无机化学教研室无机化学考研真题试卷答案与详解

第5章　化学热力学基础

一、选择题

1．标准离子生成热取氢离子的摩尔生成热为零，即。在此规定下，氢气的摩尔生成热

为何值？（　　）

A．为零

B．不为零

C．视条件而定

【答案】A查看答案

【解析】当反应仅涉及分子或离子时，分别以氢分子或氢离子的标准生成热为零作为参比态；如果反应中同时涉及分子和离子，则两种参比态共存。

2．在一标准态下的为下列哪个反应的值？（　　）

A．C（金刚石）

B．

C．C（石墨）

【答案】C查看答案

3．在计算化学反应的热效应时，下述说法中，哪一个正确？（　　）

A．在同一算式中，必须用同一参比态的热效应数据

B．在同一算式中，可用不同参比态的热效应数据

C．在不同算式中，必须用同一参比态的热效应数据

【答案】A查看答案

【解析】在同一算式中，不能用不同的参比态；在不同的算式中，可以用不同的参比态作标准。

4．对1mol的气体，当p＝0.5atm（1atm＝1.01×105Pa），V＝0.5dm3，T＝298K，R如果采用kJ·mol－1·K－1单位制，其数值应选择（　 ）。

A．8.31

B．8.50×10－5

C．8.50×10－2

D．8.39×10－4

【答案】B查看答案

5．理论上认为实现气体变成液体可采用（　 ）。

A．单纯降温

B．单纯压缩

C．单纯加压

D．三者都不行

【答案】A查看答案

6．解释潜水病产生的原因可根据（　 ）。

A．亨利定律

B．道尔顿分压定律

C．格拉罕姆气体扩散定律

D．阿佛加德罗定律

【答案】A查看答案

7．氮气的键焓是断开N—N键后形成下列哪一物种所需要的能量？（　　）

【答案】B查看答案

8．（多选）对于某种纯物质，下述说法中，哪些是错误的？（　　）

A．升华热一定大于蒸发热

B．升华热一定大于熔化热

C．熔化热一定大于蒸发热

D．蒸发热不一定小于升华热

【答案】CD查看答案

【解析】根据能量守恒定律，在一定压力、温度条件下，应有

而除了在临界点以外，所有相变潜热均不为零，所以CD两项是错误的。熔化热与蒸发热的大小须根据不同体系而定。

9．（多选）下列纯态单质中，哪些单质的标准摩尔生成焓不等于零？（　　）

A．金刚石

B．（臭氧）

C．

D．

E．

F．石墨

【答案】ABE查看答案

二、判断题

1．热的物体比冷的物体含有更多的热量。（　 ）

【答案】×查看答案

2．甲物体的温度比乙物体高，表明甲物体的热力学能比乙物体大。（　　）

【答案】×查看答案

3．物体的温度越高，则所含热量越多。（　 ）

【答案】×查看答案

4．热是一种传递中的能量。（　 ）

【答案】√查看答案

5．同一体系：（a）同一状态可能有多个热力学能值；（b）不同状态可能有相同的热力学能值。（　　）

【答案】（a）×（b）√查看答案

6．体系的焓等于恒压反应热。（　 ）

【答案】×查看答案

7．体系的焓等于体系的热量。（　 ）

【答案】×查看答案

8．体系的焓变等于恒压反应热。（　 ）

【答案】√查看答案

9．最稳定的单质焓等于零。（　 ）

【答案】×查看答案

10．最稳定的单质的生成焓值等于零。（　 ）

【答案】×查看答案

11．最稳定的纯态单质的标准生成焓等于零。（　 ）

【答案】√查看答案

12．由于分解是吸热的，所以它的标准摩尔生成焓为负值。（　　）

【答案】×查看答案

13．由于反应焓变的单位为，所以热化学方程式的系数不影响反应的焓变值。（　　）

【答案】×查看答案

14．要加热才能进行的反应一定是吸热反应。（　 ）

【答案】×查看答案

15．放热反应均是自发反应。（　 ）

