国际化学奥林匹克 · 2020年

题目

第 6 题在一个假想宇宙中，二硼烷发生反应： $\ce{B2H6(g) + 6H2O(l) -> 2H3BO3(s) + 6H2(g)}$ 。所得 $\ce{H3BO3(s)}$ 在300 K下完全升华，所需能量来自一台理想热机（1 mol单原子理想气体）一个循环所做的功：A→B 在 $T_H = 1000$ K 等温可逆膨胀吸热 $q_H = 250$ J；B→D 绝热可逆膨胀；D→C 在 $T_C = 300$ K 等温可逆压缩放热 $q_C$ ；C→A 绝热可逆压缩，且 $q_H/q_C = T_H/T_C$ 。300 K时反应焓 (kJ mol $^{-1}$ )：(1) $\ce{B2H6(g) + 6Cl2 -> 2BCl3(g) + 6HCl(g)}$ $-1326$ ；(2) $\ce{BCl3(g) + 3H2O(l) -> H3BO3(g) + 3HCl(g)}$ $-112.5$ ；(3) $\ce{B2H6(g) + 6H2O(l) -> 2H3BO3(s) + 6H2(g)}$ $-493.4$ ；(4) $\ce{1/2 H2(g) + 1/2 Cl2(g) -> HCl(g)}$ $-92.3$ 。(a) 求300 K时 $\ce{H3BO3}$ 的摩尔升华焓。(b) 求反应(2)、(4)的 $\Delta_r U$ 。(c) 求 $|w|$ 、 $|q_C|$ 和热机效率。(d) 求每个循环产生的 $\ce{H2(g)}$ 物质的量。解答: 1