物理化学上册第五版天津大学出版社第五章化学平衡习题答案.pdf
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1、物理化学上册第五版天津大学出版社第五章化学平衡 习题答 案 5-1 在某恒定的温度和压力下,取moln1 0 的 A(g)进行如下 反应: )()(gBgA 若 AB ,试证明,当反应进度mol5.0时,系统的吉布斯函数G 值为最小,这时 A,B 间达到化学平衡。 证明:)()(gBgA 设开始时, A 的物质的量为 0,A n,B 的物质的量为 0,B n,而反应过程中 A、B 的物质的量分别为 A n与 B n,此时系统的吉布斯函数为 ddG BB )( 设反应从 A 开始时molnA1 0 , 当反应进度mol5.0时,mol5.0nn BA , moln B B 1,p5 .0pp B
2、A及AB代入上式得 0)lnln()( )ln()ln( )( dpRTpRT dpRTpRTddG ABAB AABBBB 或0 ,pT G A 这就证明了若 AB ,反应进度mol5.0时,系统的吉布斯函数G 值为最小,此时0 , pT G A,A,B 间达到化学平衡。 5-2 已知四氧化二氮的分解反应 )( 42 gON)(2 2 gNO 在 298.15K 时, mrG 1 75.4molkJ。试判断在此温度及下列条件下,反 应 进 行 的 自 发 方 向 :( 1 ))1000(),100( 242 kPaNOkPaON;( 2 ) )100(),1000( 242 kPaNOkPa
3、ON; (3))200(),300( 242 kPaNOkPaON。 解: 1454. 0K,9283.1)15.298314.8/(1075. 4/ln 3 RTGK mr (1) 100 100/100 )100/1000( / )/( 2 2 42 2 pp pp J ON NO p ,,KJ p 反应向左; (2) 1.0 100/1000 )100/100( / )/( 2 2 42 2 pp pp J ON NO p ,,KJ p 反应向右; (3) 333. 1 100/300 )100/200( / )/( 2 2 42 2 pp pp J ON NO p ,,KJ p 反应向
4、左。 5-3 1000K 时,反应)(2)( 2gHsC)(4gCH的 1 193797molJGm r 。现 有与碳反应的气体, 其中含有(CH4) =0.10, (H2)=0.80, (N2) =0.10。试问: (1)T=1000K,p=100kPa时, mrG 等于多少,甲烷能 否形成?( 2)在 T=1000K 下,压力需增加到若干,上述合成甲烷的 反应才能进行? 解:先求反应的标准平衡常数 097.0K),1000314.8/(19397/lnRTGK mr (1) 1563. 0 )100/8 .0100( 100/1. 0100 )/( / 22 2 4 pp pp J H C
5、H p , JKJRTG pmr3963)097.0/1563.0ln(10003145.8)/ln( 0(KJ p ) , 反应向左,甲烷不能形成。 (2)只有KJp时,才能形成甲烷: ,097.0 )100/8. 0( 100/1.0 2 kPap kPap 解得p161.1kPa 5-4 已知同一温度,两反应方程及标准平衡阐述如下: )( 2 gOHC 石墨))()( 2 gHgCO 1 K )(2( 2 gOHC 石墨))(2)( 22 gHgCO 2 K 求下列反应的K。 )()( 2 gOHgCO)()( 22 gHgCO 解:已知如下三个反应: (1))( 2 gOHC 石 墨
6、))()( 2 gHgCO 1 K (2) )(2( 2 gOHC 石墨))(2)( 22 gHgCO 2 K (3))()( 2 gOHgCO)()( 22 gHgCOK 显然(3)= (2)-(1) 因而有 1,2,3,mrmrmr GGG 故得K= 2 K/ 1 K 5-5 已知同一温度,两反应方程及标准平衡阐述如下: )()( 24 gCOgCH)(2)(2 2 gHgCO 1 K )()( 24 gOHgCH)(3)( 2 gHgCO 2 K 求下列反应的 K。 )(2)( 24 gOHgCH)(4)( 22 gHgCO 解:已知如下三个反应: (1))()( 24 gCOgCH)(
