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第 1 题

化合物 Q（摩尔质量 122.0 g mol−1^{-1}）由碳、氢、氧组成。A 部分。COX2(g)\ce{CO2(g)} 和 HX2O(l)\ce{H2O(l)} 在 25.00 ∘C25.00\ ^\circ\mathrm{C} 的标准生成焓分别为 −393.51-393.51 和 −285.83-285.83 kJ mol−1^{-1}；R=8.314R = 8.314 J K−1^{-1} mol−1^{-1}（原子量：H = 1.0，C = 12.0，O = 16.0）。将 0.6000 g 固体 Q 在盛有 710.0 g 水（25.000 ∘C25.000\ ^\circ\mathrm{C}）的弹式量热计中于过量氧气中燃烧。反应后温度为 27.250 ∘C27.250\ ^\circ\mathrm{C}，生成 1.5144 g COX2(g)\ce{CO2(g)} 和 0.2656 g HX2O(l)\ce{H2O(l)}。(1.1) 确定 Q 的分子式，并写出带状态标注的燃烧配平方程式。(1.2) 已知水的比热为 4.184 J g−1^{-1} K−1^{-1}，反应内能变 ΔU∘=−3079\Delta U^\circ = -3079 kJ mol−1^{-1}，计算量热计（不含水）的热容。(1.3) 计算 Q 的标准生成焓 ΔHf∘\Delta H_f^\circ。B 部分。6 ∘C6\ ^\circ\mathrm{C} 时 Q 在苯与水之间的分配给出平衡浓度 (cB,cW)(c_B, c_W)（mol dm−3^{-3}）：(0.0118, 0.00281)、(0.0478, 0.00566)、(0.0981, 0.00812)、(0.156, 0.0102)。设苯中 Q 只有一种形态，水中 Q 为单体。(1.4) 通过计算说明 Q 在苯中是单体还是二聚体。(1.5) 理想稀溶液中 ΔTf=R(Tf0)2Xs/ΔHf\Delta T_f = R(T_f^0)^2 X_s/\Delta H_f；苯的摩尔质量为 78.0 g mol−1^{-1}，纯苯在 1 atm 下于 5.40 ∘C5.40\ ^\circ\mathrm{C} 凝固，ΔHf=9.89\Delta H_f = 9.89 kJ mol−1^{-1}。计算 0.244 g Q 溶于 5.85 g 苯所得溶液的凝固点。
第 3/5 步：标准生成焓
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ΔH∘=ΔU∘+RT Δng=−3079+(8.314×10−3)(298)(−0.5)≈−3080 kJ mol−1;ΔHf∘(Q)=7(−393.51)+3(−285.83)−(−3080)=−532 kJ mol−1\Delta H^\circ = \Delta U^\circ + RT\,\Delta n_g = -3079 + (8.314\times10^{-3})(298)(-0.5) \approx -3080\ \text{kJ mol}^{-1};\quad \Delta H_f^\circ(\ce{Q}) = 7(-393.51) + 3(-285.83) - (-3080) = -532\ \text{kJ mol}^{-1}
分析

气体系数变化 Δng=7−15/2=−0.5\Delta n_g = 7 - 15/2 = -0.5 mol，故 ΔH∘=ΔU∘+RTΔng≈−3080\Delta H^\circ = \Delta U^\circ + RT\Delta n_g \approx -3080 kJ mol−1^{-1}。对燃烧反应用 Hess 定律：ΔH∘=7ΔHf∘(COX2)+3ΔHf∘(HX2O)−ΔHf∘(Q)\Delta H^\circ = 7\Delta H_f^\circ(\ce{CO2}) + 3\Delta H_f^\circ(\ce{H2O}) - \Delta H_f^\circ(\ce{Q})，得 ΔHf∘(Q)=−532\Delta H_f^\circ(\ce{Q}) = -532 kJ mol−1^{-1}。