第三章化学平衡习题答案

1第三章化学平衡练习参考答案1.已知298.15K时，反应H2(g)+21O2(g)====H2O(g)的ΔrGmo为－228.57kJ•mol-1。298.15K时水的饱和蒸气压为3.1663kPa，水和密度为997kg•m-3。求298.15K反应H2(g)+21O2(g)====H2O(l)的ΔrGmo。解:设计下列过程计算ΔrGmo。H2(g)+1/2O2(g)，298.15K，101.325kPaH2O(g)，298.15K，101.325kPaH2O(l)，298.15K，3.1663kPaH2O(g)，298.15K，3.1663kPaΔGrmoΔGΔGΔG123ΔG1=-228.57(kJ•mol-1)ΔG2=21ppVdp=nRTln12pp=1×8.314×298.15×ln(3.1663/101.325)=-8591(J)ΔG3=0ΔrGmo=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+RTln2)/()/(24oHoCHpppp=19397+8.314×1000×ln28.01.0=3963.7(J•mol-1)ΔrGm＞0，甲烷不能形成。(2)ΔrGm=ΔrGmo+RTlnQp=19397+8.314×1000×ln128.01.0opp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)23.在一个抽空的容器中引入氯和二氧化硫，若它的之间没有发生反应，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)+Cl2(g)的Ko。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=)101325/6526()101325/41310)(101325/38260(=2.394.445℃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)Ko=]24.13/)2/3.5][(24.13/)2/94.7[()24.13/(2xxx=50.1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=1)101325()6.1/6.0)(6.1/6.0(6.1/4.0p=28.6453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和101325Pa时达到平衡，计算Ko和ΔrGmo。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？解:Ko=)/()/(oAoBpppp=1013250101325=0.1ΔrGmo=－RTlnKo=－8.314×298.15ln0.1=5707.69(J•mol-1)ΔrGm1=ΔrGmo+RTlnQp=ΔrGmo+RTln)/()/(oAoBpppp=5707.69+8.314×298.15×ln202650101325=3989.5(J•mol-1)ΔrGm1＞0，反应不能否自发进行。ΔrGm2=5707.69+8.314×298.15×ln10132500506625=－1718.2(J•mol-1)ΔrGm2＜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)=0.7211Ko=232)1013251013250(7211.02404.00385.0=1.64×10-4(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)=0.7125Ko=232)101325(7125.02375.005.0p=1.64×10-4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，设计下列过程计算ΔfGmo(l)。4稳定单质(101325Pa)甲醇(l，101325Pa)甲醇(g，101325Pa)ΔGfmo(l)ΔGfmo(g)ΔG甲醇(l，16343Pa)甲醇(g，16343Pa)1ΔG2ΔG3ΔfGmo(g)=－161920(J•mol-1)ΔG1=21ppVmdp=RTln12pp=8.314×298.15×ln(16343/101325)=-4522.7(J•mol-1)ΔG2=0ΔG3=0(忽略甲醇液体ΔG随p的变化。若知密度，则可计算)ΔfGmo(l)=ΔfGmo(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:设计下列过程:C4H6O4(m=1)C4H6O4(0.715m)C4H6O4(s)C4H5O4-(m=1)+H+(m=1)ΔGΔG1ΔG3ΔG2oΔG1=RTln12cc=8.314×298.15×ln(0.715/1)=-831.58(J•mol-1)ΔG2=0ΔG3=反应物产物BOfBOfGG=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=5.686×10-510.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)5pNH3=66.66×103×(1/2)=33.33×103(Pa)pH2S=66.66×103×(1/2)=33.33×103(Pa)Ko=)/()/(22oOHoOHpppp=23)101325)1033.33(=0.1082(1)设平衡时NH3(g)的分压为xPa，则Ko=]101325/)1099.39[()101325/(3xx=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=)325.101/()325.101/66.6(y=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)开始时，A与B均为1mol，25℃下，反应达到平衡时，A与B各为0.3333mol。(1)求反应的Ko；(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；分别求反应达平衡时C的物质的量。解:(1)按反应式，平衡时，C为1-0.3333=0.6667molD为1-0.3333=0.6667mol平衡混合物为0.3333+0.3333+0.6667+0.6667=2molKo=022)101325()2/3333.0()2/6667.0(p=22)2/3333.0()2/6667.0(=4(2)设平衡时C为xmol，则平衡时A为1-xmolB为2-xmolD为xmol平衡混合物为(1-x)+(2-x)+x+x=3molKo=]3/)2[(]3/)1()3/(2xxx=4解得x=0.8453(mol)(另一解x=3.1547舍去)平衡时C为0.8453mol(3)设平衡时D为ymol，则平衡时6A为1-ymolB为1-ymolC为0.5+ymol平衡混合物为(1-y)+(1-y)+(0.5+y)+y=2.5molKo=2)1()5.0(yyy=4解得y=0.5959(mol)(另一解y=2.2374舍去)平衡时C为0.5+y=1.0959mol(4)设平衡时A为zmol，则平衡时B为zmolC为1-zmolD为2-zmol平衡混合物为z+z+(1-z)+(2-z)=3molKo=2)2)(1(zzz=4解得z=0.4574(mol)(另一解z＜0舍去)平衡时C为1-z=0.5426mol12.设在某一温度下，有一定量的PCl5(g)在标准压力po下的体积为1dm3，在该情况下PCl5(g)的离解度设为50%，用计算说明在下列几种情况中，PCl5(g)的离解度是增大还是减小。(1)使气体的总