多组分系统热力学、化学平、多相平衡习题课

1、 选择题1.指出下列各量哪个是偏摩尔量。 （ A ）A. (A/ nB)T、p、nC/nB B. (G/nB)T、V、nC/nBC. (H/nB)p、V、nC/nB D. (U/nB)S、V、nC/nB2. 两只烧杯中各有1kg水，向A杯中加入0.01mol蔗糖，向B杯中加入0.01molNaCl，两只烧杯中一相同的速度冷却降温，则 ( A ) A.A杯中先结冰 B. B杯中先结冰 C. 两杯中同时结冰 D. 不能预测3. 在刚性密闭容器中，有下列理想气体的反应达到平衡A（g）+B（g）C（g）若在恒温下加入一定的惰性气体，则平衡将 （ C ） A. 向右移动 B. 向左移动 C. 不移动 D

2、. 无法确定 4. 某一反应在一定条件下最大转化率为30%，在同样条件下，加入催化剂后，其转化率将 （ C ）A. 大于30%； B. 小于30%； C. 等于30%； D. 不确定5.已知373K时，液体A的饱和蒸汽压为5x104Pa，液体B的饱和蒸汽压为105Pa，A和B构成理想液态混合物，当A在溶液中的物质的量分数为0.5时，气相中B物质的量分数为 （ A ）A . 1/1.5; B. 1/2; C. 1/2.5; D. 1/3 6. 主要取决于溶解在溶液中粒子数目，而不取决于这些粒子的性质的特性较 （ B ） A.一般特性； B. 稀溶液的依数性； C. 各向异性； D. 等电子特性

3、7. 在一定温度下，一定量的PCl5(g)在某种条件下的解离度为，改变下列条件，可使增大的是 （ C ） (A) 增加压力使体积缩小一倍； (B) 体积不变，通入N2使压力增大一倍；(C) 压力不变，通入N2使体积增大一倍；(D) 体积不变，通入CH4使压力增大一倍 8. 已知等温反应 CH4(g) C(s) + 2H2(g) CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)若提高系统的总压，则平衡移动方向为 （ A ） (A)（1）向左，（2）向右 (B)（1）向右，（2）向左 (C)（1）和（2）都向右 (D)（1）和（2）都向左 9. 100及p下液态水的化学势为1，100及p下水蒸气的化

4、学势为2，则 （ A ）A. 1 = 2 B. 1 2C. 1 2 D. 无确定关系 10.气-固相反应 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)已达平衡，在其它条件不变的情况下，若把CaCO3(s)的颗粒变得很小，则平衡 （ B ）A. 向左移动 B. 向右移动C. 不移动 D. 来回不定地移动 11.重结晶制取纯盐的饱和溶液中，析出的NaCl固体的化学势与母液中NaCl的化学势比较，高低如何 （ C ）A. 高 B. 低C. 相等 D. 不可比较 12. 在定温、定压下，溶剂A和溶质B形成一定浓度的稀溶液，采用不同浓度表示时，则 （ D ）A. 溶液中A和B的活度不变B. 溶液

5、中A和B的标准化学势不变C. 溶液中A和B的活度系数不变D. 溶液中A和B的化学势值不变 12.在298K时，气相反应H2 + I2 = 2HI 的rGm = -16778Jmol-1，则反应的标准平衡常数k为 （ C ）A. 2.01012 B. 5.91106C. 873 D. 18.9 13.在一定温度下，一定量的PCl5(g)在某种条件下的解离度为，欲使增加则需采用 （ C ）A. 增加压力使体积缩小1倍B. 保持体积不变，通入N2气使压力增加1倍C. 保持压力不变，通入N2气使体积增加1倍D. 保持体积不变，通入Cl2气使压力增加1倍 14. 有四杯含不同溶质相同浓度m=1molkg

6、-1的水溶液，分别测定其沸点，沸点升高的最高的是 （ A ）A. Al2(SO4)3 B. MgSO4C. K2SO4 D. C6H5SO3H （1）从多孔硅胶的强烈吸水性能说明自由水分子与吸附在硅胶表面的水分子比较，化学势高低如何 （ A ）A. 高 B. 低C. 相等 D. 不可比较（2）当上述硅胶吸附水达到饱和时，自由水分子与吸附在硅胶表面的水分子比较，化学势高低如何 （ C ）A. 高 B. 低C. 相等 D. 不可比较 15. NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达平衡时有 （ A ）A. C=2，P=2，F=2 B. C=1，P=2，F=1C. C=2，P=3，F=