7、2)(2 2 gHgCO 1 K (2))()( 24 gOHgCH)(3)( 2 gHgCO 2 K (3))()( 24 gOHgCH)(3)( 2 gHgCOK 显然(3)= 2 (2)-(1) 因而有 1,2,3, 2 mrmrmr GGG故得K= ( 2 K) 2/ 1 K 5-6 在一个抽空的容器中引入氯和二氧化硫,若它们之间没有 发生反应,则在375.15K 时分压分别为47.836kPa和 44.786kPa。将 容器保持在 375.15K, 经一定时间后,压力变为常数,且等于 86.096kPa。 求反应)( 22 gClSO)()( 22 gClgSO的 K 。 解:平衡时
8、: p B=p 总 kPapkPapkPap ClSOClSOClSO096.86)836.44()786.44( 222222 42.2)100526.6/(31.4126.38)/(K 31.41526.6836.47 26.38526.6786.44 526.6 2222 2 2 22 pppp kPakPakPap kPakPakPap kPap ClSOClSO Cl SO ClSO 5-7 使一定量 13 的氮、氢混合气体在1174K,3Mpa 下通过铁 催化剂以合成氨。设反应达到平衡。出来的气体混合物缓缓地通入 20cm 3 盐酸吸收氨。用气量计测得剩余气体的体积相当于273.1
9、5K, 101.325kPa的干燥气体(不含水蒸气)2.02d m3。原盐酸溶液 20cm 3 需用浓度为 52.3mmol dm-3的氢氧化钾溶液 18.72cm 3 滴定至终点。 气 体通过后则需用同样浓度的氢氧化钾溶液15.17cm 3。 求 1174k时反应 )(3)( 22gHgN2)( 3gNH 的 K 。 解: molmolnNH 333 101857.010)17.1572.18(103.52 3 molnnnn molnmoln molmolRTpVnn nn NHHN HN HN HN 3 33 3 10323.90 1060.67,1053.22 1013.90)15.2
10、73314.8/(02.2325.101/ 3/1/ 322 22 22 22 总 832322 103.5)22453 .748/()1007.6()/(K 7.6)22453.7483000( 2245 32.90 60.67 3000 3.748 32.90 53.22 3000 223 3 22 22 HNNH NH HH NN pppp kPakPap kPakPaxpp kPakPaxpp 总 总 5-8 五 氯 化 磷 分 解 反 应)( 5 gPCl)()( 23 gClgPCl在200 时 的 K =0.312,计算: (1)200、200kPa下 PCl5的离解度; (2)
11、组成 1 5 的 PCl5与 Cl2的混合物,在 200、101.325kPa下 PCl5的离解度。 解:平衡时各物质的设为 molmolnmolnmoln ClPClPCl )1(n,)1( 235 总 , p总=200kPa %7.36312.0 100 200 11 2 2 2 2 解得 总 p p K (2)平衡时各物质的量设为 ,)5(,)1( 235 molnmolnmolnClPClPCl , mol)6(n总,p 总=101.325kPa %8.26312. 0 100 325.101 )1)(6( )5( )1)(6( )5( 解得 总 p p K 5-9 在 994K,使纯
12、氢气慢慢地通过过量的CoO(s) ,则氧化物 部分地被还原为Co(s) 。流出来的平衡气体中氢的体积分数(H2) =2.50%。在同一温度,若用 CO 还原 CoO(s) ,平衡后气体中一氧化 碳的体积分数(CO)=1.92%。求等摩尔的一氧化碳和水蒸气的混 合物在 994K 下,通过适当催化剂进行反应,其平衡转化率为多少? 解:)()( 2 sCoOgH 994K (1) )()( 2 gOHsCo 平衡时2.50% 97.5% 0.3950. 2/5.97 )1( K )()(sCoOgCO 994K (2) )()( 2 gCOsCo 平衡时1.92% 98.08% 08.5192.1/