【答案】×查看答案

【解析】不一定。因为的放热反应，在高温时，为非自发反应。

16．为负值的反应均不能自发进行。（　　）

【答案】×查看答案

【解析】不一定。因为的熵减反应，在常温下能自发进行。

17．冰在室温下自动融化成水，是熵增起了主要作用。（　　）

【答案】√查看答案

18．因为，所以温度升高，平衡常数减小。（　　）

【答案】×查看答案

【解析】不一定。因为可能为正值，也可能为负值，还随T而改变，且受

的影响，因此T与之间的关系仅从关系式难以判断。

19．（生成物）（　 ）

【答案】×查看答案

【解析】因为任意温度下的

20．在常温下不分解，是因为其分解反应为吸热反应；在高温（T>1173K）下分解，是因为此时分解放热。（　　）。

【答案】×查看答案

【解析】因为确定反应自发进行的判据是，而不是对于下列反应：

通过热力学计算可知，该反应为吸热、熵增的反应，常温下，该反应不能自发进行；高温下（如1173K以上），该反应的，可自发进行。并且对同一反应，随T变化甚小，一般不会在低温下吸热，而在高温下放热。

三、简答题

1．写出ZnO（s），的标准摩尔生成焓所对应的生成反应方程式。

答：

2．高氧化态的金属卤化物中是以哪种最为稳定？

答：因为高氧化态卤化物分解时，常变成较低氧化态的卤化物并有卤素单质生成。为此，设高氧化态化合物为，并有如下形式的分解和循环：

图5-1

∴

注意对来说D是最小

将晶格能项，即（）对求导数（）

因为，所以，得出随半径变小，两种卤化物晶格能之差变大。再综合离解能D等因素，得出高氧化态金属卤化物分解，以氟化物分解的最高，即高氧化态氟化物最为稳定。例如在

系列中，最稳定的是，最不稳定的是。

通过上面的分析和讨论，也很容易推论出大的阴离子往往使金属的较低氧化态稳定，例如均存在，至今未制得，可能是发生如下的歧化反应

因此也可以说大的阴离子往往可以稳定中间氧化态，使之不发生歧化。

3．和是两种（s：溶解）值相近的微溶盐，的溶解度随温度升高而降低，而的溶解度随温度升高而增加，试解释。

答：由于微溶，。对来说，离子电荷高，半径小，就难溶解。推知，，因此

。由晶格能公式推知的晶格能大于的晶格能，，且

，为了使相近，只有。根据

或

温度升高，的下降，有利溶解。（因为）

4．标准状况与标准态有何不同？

答：标准状况指气体在273.15K和101325Pa下的理想气体状态。

气体的标准态是在标准压力下的纯气体的状态；液体或固体的标准态是在标准压力下的纯液体或纯固体的状态。

5．判断下列各组内的反应在标准态下的恒压反应热是否相同，请说明理由。

（1）

（2）

答：（1）不同，因为两个反应的化学计量数不同。

（2）不同，因为两个反应的反应物的状态不同。

6．反应的值是否等于的值？

答：不等于，因为S（g）不是稳定单质。

7．状态函数P、T、V、U、H、S、G中哪些具有加和性（指其值与体系中物质的量有关）？

答：V、U、H、S、G具有加和性。

四、计算题

1．试用热力学原理讨论碱土金属碳酸盐热稳定性的变化规律。

解：按碳酸盐分解反应式，建立热力学循环如图5-2：

图5-2

∴　 

其中　 

令　 

∴ 

对和可认为m相等

∴  

对不同的碱土金属，半径不同，所以将上式对求导数。

∵　 

∴　 

所以碱土金属阳离子随半径增大，不利于它们的碳酸盐分解。也就是说，碱土金属碳酸盐从上到下稳定性增强，这种倾向也适用于碱土金属的其他含氧酸盐。

仿照上面的方法，也可以得出，当碱金属与半径较小阴离子形成化合物时，其稳定性由减弱，如氟化物最稳定；当碱金属与半径较大的阴离子形成化合物时，其稳定性变化与上述相反，即是最稳定的。

