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化学
题目

已知298K时,△fG8((CO,g)=-137.3kJ·mol-1,△fG8((CO2,g)=-394.4kJ·mol-1,反应Al2O3(s)+3CO(g)→3CO2(g)+2Al(s)的△rG8(=793.0kJ·mol-1,则在标准态下,反应向__________方向进行;△fG8((Al2O3,s)=__________kJ·mol-1。

已知298K时,△fG(CO,g)=-137.3kJ·mol-1,△fG(CO2,g)=-394.4kJ·mol-1,反应

Al2O3(s)+3CO(g)→3CO2(g)+2Al(s)的△rG=793.0kJ·mol-1,则在标准态下,反应向__________方向进行;△fG(Al2O3,s)=__________kJ·mol-1。

题目解答

答案

左;-1564.3。

解析

考查要点:本题主要考查吉布斯自由能变化(ΔG)的计算及其对反应方向的判断,以及利用化学反应式计算物质的生成吉布斯自由能(ΔfG)。

解题核心思路:

  1. 判断反应方向:根据反应的ΔrG值,若ΔrG > 0,反应逆向(向左)进行;若ΔrG < 0,反应正向(向右)进行。
  2. 计算ΔfG(Al₂O₃):利用反应式中各物质的ΔfG关系,结合ΔrG的公式建立方程求解。

破题关键点:

  • ΔrG的公式:ΔrG = ΣΔfG(产物) - ΣΔfG(反应物)。
  • 单质的ΔfG为0:如Al(s)为单质,其ΔfG = 0。

判断反应方向

题目中给出ΔrG = 793.0 kJ·mol⁻¹,ΔrG > 0,说明反应逆向(向左)进行。

计算ΔfG(Al₂O₃)

根据ΔrG的公式:
$\Delta_r G = \sum \Delta_f G(\text{产物}) - \sum \Delta_f G(\text{反应物})$

代入已知数据:

  • 产物:3 mol CO₂(g),ΔfG(CO₂) = -394.4 kJ·mol⁻¹;2 mol Al(s),ΔfG(Al) = 0。
  • 反应物:1 mol Al₂O₃(s),ΔfG(Al₂O₃) = ?;3 mol CO(g),ΔfG(CO) = -137.3 kJ·mol⁻¹。

建立方程:
$793.0 = [3 \times (-394.4) + 2 \times 0] - \left[ \Delta_f G(\text{Al}_2\text{O}_3) + 3 \times (-137.3) \right]$

分步计算:

  1. 计算产物总ΔfG:
    $3 \times (-394.4) = -1183.2 \, \text{kJ}$
  2. 计算反应物总ΔfG:
    $\Delta_f G(\text{Al}_2\text{O}_3) + 3 \times (-137.3) = \Delta_f G(\text{Al}_2\text{O}_3) - 411.9$
  3. 代入方程:
    $793.0 = -1183.2 - \left( \Delta_f G(\text{Al}_2\text{O}_3) - 411.9 \right)$
  4. 化简方程:
    $793.0 = -1183.2 - \Delta_f G(\text{Al}_2\text{O}_3) + 411.9$
    $793.0 = -771.3 - \Delta_f G(\text{Al}_2\text{O}_3)$
  5. 解方程:
    $\Delta_f G(\text{Al}_2\text{O}_3) = -771.3 - 793.0 = -1564.3 \, \text{kJ·mol}^{-1}$

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