13、02.98 )1 (K 由反应( 2)-(1)得 )( gCO+ )(2gOH 994K )( 2gH+ )(2gCO 平衡时 (1- )mol (1- )mol mol mol 53.4% 0.39 08.51 )1 ( )1 ( ) 2( 2 2 K K K 5-10 在真空的容器中放入故态的NH4HS,于 25下分解为 NH3 与 H2S,平衡时容器内的压力为66.66kPa 。 (1)当放入 NH4HS 时容 器中已有 39.99kPa的 H2S,求平衡时容器中的压力;(2)容器中原有 6.666kPa的 NH3,问需多大压力的H2S,才能形成 NH4HS 固体? 解: (1)NH4H
14、S 25 H2S(g)+ NH3(g) 初始分压39.99kPa 0 平衡分压p+39.99kPa p 2 /)99.33(pkPappK )99.33(33.33 /)99.33(/ 2 66.66 2 66.66 2 22 kPappkPa pkPappp kPakPa K kPakPapkPap7.7799.392p87.18 总 (2)只有KJp时,才能形成 NH4HS: 2 2 /33.33 666.622 pkPa p p p kPa SH 解得 SH p 2 166kPa 5-11 现有理想气体间反应A(g)+B(g)C(g)+D(g) ,开 始时,A 与 B 均为 1mol,2
15、5时,反应达到平衡时,A 与 B 的物质 的量各为 mol 3 1 。 (1)求此反应的K ; (2)开始时, A 为 1mol,B 为 2mol; (3)开始时, A 为 1mol,B 为 1mol,C 为 0.5mol; (4)开始 时,C 为 1mol ,D 为 2mol。分别求反应达到平衡时C 的物质的量。 解: (1) 4 3 1 / 3 2 22 K (2) moln xx x K C 845. 00.845 x )2)(1 ( 4 2 即 (3) molmolxn x xx K C 096.1)5.0(0.596 x )1( )5.0( 4 2 即 (4) molmolxn x
16、xx K C 543.0)1(0.457 x )2)(1 ( 4 2 即 5-12 将 1molSO2与 1molO2的混合气体在 101.325kPa及 903K 下 通过盛有铂丝的玻璃管,控制气流速度,使反应达到平衡,把产生的 气体急剧泠却,并用KOH 吸收 SO2及 SO3,最后量得余下的氧气在 101.325kPa 、 273.15K 下体积为 13.78dm 3, 试计算反应 22 2 1 OSO 3SO 在 903K 时的 mrG 及K。 解: molmolRTpVnO615.0)15.273314.8/(78.13325.101/ 2 molmoln molmolnmolmoln
17、 SOSO 615.1)77.023.0615.0( 23.0)77.01(77. 0)615.01(2 23 总 39.5 325.101615.023. 0 100615.177.0 K 2 1 2 1 2 1 2 1 11 65.12)39. 5ln903314.8(lnmolkJmolJKRTGm r 5-13 383.15K、60.483kPa 时,从测定醋酸蒸气的密度所得到的 平均摩尔质量是醋酸单分子摩尔质量的1.520倍。假定气体分子中含 有单分子及双分子。求下列反应的 mrG 。 COOHCH 3 2 23 )(COOHCH 解:设蒸气中双分子的摩尔分数为x2,单分子摩尔质量为
18、M 1 52.052.1 2)1( 2 1 1212 x M MxMx 11 2 2.4)73. 3ln3.383314.8(ln 73.3 100/)52.01(483.60 100/52.0483.60 molkJmolJKRTG K mr 5-14 (1)在 1120下用 H2还原 FeO(s) ,平衡时混合气体中 H2的摩尔分数为 0.54。求 FeO(s)的分解压。已知同温度下 )(2 2 gOH 13 22 104.3K)()(2gOgH (2)在炼铁炉中,氧化铁按如下反应还原 )()(gCOsFeO)()( 2 gCOsFe 求 1120下,还原 1moLFeO 起码需要 CO