7、2 D. C=3，P=2，F=316. CuSO4与水可生成CuSO4H2O, CuSO43H2O, CuSO45H2O三种水合物，则在一定温度下与水蒸气平衡的含水盐最多为 （ B ）A. 3种; B. 2种; C. 1种; D.不可能有共存的含水盐 的是 （ A ）17、FeCl3和H2O能形成FeCl36H2O(s)，2FeCl37H2O(s), 2FeCl35H2O(s), FeCl32H2O(s)四种水合物，则该系统的独立组分数和在恒压下最多可能的平衡共存的相数分别为（ C ）C=3、P=4； B. C=2、P=4； C. C=2、P=3； D. C=3、P=5。18、下列过程可以适用

8、方程A. I2(s) = I2(g ); B. C(石墨) = C(金刚石)C. H2Cl2(s) = 2HCl(g) D. N2(g, T1, p1) = N2(g, T2, p2)19、Na2CO3(s)与H2O(l)可生成水合物Na2CO3H2O，Na2CO37H2O，Na2CO310H2O，则-3时，与Na2CO3水溶液、冰平衡共存的水合物做多有几种 （ B ） A. 0; B. 1; C. 2; D. 3 20、杠杆规则适用于二组分相图上的区域为 （ C ）A. 液相区 B. 共晶混合区C. 任意两相平衡区 D. 仅适用于液-固平衡区21、一个含有K+、Na+、NO3-和SO42-四

9、种离子的不饱和水溶液，其独立组分数为 （ B ）A. C = 3 B. C = 4C. C = 5 D. C = 621、在一个抽空容器中，放有过量的NH4I(s)并发生下列反应NH4I(s) = NH3(g) + HI(g)2HI(g) = H2(g) + I2(g)平衡系统的相数P、独立组分数C、自由度数f分别为 （ A ）A. 2，1，1 B. 2，3，1 C.2，3，2 D. 2，3，022、在一个真空容器内放入过量的NH4Cl(s)和NH4I(s)并发生下列反应NH4I(s) = NH3(g) + HI(g)NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g)此平衡系统的相数P、独立

10、组分数C、自由度数f分别为 （ A ） A. 3，2，1 B. 3，2，2C. 3，1，2 D. 3，3，2二、简答下列各题1. 反应C(s)+H2O=CO(g)+H2(g)在673K达到平衡，已知rHm=133.5千焦，问下列条件变化时，对平衡有何影响？ 增加温度 增加水蒸气的分压 增加总压 2.设水的化学势为*(l),冰的化学势为*（S），在101.325KPa及-10条件下，*（l）是大于、小于还是等于*（S）？说明理由？答：在101.325KPa及-10条件下，H2O(l)H2O(s)为自发过程，据化学势判据，相变过程自发向化学势低的方向进行，因此有*（l）*（s） 3.乙苯脱氢制苯乙

11、烯的反应： C6H5C2H5(g) = C6H5C2H3(g) + H2(g)在乙苯脱氢制苯乙烯的生产过程中要向反应系统中通入大量惰性组分水蒸气，请根据化学平衡原理解释为什么要通入大量的水蒸气？答：由反应式可见，该反应是一个分子数增加的反应，根据平衡移动原理，在恒压下加入惰性组分平衡要向生成产物的方向移动，也就是增加惰性组分后有利于气体的物质的量增大的反应。因此对于该反应，通入水蒸气生产上可以提高转化率。 4. 对于合成氨反应：N2 + 3H2(g) = 2NH3(g).在实际生产过程中，未反应完全的原料气N2，H2混合物要循环使用。在循环中，不断加入新的原料气，N2和H2不断反应，而其中惰性

12、组分，如甲烷、氩等因不起反应而不断地积累，含量逐渐增高，要定期放空一部分惰性组分以减少惰性组分的含量。请用化学平衡知识解释为什么要定期放空一部分惰性组分以减少惰性组分的含量？答：由反应式可见，该反应是一个分子数减少的反应，根据平衡移动原理，在恒压下加入惰性组分平衡要向生成反应物的方向移动，也就是增加惰性组分后有利于气体的物质的量增大的反应。因此为了提高转化率，要定期放空一部分惰性组分以减少惰性组分的含量。 区域存在的相自由度数区域存在的相气气+液液两个共轭溶液自由度数2121TABabcdex根据下图所示的二元液系相图填写下表。并绘制系统由a点等压降温到e的过程的冷却曲线。 答： 液体B和液体

