工科大学化学习题与解答(3)

???上述两个反应的?rGm均大于0，所以298K，100 kPa下反应都不能自发正向进行。

T转1??rHm37.22???391.95??3?rSm94.96?10（K）

?

T转2?299.8?825.2?3363.3?10（K）

答：若考虑工作温度越低越好，易采用方程（1）的方法。

7．汞的冶炼可采用朱砂（HgS）在空气中灼烧

2HgS（s）+ 3O2（g）= 2HgO（s）+ 2SO2（g） 而炉中生成的HgO又将按下式分解

2HgO（s）= 2Hg（g）+ O2（g）

试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时，才可以得到Hg（g）？

Θ-已知HgS（s），HgO（s）的?fHm分别是 -58.2 kJ·mol1，

ΘΘ---90.83 kJ·mol1；?fGm分别是-50.6，-58.56（kJ·mol1）；Sm分----别是82.4 J·mol1·K1和70.29 J·mol1·K1。 解： 查表得 2HgS（s） + 3O2 = 2HgO + 2SO2

??fHm/（kJ·mol-1）

-58.2 0 - 90.83

205.03 70.29

-297.04

?Sm/（J·mol-1·K-1）82.4

248.11

??rHm?2?(?297.04)?2?(?90.83)?2?(?58.2)?0??659.34kJ?mol-1??rSm?2?248.11?2?70.29?3?205.03?2?82.4??143.09J?mol?1K?1?rHm＜０； ?rSm＜ 0 ， 低温自发，高温非自发。

??rHm659.34T转???4607.9K??3?rSm143.09?10

??

结论（1）：当升温至T ＞ 4607.7K 时, 反应由自发转变为

非自发。

2HgO = 2Hg + O2

??fHm ?Sm

kJ·mol-1 90.83 0 0

J·mol-1·K-1 70.29 76.02 205.03

??rHm?0?0?2???90.83??181.66kJ?mol-1 ??rSm?2?76.02?205.03?2?70.29?216.49J?mol?1K?1

???rHm＞０； ?rSm＞ 0 ， 低温非自发，高温自发。

??rHm181.66T转???839.11K??rSm216.49?10?3；

结论（２）当升温至T ＞ 839.11K 时, 反应由非自发转变为自

发进行。

所以，当839.11K ＜ T ＜ 4607.9K时。才可得到Hg(g)。 8．汽车尾气中含有CO，能否用热分解的途径消除它？ 已知热分解反应为CO（g）= C（s）+ O2（g），该反应ΘΘ---的?rHm= 110.5 kJ·mol1，?rSm= - 89J·mol1·K1 。

12解: ∵△rGm=△rHm- T△rSm， 此反应△rHm＞0， △rSm＜0 ∴△rGm永远大于零，说明此反应在任何温度下反应都不能自

??1?G(298K)?173.0kJ?mol发进行，又因 rm >> 0，K?很小（9.5×

??????10-25），平衡产率很低，故不能用热解法除CO。

9．在298K，100kPa条件下，金刚石和石墨的标准熵分别为

----2.45 J·mol1·K1和5.71 J·mol1·K1，它们的燃烧反应热分别

--为-395.40 kJ·mol1和-393.51 kJ·mol1，试求：

Θ （1）在298K，100kPa条件下，石墨变成金刚石的?rGm。 （2）说明在上述条件下，石墨和金刚石那种晶型较为稳定？

解: 已知: S

?m(石)

=5.71J·mol·K, S

??1-1

?m(金)=2.45 J·mol-1·K-1

C(石)+O2(g)=CO2(g) △rHm(1) = - 39351 kJ·mol-1 C(金)+O2(g)=CO2(g) △rHm(2)= - 395.40 kJ·mol-1

方程(1) —方程 (2) 得方程（3）C(石)→C（金） 根据Hess定律

该反 △rH m(3)= △rHm(1) - △rHm(2) = -393.51 - (-395.40) = 1.89 kJ·mol-1

?△rSm=2.45 - 5.71= - 3.26 J·mol-1·K-1 kJ·mol-1

?∵△rGm> 0 ∴298K, 100kPa下, 石墨较稳定 10．计算合成氨反应 N2（g）+ 3H2（g）= 2NH3（g） 在673K时的标准平衡常数，并指出在673K，下列三种情况下反应向何方向进行？ （1）p（NH3）= 304kPa，p（N2）= 171kPa，p（H2）= 2022kPa； （2）p（NH3）= 600kPa，p（N2）= 625kPa，p（H2）= 1875kPa； （3）p（NH3）= 100kPa，p（N2）= 725kPa，p（H2）= 2175kPa；

解：首先用热力学数据 求出K?。

查表得 N2(g) + 3H2(g) = 2 NH3(g)

???△rGm=△rHm-T△rSm= 1.89 - 298 × ( - 3.26) ×10-3 = 2.86

???△rHm/（ kJ?mol-1） 0 0 －46.11

?Sm/（J·mol-1·K-1）191.50 130.57 192.34

?△rH= 2×（- 46.11）= - 92.22 kJ·mol-1

?△rSm= 2×192.34 - 3×130.57 - 191.50 = - 198.53 J·mol-1·K-1

?m