物理化学课后习题增补

物理化学课后习题增补

第一章化学热力学基础

1-1.求下列过程的体积功：

(1)5mol理想气体由300k,100kPa定压加热到800k；

(2)5mol理想气体由300k,100kPa定容加热到800k;

(3)5mol理想气体由300k,I.OMPa定温可逆膨胀到1.OkPa;

(4)5mol理想气体由300k,1.OMPa自由膨胀到I.OkPa。

解：

(1)由公式W“=-Jp,udV,在定压过程中有

Wv=-psu(V2-Vi)=-psu(nRT2/pi-nRT1/p2)

因为Pl=P2=Psu

1

所以Wv=-nR(T2-T1)=-5molX8.314j•mol'•K'X(800-300)K=-20.79kJ

(2)因为此过程为定容过程

所以dV=O

又因为W产，pdV

所以Wv=0

(3)对于理想气体绝热可逆过程

1(i3

W产-nRTln(pi/p2)=-5molX8.314J•mol•K'X300KXln(10Pa/10Pa)

=-86.15KJ

(4)对于理想气体自由膨胀Wv=0

1-22mol理想气体由27℃,100kPa定温可你压缩到1000kPa,求该过程的Q、K、AU.

△H„已知：气体的Cp,户28.00J•mol''•IC'

解：对理想气体定温过程：△U=0,AH=0

11

对理想气体定温可逆过程有Q=-Wv=-nRTln(pi/p2)=2molX8.314j,mol'•K

X300.15KXln(106Pa/105Pa)=-11.49kJ

1-3在298.15K时，使5.27克的甲醇(摩尔质量为32克)在弹式量热计中恒容燃烧，

放出119.50kJ的热量。忽略压力对始的影响。

(1)计算甲醇的标准燃烧始

(2)已知298.15K时从0(1)和C02(g)的标准摩尔生成始分别为一285.83kJ•mol

-393.51kJ«mol-1,计算CH30H⑴的八月〉

(3)如果甲醇的标准蒸发始为35.27kJ•mol-1,计算CH30H(g)的

3

解：⑴甲醇燃烧反应:CH30H⑴+-02(g)-C02(g)+2H20(1)

2

Act7®=-119.50kJ/(5.27/32)mol=-725.62kJ-mol

m

=(-725.62-0.5X8.3145X298.15X10-3)kJ«.mol-1

=-726.86kJ•mol-1

(2)AcH,®=Af/7®(C02)+2AfH®(H20[CILOlKD]

Af/7®[CH3OH(1)](C02)+2A,-//®(H20)-ACH®

=[-393.51+2X(-285.83)-(-726.86)]kJ•moF1

=-238.31kJ•mol-1

-1

(3)CH2H(1)-CH30H(g),AvapW®=35.27kJ•.mol

—麻[CH30H(g)]=AfW®[CH30H(1)]+AvapH®

=(-38.31+35.27)kJ•.mol

=-203.04kJ•moP1

1-4已知水在100℃的气化蛤ZiH■，为40.67kJ•mo「，1kg的水蒸气从100℃,101325Pa定

温压缩为100℃,202650Pa的水，计算该过程的△(]、

△Ho

解：因为全过程涉及相变化及P、T、V的变化，故可以分成如下两个过程计算：

n=1000g/18g,moll=55.56mol

△Hi=n(-△上)=55.56molX(-40.67)kJ•mol'=-2260kj

△H2^0

△H=△Hi+Z\H2=2260kJ

△U=△H-△(pV)=△H-(p2V2-pM)Q△H+pN尸△H+nRT=-2260kJ+55.56molX

8.314J-mol'•K'X300K=-2088kJ

1-5在273.2K和1013.25KPa时，有10.00dm3理想气体氢现经过绝热可逆膨胀到最后压力

为101.325KPa。计算该过程的Q、W、ZiU、ZkH和4S。

解：n=piVi/RT=4.46mol

3

V2=39.81dm

T2=108.8K

Q=0

△S=0

W=AU

△U=-9146J

△H二-15243J

1-6在-59°C时，过冷液态二氧化碳的饱和蒸气压为0.460MPa,同温度时固态CO2的饱和

蒸气压为0.434MPa,问在上述温度时，将1mol过冷液态CO2转化为固态C02时，AG为多

少？设气体服从理想气体行为。

解：此过程为不可逆相变，因此设计如下过程：

不可逆相变:℃

-59℃CO2(1)-59CO2(s)