2．已知反应的，这意味着该反应可自发进行，可是至今没有制取成功。试分析其原因（不是动力学原因，而是热力学原因）。

解：Cu和生成的反应虽然是自发的，但不稳定，它会发生如下反应：

所以本身会发生氧化还原反应而生成更稳定的CuI。

3．在550℃、1atm下，甲醇脱氢生产甲醛的反应中，银催化剂的活性逐渐降低，其光泽也逐渐消失。有人怀疑，此现象是由于有生成所致。试评价此观点。已知

解：

∴上述反应在给定条件下不能自发向右进行。

所以银催化剂的失活并不是由于生成所造成的。

4．25℃时，0.100mol液态苯在一个体积可通过提升活塞而改变的容器中蒸发（蒸气压为12.3kPa），试求：

（1）体积增加至何值时液体恰巧消失？

（2）体积为12.0dm3和30.0dm3时苯蒸气压分别是多少？

（3）1atm、4dm3空气缓慢地鼓泡通过足量的苯中，苯将损失多少克？

解：（1）由于苯液体恰好都变成气体，所以可运用理想气体状态方程。

（2）当体积为12.0dm3时，由于苯处于气液共存状态，所以苯的蒸气压仍为其饱和蒸气压12.3kPa，当体积为30.0dm3时，苯的液态消失，只存在气态，所以在T不变时，p1V1＝p2V2，p1＝12.3kPa，V1＝20.1dm3

∴

（3）空气通过苯液体后，p总＝p空气＋p苯

∴p空气＝p总－p苯＝101.3－12.3＝89（kPa）

这时4dm3空气体积变为。该体积为1atm下混合气体体积，也是苯蒸气所占有的体积。

由得：

5．在实验室中用排水集气法制取氢气，在23℃，100kPa下，收集了370mL的气体。试求：

（1）23℃时该气体中氢气的分压；

（2）氢气的物质的量（mol）；

（3）若在收集氢气之前，集气瓶中已有氮气20mL，氢气收集完了时气体的总体积为390mL，问此时收集的氢气的分压是多少？氢气的物质的量又是多少？（已知23℃时水的饱和蒸气压为2.8kPa。）

解：（1）因为在水面上收集氢气，所以，因此氢气的分压为

（2）氢气的物质的量

（3）因为在收集过程中，氮气保持恒温，因此一定量的氮气，存在混合气体中，氮气的分压为

水蒸气的分压为

氢气的分压为

氢气的物质的量为

6．在恒压下，让一定量干燥的空气先缓慢地通过含有5％某非挥发性溶质的苯溶液，然后再缓慢通过纯苯液体。停止通气后，测得第一瓶的苯溶液失重1.24g，第二瓶的纯苯失重0.04g，试计算该溶质的分子量（假设气体、溶液均为理想状态，气液保持相平衡）。