13、C可形成理想液态混合物。在25下，向无限大量组成xC=0.4的混合物中加入5mol纯液体C。求过程的G，S。解：由于是无限大量的溶液中加入组分C所以可以认为，组分C加入前后组分B的浓度没有受到影响。G=RTnBlnxB=8.314298.25ln0.4=-11.36 kJS=-RnBlnxB=-8.3145ln0.4=38.09 kJ 液体A和液体B可形成理想液态混合物，若将组成yA=0.400的蒸气混合物放入一带有活塞的气缸中，与温度为t时进行恒温压缩，已知温度为t时pA*和pB*分别为40.530kPa和121.590kPa。（1）计算刚刚开始出现液相时的蒸气总压；（2）求A和B的液态混合

14、物在101.325kPa下沸腾时的液相组成。解：（1）刚刚开始凝结时，气相组成仍可看作原来的组成yA=0.400p = pA + pB=pA*xA + pB*xB = pA*(1-xB) + pB*xB= pA* + (pB*-pA*)xB=40.530 + (121.590-40.530)xB （1）p = pB/yB = (pB*xB/yB) = 121.590 xB/(1-0.400) (2)由（2）和（2）式解得：xB=0.333 p=67.584(kPa)(2)此时p=101.325kPa，代入（1）式，得xB=0.750 在85、101.325kPa时，甲苯（A）及苯（B）组成的液

15、态混合物达到沸腾。该液态混合物可视为理想液态混合物。试计算该混合物的液相及气相的组成。已知苯的正常沸点为80.10，甲苯在85时的蒸汽压为46.00kPa，vapHm(C6H6,l)=31.10kJmol-1。解：85、101.325kPa时该理想液态混合物沸腾即达到气、液两相平衡，则p= pA* + (pB*-pA*)xB由克-可方程式可求得pB*(358.15K)lnpB*(358.15K)/pB*(353.25K)=(31.10103) (1/353.25-1/358.15)/8.314pB*(358.15K)=117.1(kPa)所以，在85时的气、液相组成分别为：xB=(p-pA*)

16、/(pB*-pA*)=(101.325-46.00)/(117.1-46.00)=0.778xA=1-xB=0.222yB=pB/p=pB*xB/p=117.10.778/101.325=0.899yA=1-yB=0.101 在25和100 pKa时，N2O4有18.46%离解，求50 kPa及25时N2O4的离解度。解：以开始时1mol的N2O4为计算基准，设解离度为 N2O4（g）=2NO2开始时 1 0平衡时 1- 2总物质的量 1-+2=1+ P=0.5p2=0.257某温度下液体A与液体B能形成理想溶液。（1）将1mol纯A与2mol纯B混合后总蒸气压为50.66 kPa；若在混合物

17、中再加入3mol纯A，则总蒸气压为70.93 kPa，求纯A的饱和蒸气压和纯B的饱和蒸气压；（2）若将1mol纯A与1mol纯B混合，求对应的气相中A的摩尔分数和B的摩尔分数。 解：（1）由道尔顿分压定律和拉乌尔定律，P总=PA+PB=PA*xA+PB*xB 所以 50.66kPa= 1/3 PA* +2/3 PB* 70.93kPa= 4/6 PA* +2/6 PB* 联立这两个式子可得：PA*=91.20 kPa PB*=30.39 kPa （2）yA=PA/P总= PA*xA/( PA*xA+PB*xB) =91.200.5/(91.200.5+30.390.5)=0.75 yB=1-

18、yA =0.2525，200kPa下将4mol的纯A(g)放入带活塞的密闭容器中，达到如下化学平衡：A(g)2B(g)。已知平衡时nA=1.697mol, nB=4.606mol。（1）求该温度下反应的K和rGm。（2）若总压为50kPa，求平衡时A，B的物质的量。 K=3.976 rGm=-3.42 kJmol-1 nA=0.739 mol nB=6.523 mol 反应 C2H5Cl(g)=C2H4(g)+HCl(g) 在400K时，rGm =19.46kJmol-1。(1) 计算400K时的K；(2) 初由1molC2H5Cl(g)反应，计算400K和平衡总压力为101325Pa时，C2H5Cl(g)的离解度。 pKRTG lnmpKln400314. 81046.19331088. 2pK(1) 由rGm K知 K K（2）设离解度为，则 C2H5Cl(g) = C2H4(g) + HCl(g) （2分）开始 1mol 0 0平衡时 1- ni=1-1+ （1分） ppppppKp/11)/1)(/1(总总总K ） 1)(1 (1088. 223 4 . 5 NH4HS固体放入抽空的瓶内，发生分解，反应为NH4HS(s)