0.460MPa0.434MPa

13

-59℃CO(g)-59℃CO(g)

22,2

0.460MPa0.434MPa

\G=AG+AG+AG

过程1,3为可逆相变，即AG=△&二0

过程2为等温可逆膨胀

『也0434

AG2=-fSdT+JVdp="dp=nRTIn&•=、

1x8.314x214.2In-----J

p'PP\0.460J

=-104J

AG=AG2=-104J

1-7在300K,100kPa压力下，2molA和2molB的理想气体等温、等压混合后，再等

容加热到600Ko求整个过程的ASo已知仇吗A=1.5/?,am,B=2.5R

解：

混合态

纯态2mobA+2moLB

<2mol,A(g)p=100kPa

300K,100kPa恒容

2mol,B(g)—7；=300K

(2)

混合态

<2mol,A+2mol,B

%二600K

△S=AS+AS,n=2mol

AS=2〃Mn(2V/K)2nRln2

△S=(1.5刀月+23nR)In(A/71)=In2

所以AS-6M?ln2

=(6x2molx8.314J•K-1•mol-1)ln2=69.15J•K-1

1-8已知在298K,100kPa下

Sn(白)____________>Sn(灰)

过程的△”=-2197J•mol'1,A%=-0.42J•K'•mol'1,AS=-7.54J•K-1•moT'o

(1)指出在298K,100kPa下，哪一种晶型稳定。

(2)计算在283K,100kPa下，白锡变为灰锡过程的A&,并指出哪一种锡的晶体更稳

定？

解：(1)在298K,100kPa下

=-(2197-298x7.54)J•moL=49.92J•mol1

所以白锡稳定。

(2)在283K,100kPa下

=AKj+AC.(①一K)=-2190.7J•mol1

TAC

:

ASm2=IAn5m,।I+jL(—T—dT

=f-7.54-0.42ln^-|J•K“•mol”

I29#

=-7.52J•K1•mol'1

△琉？==-62.5J,moT1

所以灰锡稳定；

1-91.01325kPa下将一盛有100℃、1mol的密闭玻璃球放在100dm，的容器中，整个容器

放在100℃的恒温槽内。将玻璃小球击破，水即发生气化(设蒸气为理想气体)，计算该过

程的Q,W,AU,AH,AS,AA,和AG。已知100℃水的气化热为40.59kJ•mol

解：首先判断水是否全部气化，在1.01325kPa下，

〃8.315x373.15,

V=---------——m3=30.62dm

Imol水全部气化应占体积：101325

8.315x37315

PPa=3|O25JPa

或在恒容下，Imol水全部气化后的压力：100x10

因为体积和压力均小于始态，表明能全部气化，末态压力应为31025.7Pa选择

整个容器为系统，设计下过程

HO

2⑴(1)H-O(g)(2)H2O(g)

