物化1典型计算问题解析.pdf

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1、一、化学反应方向限度的判定计算分析1.某气缸中有3mol，400K的氢气，在101.325kPa下向300K的大气中散热直至平衡。已知-1-1Cp,m(H2)=29.1J﹒mol﹒K，求氢气的熵变ΔSsys、大气的熵变ΔSamb及整个隔离系统的熵变ΔSiso，并说明该过程能否自发进行？解：3mol氢气始末态如下：氢气可以看成理想气体，则有：ΔSsys=nCp,m(H2)ln(T2/T1)-1={3×29.1×ln(300/400)}J﹒K-1=-25.1J﹒K因为过程恒压，故Qsys=ΔH=nCp,m(H2)(T2

2、-T1)={3×29.1×(300-400)}J=-8730J-1-1ΔSamb=-Qsys/Tamb=(8730/300)J﹒K=29.1J﹒K则隔离系统的总熵变：-1ΔSiso=ΔSsys+ΔSamb=(-25.1+29.1)J﹒K-1=4.0J﹒K＞0ΔSiso＞0表明400K的氢气向300K的大气中散热是自发过程2.2mol氦在标准压力下，从200℃加热到400℃，求该过程的ΔH、ΔS及ΔG。已知氦的Ɵ-1-1Sm(200℃)=135.7J﹒mol﹒K，并说明该过程能否自发进行？解：氦气可以看作是单原子理想

3、气体ΔH=nCp,m(T2-T1)={2×2.5×8.314×(673.15-473.15)}J=8314JΔS=nCp,mln(T2/T1)共8页第1页-1-1={2×2.5×8.314×ln(673.15/473.15)}J﹒K=14.7J﹒KƟ-1-1-1S1=2mol×Sm(200℃)=2mol×135.7J﹒mol﹒K=271.4J﹒K-1-1S2=S1+ΔS=(271.4+14.7)J﹒K=286.1J﹒KΔG=ΔH-Δ(TS)=ΔH-Δ(T2S2-T1S1)={8314-(673.15×286.1-4

4、73.15×271.4}J=-56041JΔS＞0或ΔG＜0，表明该过程是一个自发过程。二、化学反应热的计算1.在298.15K时，使4.6克的乙醇(摩尔质量为46g/mol)在弹式量热计中恒容燃烧，放出136.68kJ的热量。忽略压力对焓的影响。θ(1)计算乙醇的标准摩尔燃烧焓△cHm。(2)乙醇恒压下燃烧的反应热。-1(3)已知298.15K时H2O(l)和CO2(g)的标准摩尔生成焓分别为-285.83kJ·mol、-393.51-1θkJ·mol，计算C2H5OH(l)的△fHm。解：(1)乙醇燃烧反应：C

5、H3CH2OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+3H2O(l)-1△cUm=-136.68kJ/(4.6/46)mol=-1366.8kJ·mol△H=△U+∑v(g)RT=(-1366.8+(-1)×8.314×298.15×10-3)kJ·mol-1cmcmB-1=-1369.28kJ·mol△ξ=△n乙醇/v乙醇=[(0-4.6)/46]mol/(-1)=0.1mol∑vB(g)=2-3=-1Qp-QV=△ξ∑vB(g)RT=0.1×(-1)×8.314×298.15J=-247.91J即有Qp=Q

6、V-247.91J=-136.68KJ-247.91J=-136.93KJ(3)△H[CHCHOH(l)]=2△H(CO)+3△H(HO)－△H[CHCHOH(l)]cm32fm2fm2fm32△H[CHCHOH(l)]=2△H(CO)+3△H(HO)－△H[CHCHOH(l)]fm32fm2fm2cm32-1=[2×(-393.51)+3×(-285.83)－(-1369.28)]kJ·mol-1=-275.23kJ·mol共8页第2页2.25℃下，密闭恒容的容器中有10g固体萘C10H8(S)在

7、过量的O2(g)中完全燃烧成CO2(g)和H2O（l）。过程放热401.727KJ。（MC10H8=128.1705）求：（1）C10H8(S)+12O2(g)==10CO2(g)+4H2O（l）的反应进度；Θ（2）C10H8(S)的△CUm；Θ（3）C10H8(S)的△CHm。解：三、化学平衡的计算1.氢气是可再生的绿色清洁能源，又是重要的化工原料，氢气的生产对于氢能的利用至关重要。制备氢气有多种方法，其中有一种方法是将天然气在催化剂作用下热解制得氢气：CH4（g）C（S）+2H2（g）Θ-1已知在500℃下，该

8、反应的△rGm=5.56KJ﹒mol,求500℃下：共8页第3页（1）总压P分别恒定为101.325kPa和50.663kPa时CH4的转化率α；（2）总压P恒定为101.325kPa的条件下，通入与CH4等物质的量惰性气体时CH4的转化率α。解：(1)根据G计算500℃下反应的平衡常数K：rmrmG5560Kexp()exp()0.4