物理化学 侯新朴版第三章 化学平衡

本文格式为Word版，下载可任意编辑——物理化学侯新朴版第三章化学平衡第三章化学平衡练习参考答案

1O2(g)====H2O(g)的ΔrGmo为－228.572-1

kJ?mol。298.15K时水的饱和蒸气压为3.1663kPa，水和密度为997kg?m-3。求

1298.15K反应H2(g)+O2(g)====H2O(l)的ΔrGmo。

2解:设计以下过程计算ΔrGmo。

1.已知298.15K时，反应H2(g)+

H2(g)+1/2O2(g)，298.15K，101.325kPaΔG1H2O(g)，298.15K，101.325kPaΔrGomH2O(l)，298.15K，3.1663kPaΔG3ΔG2H2O(g)，298.15K，3.1663kPa

ΔG1=-228.57(kJ?mol-1)ΔG2=

?p12pVdp=nRTln

p2p1=1×8.314×298.15×ln(3.1663/101.325)=-8591(J)ΔG3=0

ΔrGmo=ΔG1+ΔG2+ΔG3

=(-228.57)+(-8591×10-3)+0=-237.17(kJ?mol-1)

2.1000K时，反应C(s)+2H2(g)====CH4(g)的ΔrGmo为19397J?mol-1。现有与碳反应的气体，其中含有CH4(g)10%，H2(g)80%，N2(g)10%(体积%)。试问:

(1)T=1000K，p=101.325kPa时，甲烷能否形成？

(2)在(1)的条件下，压力需加到若干，上述合成甲烷的反应才可能进行？解:体积分数等于物质的量分数，pB=xBp，p=po

(1)ΔrGm=ΔrGmo+RTlnQp=ΔrGmo+RTln

=19397+8.314×1000×ln

ΔrGm＞0，甲烷不能形成。

(2)ΔrGm=ΔrGmo+RTlnQp

0.1=19397+8.314×1000×ln

0.82?p???po?????1(pCH/po)4(pH/po)22

0.1=3963.7(J?mol-1)20.8当ΔrGm＜0时，该合成甲烷的反应才可能进行。解得p＞163220(Pa)=163.22(kPa)

1

3.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375.3K时的分压应分别为47.836kPa和44.786kPa。将容器保持在375.3K，经一定时间后，压力变为常数，且等于86.096kPa。求反应SO2Cl2(g)====SO2(g)

o

+Cl2(g)的K。

解:根据pV=nRT，各气体的分压之比等于摩尔数之比。设平衡时SO2Cl2的分压为xPa，故

SO2Cl2(g)====SO2(g)+Cl2(g)

开始(Pa)4478647836平衡(Pa)x44786-x47836-x

平衡时的总压力(Pa):86096=x+(44786-x)+(47836-x)

解得x=pSO2Cl2=6526(Pa)

pSO2=44786–x=38260(Pa)pCl2=47836-x=41310(Pa)

Ko=

(38260/101325)(41310/101325)=2.39

(6526/101325)

4.445℃时，反应:H2(g)+I2(g)====2HI(g)的标准平衡常数为50.1。取5.3molI2与7.94molH2，使之发生反应，计算平衡时生产的HI的量。

解:设平衡时HI的量为xmol，常压下(p=101325Pa)。

H2(g)+I2(g)====2HI(g)

开始(mol)7.945.30平衡(mol)7.94-x/25.3-x/2x

平衡后混合物总量=(7.94-x/2)+(5.3-x/2)+x=13.24(mol)

(x/13.24)2K==50.1

[(7.94?x/2)/13.24][(5.3?x/2)/13.24]o

解得x1=9.48(mol)，x2=19.29(mol)∵x＜5.3×2(mol)，∴x=9.48(mol)

5.27℃时，反应:A(g)+B(g)====AB(g)的ΔrGmo=－8368J?mol-1，欲使等摩尔的A和B有40%变成AB，需多大总压力？

解:

ΔrGmo=－RTlnKo=－8.314×300lnKo=－8368(J?mol-1)

Ko=28.645

以1molA计算。

A(g)+B(g)====AB(g)

开始(mol)110平衡(mol)1-0.41-0.40.4平衡后混合物总量=1.6(mol)

Ko=

p0.4/1.6?()?1=28.645

(0.6/1.6)(0.6/1.6)1013252

解得p=6288.5(Pa)

6.298.15K时，反应:A(g)====B(g)，在A和B的分压分别为1013250Pa

oo

和101325Pa时达到平衡，计算K和ΔrGm。当A和B的分压分别为202650Pa和101325Pa及A和B的分压分别为10132500Pa和506625Pa时反应的ΔrGm，并指出反应能否自发进行？

(pB/po)101325解:K===0.1

(pA/po)1013250o

ΔrGmo=－RTlnKo=－8.314×298.15ln0.1=5707.69(J?mol-1)