101325Pa相变101325Pa恒温31025.7Pa

理想气体恒温过程AH2=0,AU2=0

AH=AH>+AH2=AH1=40.59kJ

AU=AUi+AU2=AUI=AHI-A(pV)=AH,-RT=37.47kJ

因对整个容器系统AV=O,故W=0,Q=AU=37.47kJ

AS=ASi+AS2=AH,/T-nRln(p2/p1)=118.60J•K-1

AA=AU-TAS=37.49kJ-118.60X373.15J=-6.771kJ

AG=AH-TAS=40.59kJ-118.60X373.15J=-3.672kJ

1-101mol单原子理想气体由298K、5P的始态膨胀到压力为p的终态经过下列途径

⑴等温可逆膨胀(2)外压恒为p的等温膨胀⑶绝热可逆膨胀(4)外压恒为p的绝热膨胀。

计算各途经的Q、W、AU、AH、AS、AA与AG。已知81n(298K)=126J•K"•moT'o

解：(1)等温过程AU=AH=0

Q=-W=nRTln|-^-|=lx8.314x298xIn5=3987.5J：W=-3987.51

398751

AS=£».==133gJ.K,AA=AG=-3987.5J

T298

(2)△□=AH=0

Q3-W=p(v3-V,)=Rr|l--j=8.314x298x(1-0.2)=1982J

\S=nRIni-=13.38J-K'1

AG=A4=-3987.5J

52

5

(3)/=-,T2=TA—\=298x5=156.8K

3l尸2J

AL/=nCVntAT=FRx(】56.8-298)=-1761J,0=0

AH=JiC”.AT>=gRx(156.8-298)=-2934J,W=AU=-1761J

AS=0f=S[=S(298AT)-Z?1nl—=126-In5=112.6J-K*1

VP2)

A4=Al/-5(心-7；)=-1761-112.6x(l56.8-298)=14318J

AG=AH-S(r2-Tj)=-2934-112.6x(156.«-298)=J2965J

3/

(4)0=0,AU=W，,巾2-n)=-%(匕-匕)

IR(T2-298)=-J?|7\-298X1,T2=202.6K

3

AU=nCVm(T1-r,)=-«x(202.6-298)=-1990J=W

AH=nC/,„(TI-TibjRx(202.6-298)=-1983J

AS=nC,.=5.36JK

11

S1=112.6J-K-,S2=S,+AS=112.6+5.36=118J-K'

A4=AU-(SjTi-5/J=-1190-(118x202.6-112.6x298)=8454J

AG=AH-(SjTi-SJ))=-1983-(118x202.6-112.6x298)=7661J

1-111mol单原子理想气体从273K、22.4dm3的始态变到202.65KPa、303K的末态，已知

系统始态的规定炳为83.68J.K-1,求此过程AU、AH,AS^AG.

解：在题中给出的过程中设置一个中间状态，即

状态I（T1、VI、PD等温状态n（T2、V2、P2）等压状态III（T3、V3、P3）

T1-273KT2=T1=273KT3=303K

VI-22.4LP2-P3-202.65KPaP3-202.65KPa

AU=Qv=fT2T3nCv.-dT=nCv,*(T3-T2)=3/2R(303-273)=374.13J•mol'

1

AH=QP=fT2T3C,.dT/T=nCp,m(T3-T2)=5/2R(303-273)=623.55J•mol

△S=AS1+AS2=nRln(V2/Vi)+nCP,,„ln(T3/T2)=8.314In(11.2/22.4)+5/2X8.314

Xin(303/273)=-3.60J•K1

AG=AH-(TsSs-TiSi)=623.55-(303X80.08-273X83.68)=-796.05J•K’

1-12已知下列热化学方程式：

1

(1)Fe2O3(s)+3C0(g)=2Fe(s)+3CO2(g)AH=-25kJ•mol'

(2)3Fe203(s)+CO(g)=2Fe304(s)+CO2(g)AH=-47kJ•mo-

(3)Fe304(s)+C0(g)=3FeO(s)+C02(g)AH=+19kJ-moT'

写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO?的热化学方程式。

解：

(1)X3-(2)-(3)X2就可得6FeO(s)+6C0(g)=6Fe(s)+6CO2(g)AH=

-66kJ,mol1

即FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)Z\H=-1IkJ•mol'。

1-13证明物质的量恒定的单相纯物质，只有p,K7变化过程的

dS=(nCVm/T)(刃/叨)vdp+(〃Gm/7)(//W),dV

证明：

dS={dS/dp)vdp+(4/dV)pAV

={dS1JT)v(3TIdp)vQp+(3S16T)p(3T13V)pQV

将g勿)、,=y及g肛=C代入上式，即可证明

dS=(nCVm/T)sn^)vdp+(nCpm/7)("/W).dV

第二章相平衡

2-1在一定温度，一定压强下，使物质B在水溶液中B的化学势由11B变化dUB，而且du

8>0,与此同时溶液中水的化学势口A变化dIXA，试确定duA是大于，小于还是等于零。

解：ExBdxB=O,又化学势既是偏摩尔吉布斯函数，则有

XAUA+XBuB=0

-(XB/XA)•dUB=dUA

因为xB>0,xA>0,duB>0

所以dPA<0

2-2使比较和论证下列四种状态纯水的化学势大小顺序：

(1)373.15K,101325Pa液态水的化学势Ui；

(2)373.15K,101325Pa气态水的化学势山;

