题目
根据下列反应在 298.15 K 时的焓变值,计算 AgCl(s) 的标准摩尔生成焓 ΔfHΘm(AgCl s 298.15 K)。(1)Ag2O(s)+2HCl(g)=2AgCl(s)+H2O(l),ΔrHΘm 1(298.15 K)=−324.9 kJ⋅mol−1;(2)2Ag(s)+12O2(g)=Ag2O(s),ΔrHΘm 2(298.15 K)=−30.57 kJ⋅mol−1;(3)12H2(g)+12Cl2(g)=HCl(g),ΔrHΘm 3(298.15 K)=−92.31 kJ⋅mol−1;(4)H2(g)+12O2(g)=H2O(l),ΔrHΘm 4(298.15 K)=−285.84 kJ⋅mol−1。
根据下列反应在 时的焓变值,计算 的标准摩尔生成焓 。
(1),;
(2),;
(3),;
(4),。
题目解答
答案
解析
步骤 1:确定目标反应
目标是计算 AgCl(s) 的标准摩尔生成焓 ΔfHΘm(AgCl s 298.15 K)。标准摩尔生成焓是指在标准状态下,由稳定单质生成 1 mol 物质的焓变。因此,我们需要找到一个反应,其中 AgCl(s) 由稳定单质生成。
步骤 2:选择合适的反应
根据题目给出的反应,我们可以选择反应(1)和反应(2)来构建目标反应。反应(1)和反应(2)可以组合成一个反应,其中 AgCl(s) 由稳定单质生成。反应(3)和反应(4)用于平衡反应中的 HCl(g) 和 H2O(l)。
步骤 3:构建目标反应
将反应(1)和反应(2)相加,得到:
\[ 2Ag(s) + \frac{1}{2}O_2(g) + 2HCl(g) = 2AgCl(s) + H_2O(l) \]
\[ \Delta_rH^\Theta_m(1+2) = \Delta_rH^\Theta_m(1) + \Delta_rH^\Theta_m(2) = -324.9 kJ⋅mol^{-1} + (-30.57 kJ⋅mol^{-1}) = -355.47 kJ⋅mol^{-1} \]
步骤 4:平衡反应中的 HCl(g) 和 H2O(l)
将反应(3)乘以 2,得到:
\[ H_2(g) + Cl_2(g) = 2HCl(g) \]
\[ \Delta_rH^\Theta_m(3') = 2 \times \Delta_rH^\Theta_m(3) = 2 \times (-92.31 kJ⋅mol^{-1}) = -184.62 kJ⋅mol^{-1} \]
将反应(4)乘以 -1,得到:
\[ H_2O(l) = H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \]
\[ \Delta_rH^\Theta_m(4') = -\Delta_rH^\Theta_m(4) = -(-285.84 kJ⋅mol^{-1}) = 285.84 kJ⋅mol^{-1} \]
步骤 5:将所有反应相加
将反应(1+2)、反应(3')和反应(4')相加,得到:
\[ 2Ag(s) + Cl_2(g) = 2AgCl(s) \]
\[ \Delta_rH^\Theta_m(1+2+3'+4') = \Delta_rH^\Theta_m(1+2) + \Delta_rH^\Theta_m(3') + \Delta_rH^\Theta_m(4') = -355.47 kJ⋅mol^{-1} + (-184.62 kJ⋅mol^{-1}) + 285.84 kJ⋅mol^{-1} = -254.25 kJ⋅mol^{-1} \]
步骤 6:计算 AgCl(s) 的标准摩尔生成焓
由于目标反应是生成 2 mol AgCl(s),所以需要将焓变除以 2,得到:
\[ \Delta_fH^\Theta_m(AgCl s 298.15 K) = \frac{-254.25 kJ⋅mol^{-1}}{2} = -127.13 kJ⋅mol^{-1} \]
目标是计算 AgCl(s) 的标准摩尔生成焓 ΔfHΘm(AgCl s 298.15 K)。标准摩尔生成焓是指在标准状态下,由稳定单质生成 1 mol 物质的焓变。因此,我们需要找到一个反应,其中 AgCl(s) 由稳定单质生成。
步骤 2:选择合适的反应
根据题目给出的反应,我们可以选择反应(1)和反应(2)来构建目标反应。反应(1)和反应(2)可以组合成一个反应,其中 AgCl(s) 由稳定单质生成。反应(3)和反应(4)用于平衡反应中的 HCl(g) 和 H2O(l)。
步骤 3:构建目标反应
将反应(1)和反应(2)相加,得到:
\[ 2Ag(s) + \frac{1}{2}O_2(g) + 2HCl(g) = 2AgCl(s) + H_2O(l) \]
\[ \Delta_rH^\Theta_m(1+2) = \Delta_rH^\Theta_m(1) + \Delta_rH^\Theta_m(2) = -324.9 kJ⋅mol^{-1} + (-30.57 kJ⋅mol^{-1}) = -355.47 kJ⋅mol^{-1} \]
步骤 4:平衡反应中的 HCl(g) 和 H2O(l)
将反应(3)乘以 2,得到:
\[ H_2(g) + Cl_2(g) = 2HCl(g) \]
\[ \Delta_rH^\Theta_m(3') = 2 \times \Delta_rH^\Theta_m(3) = 2 \times (-92.31 kJ⋅mol^{-1}) = -184.62 kJ⋅mol^{-1} \]
将反应(4)乘以 -1,得到:
\[ H_2O(l) = H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \]
\[ \Delta_rH^\Theta_m(4') = -\Delta_rH^\Theta_m(4) = -(-285.84 kJ⋅mol^{-1}) = 285.84 kJ⋅mol^{-1} \]
步骤 5:将所有反应相加
将反应(1+2)、反应(3')和反应(4')相加,得到:
\[ 2Ag(s) + Cl_2(g) = 2AgCl(s) \]
\[ \Delta_rH^\Theta_m(1+2+3'+4') = \Delta_rH^\Theta_m(1+2) + \Delta_rH^\Theta_m(3') + \Delta_rH^\Theta_m(4') = -355.47 kJ⋅mol^{-1} + (-184.62 kJ⋅mol^{-1}) + 285.84 kJ⋅mol^{-1} = -254.25 kJ⋅mol^{-1} \]
步骤 6:计算 AgCl(s) 的标准摩尔生成焓
由于目标反应是生成 2 mol AgCl(s),所以需要将焓变除以 2,得到:
\[ \Delta_fH^\Theta_m(AgCl s 298.15 K) = \frac{-254.25 kJ⋅mol^{-1}}{2} = -127.13 kJ⋅mol^{-1} \]