19、若干摩尔?已知同温度下 )(2 2gCO 12 2 104. 1K)()(2gOgCO 解: (1) )()()()( 2 1120 2 sFegOHsFeOgH C (1) 平衡时: 54.0 2 Hy46.0 2O Hy 852.054.0/46. 0 ) 1(K )()(2)(2 22 1120 2 gOgHgOH C (2) 2/113 (2) )104 .3(K 由反应( 1)+(2)得 )()( 2 1 )( 2 1120 sFegOsFeO C kPakPa ppK KKK O 11132 O 2/1 2/113 ) 2()1( 1047.2100104.385. 0p )/(
20、)104.3(852.0 2 2 (2) )()( 2 1 )( 2 1120 sFegOsFeO C (3) 7 )3( 10968.4K )( 2 1 )()( 22 gOgCOgCO(4) 2 1 12 (4) )104.1 (K 由反应( 3)-(4)得 )()()()( 2 1120 sFegCOgCOsFeO C 42. 0/KKK (4)(3) 初始时1mol n 0 0 平衡时n-1mol 1mol 1mol moln moln mol 38.3 1 1 42.0/KKK (4)(3) 所以起码需要 CO 的物质的量为 3.38mol。 5-15 求下列反应在 298.15K
21、下平衡的蒸气压: (1))(5 24 sOHCuSO)(2)(3 224 gOHsOHCuSO (2) )(3 24 sOHCuSO)(2)( 224 gOHsOHCuSO (3) )( 24sOHCuSO)()(24gOHsCuSO 已知各物质的标准摩尔生成吉布斯函数 mfG (298K)如下: 物质 )(5 24sOHCuSO)(324sOHCuSO)(24sOHCuSO)(4sCuSO)(2gOH 1 molkJ Gm f -1879.6 -1399.8 -917.0 -661.8 -228. 6 解: (1) 11 6.22)6.1879(1)8.1399(1)6.228(2molkJ
22、molkJGm r 1.05kPap )/ln(15.298314.8106.22 )/ln(ln 23 2 pp ppRTKRTGm r (2) 11 6.25)8.1399(1)0.917(1)6 .228(2molkJmolkJGm r 0.57kPap )/ln(15.298314.8106.25 )/ln(ln 23 2 pp ppRTKRTGm r (3) 11 6.26)0.917(1)8.661(1)6.228(molkJmolkJGm r kPa102.2p )/ln(15.298314.8106.26 )/ln(ln 3- 3 pp ppRTKRTGm r 5-16 已知下
23、列数据( 298.15K) : 物质C (石墨) H2(g)N2(g)O2(g) CO(NH2) 2(s) 11 )298( KmolJ KSm 5.740 130.68 191.6 205.14 104.6 1 )298( molkJ KHm c -393.51 -285.83 0 0 -631.66 物质NH3(g)CO2(g)H2O(g) 1 )298( molkJ KGm f -16.5 -394.36 -228.57 求 298.15K 下 CO(NH2)2(s)的标准摩尔生成吉布斯函数 mfG 以及下列反应的标准平衡常数K 。 )(2)( 32 gNHgCO)()()( 222 s
24、NHCOgOH 解: )()()(2)()( 2 1 ( 22 25 222 sNHCOgHgNgOC C 石墨) 11 11 -456.67 )68.13026.191114.2055.0740. 516.1041()298( KmolJ KmolJKSm r 1111 -333.51k)66.631(1)83.285(2)15.393(1)298(KmolJKmolkJKH mr 113- 22 4.19710(-456.67)298.15-333.51 )298(15.298)298(298),( ,)( molkJmolkJ KSKKHKsNHCOG mrmrmf )()()()(2)
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- 物理化学 上册 第五 天津 大学出版社 化学平衡 习题 答案
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