(3)373.15K,202650Pa液态水的化学势口3；

(4)373.15K,202650Pa气态水的化学势u版

解：在水的正常沸点时U1=U2

在温度为373.15K及202650Pa下u4>u3

因为(竺小)T=V"〉O

fpm

所以U3>P1

u4>y2

因此U2>J3>U2=U1

2-3将少量NaCI(s)溶于水中形成不饱和溶液。NaCI全部电离为Na卡和C］，水部分电离为

4和OH,假设所有离子均不产生水化作用，不考虑气相，求该系统的独立组分数，自由

度数及平衡相数。

解：该系统存在一个平衡化学反应

+

2H2O===H3O+OH

且二离子浓度相同

又因为Na和C1的电中性条件

故该系统中S=5,R=l,R'=2,4>=1

则C=S-R-R/=2

f=C-4>+2=3

2-4已知固态苯的蒸气压在0℃时为3.27kPa,20℃时为12.30kPa,液态苯的蒸气压在20℃

时为10.02kPa,液态苯的摩尔蒸发焙为34.17kJ•moL.求(1)在30℃时液态苯的蒸气压;

(2)苯的摩尔升华给；(3)苯的摩尔熔化熠.

小1夕(30℃)34.17x103(303.2-293.2).

T2-TX

/7(20°C)R8.314x293.2x303.2

TXT2

p(30°C)=15.90kPa

InP?Asub〃m-4)

⑵

111----=--------------------------

PlR7工

(8.314x273.2x293.2,12.30x103^

△sub〃MIn-----------J,mol-1

293.2-273.23.27x103J

=44.lZkpmor1

⑶AsubHm-AfusH"+AvapHm

-1

ArvsH.=Asul,H„-=(44.12-34.17)kJ•mol

=9.95kJ,mol-1

2-5已知液体A(1)的饱和蒸气压与温度的关系为

嗑=-炭+江第-Pa)

(1)计算350K时，A(1)的饱和蒸气压p：0)=?

(2)计算下述过程的AH,AS,AG(设蒸气为理想气体)。

A(g,lmol,350K,p=18.40kPa)

A(l,lmol,350K,pT

解：(1)将T=350k代入眼与T的关系式，得

嗑=-*110。=-1

所以=0.3679X100kPa=36.79kPa

（2）所列变化过程为不可逆相变过程，可设计如下途径进行计算:

AH=AH1+AH2

△S=△S1+△s2

AG=△G1+△G2

△也可由对与T的关系式求得，即

心。。五小4鹏

，=一=♦,■；11

«i1rsRT?

