1< 0，反应自发。

2-6 由软锰矿二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法：(1) MnO2(s) + 2H2(g) → Mn(s) + 2H2O(g)(2) MnO2(s) + 2C(s) → Mn(s) + 2CO(g)上述两个反应在25℃，100 kPa下是否能自发进行？如果考虑工作温度愈低愈好的话，则制备锰采用哪一种方法比较好？解：∆r G m(1) = [2 ⨯ (-228.575) - (-466.14)] kJ⋅mol-1= 8.99 kJ⋅mol-1∆r G m(2) = [2 ⨯ (-137.168) - (-466.14)] kJ⋅mol-1= 191.80 kJ⋅mol-1两反应在标准状态、298.15K均不能自发进行；计算欲使其自发进行的温度：∆r H m(1) = [2 ⨯ (-241.818) - (-520.03)] kJ⋅mol-1= 36.39 kJ⋅mol-1∆r S m(1) = [2 ⨯ 188.825 + 32.01 - 2 ⨯ 130.684 - 53.05] J⋅mol-1⋅K-1= 95.24 J⋅mol-1⋅K-1∆r H m(1) -T1∆r S m(1) = 0T1 = 36.39 kJ⋅mol-1 / (95.24 ⨯ 10-3 kJ⋅mol-1⋅K-1)= 382.1K∆r H m(2) = [2 ⨯ (-110.525) - (-520.03)] kJ⋅mol-1= 298.98 kJ⋅mol-1∆r S m(2) = [2 ⨯ 197.674 + 32.01 - 2 ⨯ 5.740 - 53.05] J⋅mol-1⋅K-1= 362.28 J⋅mol-1⋅K-1∆r H m(2) -T1∆r S m(2) = 0T2 = 298.98 kJ⋅mol-1 / (362.28 ⨯ 10-3 kJ⋅mol-1⋅K-1)= 825.27 KT1 <T2，反应(1)可在较低温度下使其自发进行，能耗较低，所以反应(1)更合适。

2-7 不用热力学数据定性判断下列反应的∆r S m是大于零还是小于零。

(1) Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)(2) CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)(3) NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(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，∆r S m > 0；反应(3)、(4)的气体反应后分别生成固体与液体，∆r S m < 0。

2-8 计算25℃100kPa下反应CaCO3(s) →CaO(s)+CO2(g)的∆r H m和∆r S m，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温度条件。

解：∆r H m = [-393.509 - 635.09 + 1206.92] kJ⋅mol-1= 178.32 kJ⋅mol-1∆r S m = [213.74 + 39.75 - 92.9] J⋅mol-1⋅K-1= 160.6 J⋅mol-1⋅K-1(1) ∆r G m= [178.32 - 298.15 ⨯ 160.6 ⨯ 10-3] kJ⋅mol-1= 130.44 kJ⋅mol-1 > 0反应不能自发进行；(2) ∆r H m > 0，∆r S m > 0，升高温度对反应有利，有利于∆r G m < 0。