解：由于空气通过第二瓶的纯苯时失重很小，且两次失重悬殊，故忽略空气通过纯苯前后的体积变化。设被苯蒸气饱和的苯和空气混合气体的体积为V，空气通过第一个瓶子后

 （1）

其中

 （2）

由于纯苯液体上的蒸气压就是纯溶剂在此温度下的饱和蒸气压p°，所以通过第一个瓶子的混合气体再通过第二个瓶子后，有

　 （3）

其中m2一定是两次失重之和。

由（1）、（2）、（3）式得

∴x质＝1－x剂＝1－0.9688＝0.0312

若失重的1.24g苯在溶液中应能溶解的溶质为

∴

即

解得

M＝127.5（g·mol－1）

所以此溶质的分子量为127.5。

7．将氨气和氯化氢分别置于一根120cm长的玻璃管的两端，并使其自由扩散。试问两气体在玻璃管的什么地方相遇而生成白烟。

解：设在离放氨气的管口x cm处相遇。

将代入得：

x＝71.3cm

8．从如下的数据计算反应的值。

解：方法一：求反应中各物种的，再用公式

方法二：设计热循环

图5-3

9．已知和标准摩尔生成焓为和，计算1g铝和足量

反应（铝热反应）产生的热量。

解：

1g铝反应放出的热量为：

10．＝118pm，＝181pm，，从以下数据计算。

解：由知，是型晶体。

代入Born-Lande公式得

即

结合给出的热化学数据，可求得

11．（1）写出，CO（g），燃烧反应的热化学方程式；

（2）甲醇合成反应为

利用，计算该反应

解：

12．已知350K时

求恒压下，298K时的。

解：设计循环：

图5-4

在可逆不作非体积功时

恒压时，：

13．在25℃和标准状态下进行如下反应：

若该反应通过两种途径来完成：途径Ⅰ，系统放热，但没做功；途径Ⅱ，系统做了最大功，同时吸收了的热量。试分别求两途径的Q，W，

解：途径Ⅰ：

途径Ⅱ：

U，H，S，G是状态函数，途径Ⅱ和途径Ⅰ始终态相同，所以途径Ⅱ的同途径Ⅰ。

14．1molHg（l）在沸点630 K下可逆的蒸发，其蒸发焓为求该可逆过程的

解：

1molHg（l）蒸发过程作的体积功为：

15．已知298K时的为－的为，乙炔的燃烧热为

求乙炔的标准生成热。

解：乙炔的燃烧反应：

16．若与半径相等，对任何特定阴离子所组成的盐和，它们的之差为一常数，试证明之。

证明：设计生成的热力学循环

图5-5

生成的热力学循环

图5-6

因为与半径相等，同种阴离子，所形成的晶型也必然相同，则

当阴离子变化时，只要M、N不变，肯定为常数。

17．判断下列各过程中，哪个最大？

（1）体系放出了60kJ热。并对环境做了40kJ功。

（2）体系吸收了60kJ热，环境对体系做了40kJ功。

（3）体系吸收了40kJ热，并对环境做了60kJ功。

（4）体系放出了40kJ热，环境对体系做了60kJ功。

解：根据，计算：

（1）

（2）

（3）

（4）

计算可知：（2）过程的最大。

18．在容积为10.0L的真空钢瓶内充入氯气，当温度为298.15K肘，测得瓶内气体压力为，试计算钢瓶内氯气质量。

解：根据得

19．一氧气瓶的容积是32L，其中氧气的压力为。规定瓶内氧气压力降至kPa时就要充氧气，以防混入别的气体。今有实验设备每天需用101.325kPa氧气400L，问一瓶氧气能用几天？

解：一瓶氧气可用氧气物质的量为

每天需用氧气的物质的量为

一瓶氧气可用的天数为

20．一个容积为21.2L的氧气缸安装有在下能自动打开的安全阀，冬季时曾灌入624g氧气。夏季某天阀门突然自动打开了，试问该天气温达多少摄氏度？

解：

21．冬季草原上的空气主要含氮气、氧气和氩气（Ar）。在及－22℃下收集的一份空气试样，经测定其中氮气、氧气和氩气的体积分数依次为0.78、0.21、0.01。求收集试样时各气体的分压。

解：根据道尔顿分压定律得

22．30℃下，在一个容积为10.0L的容器中，和混合气体的总压力为93.3kPa，其中为26.7kPa，的含量为5.00g。试求：

（1）容器中的分压；

（2）容器中的分压；

（3）的物质的量分数。

解：（1）

（2）

（3）

23．用锌与盐酸反应制备氢气：

若用排水集气法在98.6kPa、25℃下（已知水的蒸气压为3.17kPa）收集到的气体。试求：

（1）25℃时该气体中氢气的分压；

（2）收集到的氢气的质量。

解：（1）

（2）

24．某汽缸中有气体1.20L，从环境吸收了800J热量后，在恒压（97.3kPa）下体积膨胀到1.50L，试计算系统热力学能变化

解：

25．2.00mol理想气体在350K和152kPa条件下，经恒压冷却至体积为35.0L，此过程放出了1260J热。

试计算：（1）起始体积；（2）终态温度；（3）体系做功；（4）热力学能变化；（5）焓变。

解：（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

26．用热化学方程式表示下列内容：在298.15K及标准态下，每氧化1mol的生成和并放热226.2kJ。

解：

27．在一敞口试管内加热氯酸钾晶体时发生下列反应，并放出热89.5kJ（298.15K）。试求298.15K下该反应的和

解：

28．在高炉中炼铁，主要反应有：

（1）分别计算298.15K时各反应的和各反应值之和；

（2）将上列反应方程式合并成一个总反应方程式，应用各物质的（298.15K）值计算总反应的，并与（1）计算结果比较，做出结论。

解：（1）

各反应之和：

（2）总反应方程式为

由上看出，（1）与（2）计算结果基本相等，所以可得出如下结论：反应的热效

应只与反应的始、终态有关，而与反应的途径无关。

29．已知298.15K时反应：

试计算下列反应的

解：由于反应（3）＝反应（2）×3－反应（1）×2，所以

30．铝热法反应如下：