1

则△Hi=lmolXAvapHm=lmolX4200KX8.314j•mol•K”=34.92kJ

△H2=0（因是理想气体定温过程）

于是△H=A%+AH1=34.92kJ+0=34.92kJ

而2=平修普99»K「

△S2=TRta"-lmaX8.314j•mo『•K”X加急=5.761八K1

1

于是AASi+△S2=（99.77+5.761）J•K4=1O5.5J•K

△Gi=O（因是定温定压可逆相变化）

AG-J）Rln£i=lmolX8.314j•mol1•K“X35OKX航普券-2016J

2Pi9

于是AG=△Gj+AG2=0-2016J=-2016J

2-6试考虑下面哪些是偏摩尔量？

解：由化学势和偏摩尔量的定义可知只有是偏摩尔量，其余三个均不是偏摩

7',p,nc

尔量，这四个均是化学势。

2-7已知370.26K纯水的蒸气压为91293.8Pa,在质量分数为0.03的乙醇水溶液上方，蒸

气总压为101325Pa。计算相同温度时乙醇的量分数为0.02的水溶液上：(1)水的蒸气分压,

(2)乙醇的蒸气分压。

解：设水的蒸汽压为"*,乙醇的蒸汽压为例*。

(1)根据FR*M

因此101325=91293.8X0.97+加'X0.03

所以办*=425667Pa=425.667kPa

水的蒸汽分压p=p；下=91293.8X0.98=89467.9Pa

3

(2)乙醇的蒸汽分压p=JD6*AB=425.667X10X0.02=8513.34Pa

2-8298K时纯CHCb和纯CCI4的饱和蒸汽压分别为2.64xlO4Pa和1.527xlO4Pa,若两者形

成理想溶液，并由CHCb和CCL各为l.OOmol混合而成。

计算：⑴与溶液呈平衡的气相组成；

⑵溶液的总蒸汽压。

解：(1)由拉乌尔定律得：

PcHCh=HciJcHCh=2.654xl04Pax0.5=1.327xlO4Pa

Pea,=P；ci4Xca4=1.527xl04Pax0.5=7.635xlO3Pa

由分压定律得：P=PCHCI3+夕cci」

"cHCb=1.327x104/7.635x103=1.734

1一^CHC13Pc。.

=

解得：yCHCii=0.635^cci40.365

(2)溶液的总蒸气压为两物质的分压和

=43

p=PCHCL，+/Vci,1.327xl0Pa+7.635xl0Pa

=2.091xl04Pa

2-9在293K时当HCI的分压为1.013xl()5pa时，它在苯中的量分数为0.0425,若293K时纯

苯的蒸气压为l.OOXlO,Pa,问在苯与氯化氢的总压，时，100g苯里溶解多少克HCI?

解：因为PHCI=kx,HCIXHCI

54

所以kx,Hd=PHCI/XHCI=1.013xl0Pa/3.0425=2.38xlOPa

5

又因为在293K时p=pc6H6+pHcrl.O13xlOPa

所以P*C6H6•Xc6H6+^x,HCI*XHCI=1.013X105Pa

100mol叫a

36.5gmol-1

lxlO4Pax78+238x104Pax

外0+l°°mol+l°°mol

36.5g-mol-17836.5gmol-178

=1.013xl05Pa

解得：mHCi=1.87g

2-10已知液体甲苯(A)和液体苯(B)在90℃时的饱和蒸气压分别为54.22kPa和

Pt=136.12kPao两者可形成理想液态混合物。今有系统组成为~=0-3的甲苯一苯混

合物5mol,在90℃下成气-液两相平衡，若气相组成为*・0/5攵求：平衡时液相组

成心及系统的压力P。

解：对于理想液态混合物，每个组分服从拉乌尔定律，因此

♦♦

%=勺巧_______勺外______

B印；+勺"P；+(P；-P〉B

x=%--04556X54.22.。2500

B或-(P；-136.12-03612-54.22)X04556

p=4P；+=0.75X54.22+0.25X136.12=74.70kPa

2-11为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86.0kPa压力下用水蒸气蒸储。已知：在此压

力下该系统的共沸点为80℃,80℃时水的饱和蒸气压为47.3kPa。试求：

(1)气相的组成(含甲苯的摩尔分数)；

(2)欲蒸出100kg纯甲苯，需要消耗水蒸气多少千克？

解：(1)因水和甲苯之间完全不互溶，所以，在一定温度下，水一甲苯的气

液平衡系统中，蒸气相的压力为水和甲苯的饱和蒸气压之和。即

P=/>H2O+/>C7H8=86.0kPa

所以

=47.3kPa/86.0kPa=0.550

7Hg=1-0.550=0,450

(2)由于计算时设水与甲苯是完全不互溶的，所以在它们共沸时，气相中水

与甲苯之比始终保持着力*(甲苯)/2*(水)。也就是它们混合蒸气冷凝所得的

水与甲苯的物质的量之比。设蒸气为理想气体，根据道尔顿定律，则

#

/)(H2O)V=n(H2O)JRT

力"(C7H8)V="(C7H8)RT-

p*(H2O)rz(II2O)m(H2o)/M(H20)

(G而="(GHs)="(GHg)7M(C7H8)

