2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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1、第3章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題及全解答化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題及全解答1狀態(tài)函數(shù)的含義及其基本特征是什么?T、p、V、△U、△H、△G、S、G、Qp、Qu、Q、W、We最大中哪些是狀態(tài)函數(shù)?哪些屬于廣度性質(zhì)?哪些屬于強度性質(zhì)?答:答:狀態(tài)函數(shù)的含義就是描述狀態(tài)的宏觀性質(zhì),如T、p、V、n、m、ρ等宏觀物理量,因為體系的宏觀性質(zhì)與體系的狀態(tài)之間存在對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。狀態(tài)函數(shù)的基本特點如下:1)在條件一定時,狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)就有一定值,而且是唯一值。2

2、)條件變化時,狀態(tài)也將變化,但狀態(tài)函數(shù)的變化值只取決于始態(tài)和終態(tài),與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)。3)狀態(tài)函數(shù)的集合(和、差、積、商)也是狀態(tài)函數(shù)。其中T、p、V、S、G是狀態(tài)函數(shù),T、p屬于強度性質(zhì),V、S、G屬于廣度性質(zhì)。2下列敘述是否正確?試解釋之。(1)Qp=△H,H是狀態(tài)函數(shù),所以Qp也是狀態(tài)函數(shù);(2)化學(xué)計量數(shù)與化學(xué)反應(yīng)計量方程式中各反應(yīng)物和產(chǎn)物前面的配平系數(shù)相等;(3)標(biāo)準(zhǔn)狀況與標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是同一個概念;(4)所有生成反應(yīng)和燃燒反應(yīng)都是

3、氧化還原反應(yīng);(5)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱是生成反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱;(6)H2O(l)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱等于H2(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱;(7)石墨和金剛石的燃燒熱相等;(8)單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱都為零;(9)穩(wěn)定單質(zhì)的△fHΘm、SΘm、△fGΘm均為零;(10)當(dāng)溫度接近絕對零度時,所有放熱反應(yīng)均能自發(fā)進行。(11)若△rHm和△rSm都為正值,則當(dāng)溫度升高時反應(yīng)自發(fā)進行的可能性增加;(12)冬天公路上撒鹽以使冰融化,此時△rGm值的符號為負(fù),△

4、rSm值的符號為正。答:答:(1)錯。雖然H是狀態(tài)函數(shù),△H并不是狀態(tài)函數(shù),所以Qp當(dāng)然不是狀態(tài)函數(shù);(2)錯。因為反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)為負(fù),與反應(yīng)計量方程式中反應(yīng)物前面為正的系數(shù)不相等;(3)錯。如氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀況是指0℃和101.325KPa條件,而標(biāo)準(zhǔn)態(tài)對溫度沒有限定;(4)錯。如由石墨生成金剛石的生成反應(yīng)就不是氧化還原反應(yīng);(5)對。因某物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱是由某物質(zhì)生成反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱而命名的;(6)對。因H2O(l)的生成反

5、應(yīng)與H2(g)的燃燒反應(yīng)是同一個反應(yīng);(7)錯。因石墨和金剛石的燃燒反應(yīng)雖最終產(chǎn)物相同,但反應(yīng)的始態(tài)不同;(8)錯。因為只有穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱才為零;(9)錯。因為只有穩(wěn)定單質(zhì)的△fHΘm、△fGΘm為零,而穩(wěn)定單質(zhì)的SΘm在一般條件下并不為零;(10)對。因為當(dāng)溫度接近絕對零度時,反應(yīng)熵變趨近于零,反應(yīng)熱為影響反應(yīng)自發(fā)的唯一因素;(11)對。因△rHm和△rSm都為正值,說明是吸熱的、有可能自發(fā)的反應(yīng),升溫有利;(12)對。因冰融化

6、變水了,說明乃混亂度增大的自發(fā)過程,△rGm值必為負(fù),△rSm值必為正。31mol氣體從同一始態(tài)出發(fā),分別進行恒溫可逆膨脹或恒溫不可逆膨脹達(dá)到同一終態(tài),因恒溫可逆膨脹對外做功Wr大于恒溫不可逆膨脹對外做的功Wir,則QrQir。對否?為什么?答:答:對。因為從同一始態(tài)到同一終態(tài),熱力學(xué)能變相同,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,因恒溫可逆膨脹對外做功Wr大于恒溫不可逆膨脹對外做的功Wir,則恒溫可逆膨脹從環(huán)境吸收的熱Q必大于恒溫不可逆膨脹從環(huán)境吸收的

7、熱Qir。4有人認(rèn)為,當(dāng)體系從某一始態(tài)變至另一終態(tài),無論其通過何種途徑,而△G的值總是一定的,而且如果做非體積功的話,△G總是等于W′。這種說法對嗎?答:答:不對。因為從同一始態(tài)到同一終態(tài),雖然△G的值總是一定的,但途徑不同,做非體積功的大小不同,一般不可逆過程的非體積功W′小于△G,只有可逆過程的非體積功W′才等于△G。5.一體系由A態(tài)到B態(tài),沿途徑I放熱120J,環(huán)境對體系做功50J。試計算:(1)體系由A態(tài)沿途經(jīng)Ⅱ到B態(tài),吸熱40

