化工热力学习题8

1、 第8章化学反应平衡一、是否题1化学平衡常数在低压下可以视为一个仅与温度有关的常数；而在高压下，T和p应该对化学平衡常数均有影响。错。化学平衡常数仅是温度的函数，与压力无关。2很明显，反应物的浓度或压力可以使化学平衡移动，所以就可以改变平衡常数。错。化学平衡常数仅是温度的函数。3改变反应温度，不但可以使化学平衡移动，而且可以改变平衡常数。对。化学反应的AG0是该反应进行方向的判据。错。应该是AG。t化学反应的AG0是该反应在标准状态下进行方向的判据。当化学反应Gibbs函数的变化大于零，则该反应是不可能进行的。对。初始时系统内存在的CH4、H2O、CO和H2分别是2mol、lmol、1mol和

2、4mol,当发生了e（0）422反应进度的气相反应CH+HOCO+3H后，则系统内物质的量不会变化。422错。可以导出系统内总物质的量与反应进度的关系是工n=8+2,所以，系统的总物质的量是i增加的。若化学平衡常数随着温度的升高而升高，则反应的标准焓变化AH0为正值对。因为dlnKAHoRT2无论在T，p一定，或U,V一定，或T，V一定条件下，对于封闭系统的平衡状态，总是有G为极小值。错。对于封闭系统的平衡状态，在U,V定条件下，S是极大值；U,V定条件下，A是极大值；T，p一定条件下，G是极小值。、IA-Ar口工二、计算题1.一容器中开始有物质的量为n0的水蒸气，分解成为氢气和氧气的反应进度

3、为8，求各组分的物质的量和摩尔分数。解：反应式为HOH+0.5O，各组分的物质的量和摩尔分数可以表示如下。222组分H2O(g)起始物质的量n0平衡物质的量平衡摩尔分数no-n-0n+0.50H2（g）n+0.500.5n+0.50.5n+0.5012若系统发生了两个反应CH+HQ42CH+2HO42CO+4H22初始时系统中只有2molCH4和3molH，O,用两个反应进度和来表达平衡组成。4212解2-y=Tl,yCH45+2+2CO21225+2+212H2O3-TL,y5+2+2H2123+4T2-,y5+2+2co21215+2+2123对于理想气体的化学反应：CH+HOCHOH，在

4、145C下，当压力为1bar时的平衡常24225数K=682X10-2,145C和10bar下的平衡常数为：a解K=6.82X10-2。（因为平衡常数仅是温度的函数。）a4.对于理想气相反应A2B，在400K,2bar时K=45.6，计算从纯A开始反应的平衡转化率。a解组分起始物质的量平衡物质的量平衡摩尔分数A(g)11一x(1一x)/(1+x)B(g)02x2x/(1+x)工1+x121=45.6K=Kp工ay2x/(1+x)2(1一x)/(1+x)nx=0.9225.对于理想气相反应A+BC+D，在400K，1bar下从ImolA和ImolB开始，当达到平衡时，可以得到075mol的C,若

5、从3molA和ImolB开始，在同样条件下达到平衡时，求可以得到C的物质341 的量。组分第一种情况第一种情况起始物质的量平衡物质的量摩尔分数起始物质的量平衡物质的量摩尔分数A(g)10.250.12533一nc(3-n)c/2B(g)10.250.12511一nc1-n/2cc(g)00.750.3750ncn/2c0.00.750.3750ncn/2c2121K=K匹uay0.1225=Ai0.37*25u=3，3。反应进度的定义为1)(务n)/2Hni)丿2ccX1(n/22)cnn=0.951c6.对于理想气相反应A+BC，在2O0C和2bar时，K=15,求（1）按反应物化学计量的化

6、学反a应平衡转化率，（2）按ImolA，ImolB和1mol惰性组分的平衡转化率。解（1）75%；（2）67.6%在化学平衡常数计算中，气相组分、液相组分、固相组分所取的标准状态是什么？气相组分：系统温度、常压下的纯理想气体；液相组分：系统温度、常压下的纯液体；固相组分：系统温度、常压下的纯固体。设初始时某体系中H2S与H2O的摩尔比为1：3,并进行以下气相反应：HS+2HO=3H+SO2222试推导用反应进度表示的组分摩尔分数的普遍关系式。解：用下标1表示H2S,2表示H2O,3表示H2,4表示SO2，反应式为H2S+2H2O=3H2+SO2由此可知化学计量数u=-1，u=-2,由题中所给条