此式表明，要想得到加。7%)/(0),则需通人加(H2(D)/(kg)的水蒸气。现欲

蒸出100kg的甲苯，则所需的水蒸气的量为

W(H2O)=47.3kPaX18.015g-moLxWO000g/38.7kPa

x92.14g,mol-1

=23.9kg

2-12在378.5℃,钾和汞的蒸气压分别为433Pa和171X105Pa,在0.5molK和0.5molHg

混合制成的钾汞齐中(K-Hg),K和Hg的蒸气压分别为143Pa和1733Pa。求混合过程的

(钾汞齐为真实液态混合物，K和Hg均以纯态为标准态)

解：由理想液态混合物的混合性质有

AmixG=RT£R5jnxr

对真实液态混合物上式变为

A.,ixG=RT£nfilnar

应用于K和Hg的混合过程

A„,ixOn(K)RTlna(K)+n(Hg)RTlna(Hg)

又a(K):需，a(Hg)=：

代入上式，得

△“MG=n(K)RTln=£-^-+n(Hg)RTln?盯

P*CKJ/CHK]

=0.5molX8.314J-mol'•K-1X660.7KX+0.5molX

8.314J-mol1•KHX660.7KX加三3-=T5.7KJ

第三章化学平衡

3-1.在973K和标准压力下，反应CO(g)+H2(3(g)目呢(202加)+凡仁)的长；=0.71。

试根据如下两种情况，分别判断反应的方向。

(1)反应系统中各组分的分压都是1.52x105Pa。

6

(2)反应系统中，pco=1.013xl0Pa,PH,O=5965x105Pa,

Pc。，=PH,=1.52X10,Pa。

解：⑴根据化学反应等温式(AGJr.L—RTlnK^+RTlnZ

Q=Pco」pSxPH」d=L52xL52=]

"~Pco/p$~1-52x1.52-

Qp>Kf,(ArG,n)rp>0,正向反应是不自发的，而逆向反应是自发的。

⑵Q=Pc°」P'xPH」pS=1.52X1.52

“PCO/P'XPHQ/PS10.13x5.065

Q„<Kf,(AGm)。/0,正向反应是自发的。

3-2.反应(30植)+凡0盘)目他CC)2(g)+H2(g)的标准平衡常数与温度的关系为

卜叩=等3-5.103,当CO(g),H2O(g),CO?©和H?(g)的起初组成的摩尔分数

分别为0.30,0.30,0.20和0.20,总压为101.3kPa时，问在什么温度以下(或以上)，反

应才能自发地向生成产物的方向进行？

解：要使反应自发地向生成产物的方向进行，必须使反应的(AGnjT.pV0,即

(△/"=-RTlnKf+RTln。,,<0lnQ「<InKf

二PCOJP'XPHJP'_0.20X0.20

'Pco/p'xpHg/p'0.30x0.30'

In0.444<(495L5—5叩]

IT/K)

解得T<1154K

3-3.Ag(s)受到H2S(g)的腐蚀可能发生如下反应

2Ag(s)+H2s(g)目呢Ag2S(s)+H2(g)o

试计算，在298K和标准压力下，在H2s(g)和H2(g)的混合气体中，H2s(g)的摩尔分数低

于多少时，便不致使Ag(s)发生腐蚀？已知在298K时，Ag2s(s)和H2s(g)的标准摩尔生

1

成吉布斯自由能分别为：AfG®(Ag2S,s)=-40.25kJmor,

-1

AfG®(H2S,g)=-33.56kJ-mol.

解：设H2s(g)在气体混合物中的物质的量分数为x,则H?(g)的物质的量分数为

(1-X)O根据化学反应等温式

(4Gm)%=4G?+RTln——>0

X

^>exp-

XRTJ

ArG®=AfG®(Ag2S,s)-AfG®(H2S,g)

=(-40.25+33.56)kJ-mol-1=-6.69kJ.mo「

(AG©)6.69kJ-mol-1

exp—=exp1=14.88

IRT)8.314J-mor-K-1x298Kj

1—Y

——>14.88x<0.063

x

3-4.通常在钢瓶里的压缩氢气中含有少量O?(g)。实验中常将氢气通过高温下的铜粉,

以除去少量。2值)，其反应为：2Cu(s)+gc>2(g)目鲍Cu2O(s)o若在873K时，使反应

达到平衡，试计算经处理后，在氢气中剩余。2色)的分压为多少？已知反应的摩尔Gibbs

自由能的变化值与温度的关系为：=(-166732+63.01T/K)Jmor'»