8、J,其W值為多少?(2)體系由A態(tài)沿途經(jīng)Ⅲ到B態(tài)對環(huán)境做功80J,其Q值為多少?解:解:根據(jù)熱力學(xué)第一定律△U=QW=-12050=-70(J)則,途經(jīng)Ⅱ:W=△U-Q=-70-40=-110(J)途經(jīng)Ⅲ:Q=△U-W=-70-(-80)=10(J)6在27℃時,反應(yīng)CaCO3(S)=CaO(S)CO2(g)的摩爾恒壓熱效應(yīng)Qp=178.0kJmol1,則在此溫度下其摩爾恒容熱效應(yīng)Qv為多少?解:解:根據(jù)Qp與Qv的關(guān)系式Qpm=Qvm

9、+△ngRT解:解:查表,將有關(guān)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的數(shù)據(jù)代入反應(yīng)熱的計算公式(1)△rHΘm(298K)=△cHΘm[CH3COOH(1)]△cHΘm[CH3CH2OH(1)]-△cHΘm[CH3COOCH2CH3(1)]-△cHΘm[H2O(1)]]=-874.5(-1366.8)-(-2254.2)-0=12.9(kJmol1)(2)△rHΘm(298K)=△cHΘm[C2H4(g)]△cHΘm[H2(g)]-△cHΘm[C2H6(g

10、)]=-1410.0(-285.83)-(-1559.8)=-136.03(kJmol1)12人體所需能量大多來源于食物在體內(nèi)的氧化反應(yīng),例如葡萄糖在細(xì)胞中與氧發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H2O(1),并釋放出能量。通常用燃燒熱去估算人們對食物的需求量,已知葡萄糖的生成熱為-1260kJmol1CO2(g)和H2O(l)的生成熱分別為-393.51和-285.83kJmol1,試計算葡萄糖的燃燒熱。解:解:葡萄糖的氧化反應(yīng)為:C6H12O6

11、(s)6O2(g)→6CO2(g)6H2O(l)葡萄糖的燃燒熱為:△cHΘm[C2H4(g)]=△rHΘm=6△fHΘm[CO2(g)]6△fHΘm[H2O(l)]-△fHΘm[C6H12O6(s)]-6△fHΘm[O2(g)]=6(-393.51)6(-285.83)-(-1260)-60=-2816(kJmol1)13乙炔燃燒能放出大量熱,氧炔焰常用于焊接和氣割。已知石墨氣化的熱化學(xué)方程式為C(石墨,s)→C(g)△rHΘm=717

12、kJmol-1;試根據(jù)有關(guān)鍵焓估算乙炔的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱。已知D(H-H)=435.9kJmol-1。D(C≡C)=835kJmol-1,D(C-H)=416kJmol-1。解:解:①2C(石墨,s)H2(g)→C2H2(g)△rHΘm1=△fHΘm(C2H2g)此乃乙炔的生成反應(yīng),同時考慮石墨的氣化反應(yīng)②C(石墨,s)→C(g)△rHΘm2=717kJmol-1則①式—2②式,得③2C(g)H2(g)→C2H2(g)△rHΘm3故①式=

13、2②式+③式,根據(jù)赫斯定律△rHΘm1=△fHΘm(C2H2g)=2△rHΘm2+△rHΘm3而反應(yīng)③式的反應(yīng)熱可由下式求出:△rHΘm3=∑D(斷鍵)-∑D(成鍵)=[D(H-H)20]-[D(C≡C)2D(C-H)]=435.9kJmol-1-(8352416)kJmol-1=-1231.1kJmol-1故△rHΘm1=△fHΘm(C2H2g)=2△rHΘm2+△rHΘm3=2717kJmol-1(-1231.1)kJmol-1=2

14、02.9kJmol-114不查表,指出在一定溫度下,下列反應(yīng)中熵變值由大到小的順序:(1)CO2(g)→C(s)O2(g)(2)2NH3(g)→3H2(g)N2(g)(3)2SO3(g)→2SO2(g)O2(g)解:解:因為氣體摩爾數(shù)越大,在相同條件下所占有的體積越大,混亂度就越大,熵值越大。故反應(yīng)前后氣體摩爾數(shù)的變化越大,熵變值越大。上述反應(yīng)中熵變值由大到小的順序為:(2)>(3)>(1)15對生命起源問題,有人提出最初植物或動物的復(fù)

15、雜分子是由簡單分子自動形成的。例如尿素(NH2CONH2)的生成可用反應(yīng)方程式表示如下:CO2(g)2NH3(g)—→(NH2)2CO(s)H2O(1)(1)利用附表數(shù)據(jù)計算298.15K時的△rGΘm,并說明該反應(yīng)在此溫度和標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下能否自發(fā);(2)在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下最高溫度為何值時,反應(yīng)就不再自發(fā)進行了?解:解:(1)根據(jù)吉布斯-亥姆霍茲公式△rGΘm(298K)=△rHΘm(298K)T△rSΘm(298K)而△rHΘm(298K)=△fH

16、Θm[(NH2)2CO(s)298K]+△fHΘm[H2O(1)298K]-△fHΘm[CO2(g)298K]-2△fHΘm[NH3(g)298K]=-333.19+(-285.83)-(-393.509)-2(-46.11)=-133.29(kJmol1)△rSΘm(298K)=△SΘm[(NH2)2CO(s)298K]+△SΘm[H2O(1)298K]-△SΘm[CO2(g)298K]-2△SΘm[NH3(g)298K]=104.6

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