7、件知体系初始时，=0，n=1，n=3，12n=n=0，对式（1）进行积分，可得某一12时刻各物质的量10 积分得n=1-e1同理，可得n=32e,n=3e,n=e。总摩尔数为n=工n=4+e,因此用反应进度表示的组234ii分摩尔分数的普遍关系式为y=(1e)/(4+e)，y=(32e)/(4+e)12y=3e/(4+e)，y=e/(4+e)349已知合成甲烷气的一个反应为3H+CO=CH+HO242该气相反应的平衡问题很重要。为了进行研究，需要把平衡常数K表示为反应进度的函数。如果初始时混合物中H2与CO的摩尔比为4：1试推导该关系式。解：用小标1代表H2，2代表CO,3代表CH4,4代表H

8、2O,反应式为3H+CO=CH+HOTOC o 1-5 h z242由此可知化学计量数u=3，u=-1，u=u=1。各物质量的变化与反应进度的关系式为1234dn=ude(1)ii由题中所给条件,知体系初始时,e=0,n=4,n=1,n=n=0,若达到平衡时反应进度为e,1234e则对式(1)积分可得各物质的量Jdn=3了d110得n=43e1同理，可得n=1e，n=n=e。总摩尔数n=En=52e，平衡时各物质的摩尔分数为2e34eieiy=(43e)/(52e)，1eey=(1e)/(52e)，2eey3=y4=e/(52e)e本题研究的反应是气相反应，纯物质的标准态逸度取f=101.32

9、5kPa，平衡常数表达式为iK=n(f/f)u;=n(y6p/101.325)yiiii2)ii将化学计量数及用反应进度表示的平衡组成代入式(2)，得101.325K=(-p八八eee2(52e)2)234ee丿八八(e)3e(43e)3(1e)12ee10.已知在35C,101.325kPa下达到平衡时N2O4变为NO2的解离分率为027,此条件下气体可当作242理想气体处理。1)试求该气相反应的平衡常数K；(2)计算在35C，13.33kPa下达到平衡时的反应进度；(3)已知温度为318K和298K时，N2O4解离的平衡常数分别为0.664和0.141,试计算在此温度范围内的平均反应热。解

10、：用下标1表示N2O4,2表示NO2，化学反应式为NO=2NO242得到u=-1，u=2。初始时，=0，并设片=1,n2=0，则达到平衡时8=8，ni=1-e，n2=2e，1212e1e2n=1+8，平衡时的摩尔分数为eTOC o 1-5 h zy=(1-8)/(1+8)，y=28/(1+8)(1)1ee2ee由于气体可看作理想气体处理，并取参考态压力为101.325kPa，于是化学反应平衡参数为pypy22)3)5)k=n(i)ui=2101.325101.325yi1将式(1)代入式(2)，得用反应进度表示的反应平衡常数表达式为p482p482K=e=e101.325(1+8)(1-8)1

11、01.325(1-82)eee(1)由于达到平衡时N2O4变为NO2的解离分率为0.27，即解禺分率=(1一叫)/1=8=0.271e将式(4)及已知的压力数据代入式(3)，得反应平衡常数值为K=0.315(2)由式(3)得一”4p/101.325+K由于平衡常数K仅与温度有关，而与压力无关，于是当压力变为13.33kPa时，由式(5)便可求得平衡反应进度为=0.612e(3)平均反应热可由它与化学反应平衡常数的关系求得RTTKAH0=1一2In1=61.0k41mol(T-T)K12211.设已知甲醇可以由CO加h2按下列反应制取CO(g)+2H(g)TCHOH(g)23且反应是在400K，

12、101.325kPa下进行的。通过分析，从反应器得到的平衡气相产品中，H2的含量为40%(摩尔百分数)。(1)假设为理想气体，试确定平衡产品中CO与ch3oh的组成；(2)如果反应在500K，101.325kPa下进行，初始物料与(1)相同，能否希望平衡产物中的H2的组成大于或小于40%?(设气体为理想气体。)已知：上述反应在400K时K=152,AH0=-94.54kJ。解：用小标1表示CO,2表示H2，3表示CH3OH,由反应式1) CO(g)+2H(g)TCHOH(g)23知化学计量数u=-1，u=-2,12u=1。对理想气体，平衡常数为3k=n101.325iy101.325)U=厂()2yy2p12将y3=1y1y2代入式(1)，得1yy101.325K=12(y