解：这是一个复相反应，其中只有一种气体，要计算。2值)的分压，实际就是计算在

873K时的平衡常数。首先将873K时的计算出来

1

ArG,®=(-166732+63.01x873)Jmor'=-111.72kJmoP

因为=-RT\nKf=RT\nP(0|,g)'

e

所以/?(O2,g)=pexp

=100kPaxexpf2x(T"720)1=427xl0-9pa

I8.314x873)

这时可以认为O?(g)已基本除干净了。

3-5.在合成甲醇的过程中，有一个水煤气变换工段，即把H?(g)变换成原料气CO(g),

H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g)

现有一个混合气体，各气体的分压分别为〃H2=Pco2=20kPa,&o=50.7kPa,

PHzO=10kPa。已知在1093K时，反应的K$p=l,所有气体可视作理想气体。

(1)问在1093K时，该反应能否发生？

(2)如果把pg提高到405kPa,而“co提高到304kPa,其余气体的分压不变，问

情况又怎样？

解：(1)根据化学反应等温式，

(AGm)“=~RT\nKf+RTlnQp=RT\nQp

=8.314x1093xInf50-7X10"lJ-mol-1

_I20x20)_

=2.154kJmor1

因为0,故在该条件下，反应不可能自发正向进行•

(2)把Pco,和Pco的分压提高后

("),=8.314x1093xln篌瑞］J-moP'

=-8.906kJ-mol-1

这时，(△rGm)rw〈0,故在这个条件下，反应可自发正向进行。

3-6.在1373K时，有下列反应发生：

(1)C(s)+2S(s)=CS2(g)K：=0.258

(2)Cu2s(s)+H2(g)=2Cu(s)+H2s(g)Kj=3.9x103

(3)2H2s(g)=2Hz(g)+2S(g)K：=2.29xl0-2

试计算在1373K时，用碳还原CuzS(s)反应的平衡常数

解：用碳还原Cu2s⑸的反应式为：

(4)2CU2S(s)+C(s)=4Cu(s)+CS2(g)

这几个反应方程式之间的关系为

(4)=(1)+2X(2)+(3)

所以Kf=Kr（Kf）2Kf

=0.258x(3.9x10-3)x2.29x107=8.99xl0-8

3-7.在994K和100kPa压力下，使纯Hz(g)慢慢地通过过量的CoO(s),则氧化物部分

地被还原为Co(s)»流出的已达平衡的气体中，含H2(g)的体积分数为0.025。在同一温度

时，若用CO(g)还原CoO(s),平衡后气体中含CO(g)的体积分数为0.0192。如果将物质的

量相等的CO(g)和H2()(g)的混合物，在994K下通过适当催化剂进行反应，试计算其平

衡转化率？

解：首先写出反应的计量方程和计算相应的标准平衡常数

(1)H2(g)+CoO(s)g®H2O(g)+Co(s)

1-0.025

磔==39.0

PHJP&0.025

(2)CO(g)+CoO(s)目回ICO2(g)+Co(s)

Pco/P1-0.0192…

--------------=511

K?=e

pco/p0.0192

所要计算的反应是(3),(3)=(2)-(1)

(3)CO(g)+H2O(g)@®CO2(g)+H2(g)

〜,“°K?51.1,°,

所以跨=f=——=1.31

3磔39.0

设反应(3)的平衡转化率为a

CO(g)+H2O(g)@®CO2(g)+H2(g)

t=01100

t-te\-a\-aaa

这是一个反应前后气体分子数相等的反应，所以压力商与摩尔分数商相等

2

K1=a,=L31

3(1-a)2

解得：a=0.53

3-8.反应NH4cl(S)目睡］N&(g)+HCl(g)的平衡常数，在250〜400K的温度范

71nonK

围内，与温度的关系式为lnK/=37.32-任32。设在这个温度范围内AC,,=0。试