(pB/po)ΔrGm1=ΔrGm+RTlnQp=ΔrGm+RTlno(pA/p)o

o

101325=3989.5(J?mol-1)

202650ΔrGm1＞0，反应不能否自发进行。

506625ΔrGm2=5707.69+8.314×298.15×ln=－1718.2(J?mol-1)

10132500ΔrGm2＜0，反应能否自发进行。

7.合成氨时所用氢和氮的比例为3∶1，在673K、1013.25kPa压力下，平衡混合物中氨的摩尔百分数为3.85%。

(1)求N2(g)+3H2(g)====2NH3(g)的Ko。

(2)在此温度时，若要得到5%氨，总压力为多少？解:

(1)平衡混合物中，NH3(g)的摩尔百分数=0.0385，则

N2(g)=(1-0.0385)×(1/4)=0.2404H2(g)=(1-0.0385)×(3/4)=0.7211

=5707.69+8.314×298.15×ln

0.038521013250?2-4

?()K==1.64×1030.2404?0.7211101325o

(2)平衡混合物中，NH3(g)的摩尔百分数=0.05，则N2(g)=(1-0.05)×(1/4)=0.2375H2(g)=(1-0.05)×(3/4)=0.7125

p0.052-4?2?()K==1.64×10

0.2375?0.71253101325o

解得p=1.35×106(Pa)

8.已知甲醇蒸气的标准生成吉布斯自由能ΔfGmo为－161.92kJ?mol-1。试求甲醇(液)的标准生成自由能(假定气体为理想气体，且已知298.15K的蒸气压为16.343kPa)。

解:298.15K时，设计以下过程计算ΔfGmo(l)。

3

ΔfGm(g)o稳定单质(101325Pa)ΔfGm(l)o甲醇(l，101325Pa)ΔG3ΔG2甲醇(l，16343Pa)甲醇(g，101325Pa)o

ΔG1-1

甲醇(g，16343Pa)

ΔfGm(g)=－161920(J?mol)ΔG1=

?p12pVmdp=RTln

p2p1=8.314×298.15×ln(16343/101325)=-4522.7(J?mol-1)

ΔG2=0

ΔG3=0(忽略甲醇液体ΔG随p的变化。若知密度，则可计算)oo

ΔfGm(l)=ΔfGm(g)+ΔG1+ΔG2+ΔG3

=(-161920)+(-4522.7)

=-166442.7(J?mol-1)=-166.44(kJ?mol-1)

9.25℃时丁二酸(C4H6O4)在水中的溶解度为0.715mol?kg-1，从热力学数据表中得知，C4H6O4(s)、C4H5O4-(m=1)和H+(m=1)的标准生成吉布斯能ΔfGmo分别为－748.099、－723.037和0kJ?mol-1，试求25℃时丁二酸在水溶液中的第一电离常数。

解:设计以下过程:

C4H6O4(m=1)ΔG1C4H6O4(0.715m)ΔG1=RTlnΔG2=0ΔG3=

ΔGoC4H5O4-(m=1)+H+(m=1)ΔG3C4H6O4(s)

ΔG2c2=8.314×298.15×ln(0.715/1)=-831.58(J?mol-1)c1GO???Bf?产物????BfGO?反应物

=1×(-723.037)+1×0-(-748.099)=25.062(kJ?mol-1)丁二酸在水溶液中第一步电离的

ΔrGmo=ΔG1+ΔG2+ΔG3=(-831.58)×10-3+0+25.062

=24.23(kJ?mol-1)

ΔrGmo=－RTlnKo=－8.314×298.15lnKo=24.23×103Ko=5.686×10-5

10.在真空的容器中放入固态的NH4HS，于25℃下分解为NH3(g)与H2S(g)，平衡时容器内的压力为66.66kPa。(1)当放入NH4HS(s)时容器中已有39.99kPa的H2S(g)，求平衡时容器中的压力；(2)容器中原有6.666kPa的NH3(g)，问需加多大压力的H2S(g)，才能形成固体NH4HS？

解:NH4HS(s)====NH3(g)+H2S(g)

4

pNH3=66.66×103×(1/2)=33.33×103(Pa)pH2S=66.66×103×(1/2)=33.33×103(Pa)

K=(pHO/p)?(pHO22o

o33.33?103)2)=0.1082/p)=(101325o(1)设平衡时NH3(g)的分压为xPa，则

Ko=(x/101325)?[(x?39.99?103)/101325]=0.1082解得x=pNH3=18872.25(Pa)

pH2S=18872.25+39.99×103=58862.25(Pa)

平衡时容器中的压力为

p总=pNH3+pH2S=18872.25+58862.25=77734.5(Pa)

(2)设平衡时H2S(g)的分压为ykPa，则

Ko=(6.66/101.325)?(y/101.325)=0.1082

解得y=166.8(kPa)

即pH2S＞166.8(kPa)，才能形成固体NH4HS。

11.现有理想气体间反应A(g)+B(g)====C(g)+D(g)开