第五章化学平衡习题-解

第五章物理化学习题及答案1、已知四氧化二氮的分解反应在298.15K时，175.4molkJGmr。试判断在此温度及下列条件下，反应进行的方向。（1）N2O4(100kPa),NO2(1000kPa);（2）N2O4(1000kPa),NO2(100kPa);（3）N2O4(300kPa),NO2(200kPa);解：由Jp进行判断1472.0)]15.298314.8/(1075.4exp[)/exp(3RTGKmrpONppNOpJp/]/[42222、Ag可能受到H2S（气）的腐蚀而发生如下反应：)()()(2)(222gHsSAgsAggSH今在298K、100kPa下，将Ag放在等体积的H2和H2S组成的混合气体中。试问（1）Ag是否可能发生腐蚀而生成Ag2S？（2）在混合气体中，H2S的百分数低于多少才不致发生腐蚀？已知298K时，Ag2S和H2S的标准生成吉布斯函数分别为–40.25和–32.93kJ／mol。解：（1）判断Ag能否被腐蚀而生成Ag2S，就是判断在给定的条件下，所给的反应能否自发进行。可以计算rGm值，由rGm的正、负来判断，也可以计算反应的平衡常数Kө，再比较Kө与Jp的大小来判断。Jp为指定条件下的压力商，其值为其中摩尔分数之比等于体积百分数之比。rGөm=fGө(Ag2S,s)–fGө(H2S,g)222222HHHHSHSHS1ppxpxJpxpx＝(–40.25+32.93)kJ/mol＝–7.32kJ/molKJ2.19298314.87320expRTGexpKPmr故在该条件下，Ag能被腐蚀而生成Ag2S2）Ag不致发生腐蚀，要求JPK2S2HS2HS2HS2H2HP1095.4x2.19Kxx1xxJ3、在288K将适量CO2（g）引入某容器测得其压力为0.0259pө，若再在此容器中加入过量)(24sCOONHNH，平衡后测得系统总压为0.0639pө，求（1）288K时反应)()(2)(2324gCOgNHsCOONHNH的K。（2）288K时上述反应的mrG。（3分）（1）)()(2)(2324gCOgNHsCOONHNH开始0.0259pө平衡2p0.0259pө+p平衡时总压pppppp01267.00639.030259.0总5321048.2)(32pppKNHCO（2）ln25.39/rmGRTKkJmol4、将一个容积为1.0547dm3的石英容器抽空，在温度为297.0K时导入一氧化氮直到压力为24136Pa。然后再引入0.7040g溴，并升温到323.7K。达到平衡时压力为30823Pa。求323.7K时反应)()(2)(22gBrgNOgNOBr的KΘ。解：323.7K时NO和Br2的原始分压分别为0()24136(323.7297.0)26306pNOPaPa02222()()/()()11241nBrRTRTmBrMBrpBrPaVV若NOBr平衡时的分压为x，则)()(2)(22gBrgNOgNOBr原始026306Pa11241Pa平衡x(26306-x)Pa(11241-0.5x)Pa总压5、已知298.15K，CO（g）和CH3OH（g）的标准摩尔生成焓mfH分别为-110.52及-200.7KJ·mol-1。CO（g）、H2（g）、CH3OH（g）的标准摩尔熵mS分别为197.67，130.68及239.4111molKJ，试根据上述数据求298.15K时反应CO（g）+2H2（g）==CH3OH（g）的mrG及K。解：118.90molkJHHmfBBmr1162.219molKJSSmBBmr124700molJSTHGmrmrmr41013.2RTGmreK6、用丁烯脱氢制丁二烯的反应如下：CH3CH2CH=CH2(g)→CH2=CHCH=CH2(g)+H2(g)反应过程中通入水蒸气，丁烯与水蒸气的摩尔比为1:15，操作压力为52.010Pa。已知298.15K下数据：（1）计算298.15K时反应的rmH、rmS和rmG。（2）问在什么温度下丁烯的平衡转化率为40%。假设反应热效应和过程熵变不(A)丁烯（g）(B)丁二烯（g）ΔfHm（kJ·mol-1）-0.13110.16ΔfGm（kJ·mol-1）71.29150.671(2630611241)30823213448pxxxPaPaxPaBνeq2B2Θ2Bp()()K0.04129p()pNOpBrpNOBrp随温度变化，气体视为理想气体。（设丁烯初始物质的量为1mol）解：(1)2()()()rmfmfmfmGGBGHGA1150.67071.2979.38kJmol2()()()rmfmfmfmHHBHHHA1110.160(0.13)110.29kJmolrmrmrmSHGT11(11029079380)298.15103.7JmolK(2)32222()()()CHCHCHgCHCHCHCHgHg2HOt=01mol0mol0mol15molt(1-x)molxmolxmol15mol总物质的量(16+x)mol2220.4()2(160.4)16()0.0325110.4116160.4xpxKxpx总lnrmrmrmGRTKHTSlnrmrmTHSRK110290(103.78.314ln0.0325)834K7、已知298.15K以下数据：物质SO3(g)SO2(g)O2(g)mfH/kJ·mol-1-395.2-296.10mS/J·K-1·mol-1256.2248.5205.03（1）、求298.15K，P下反应SO2(g)+21O2(g)=SO3(g)的K；（2）、设mrH，mrS不随温度变化，反应物按反应计量系数比进料，在什么温度下，SO2的平衡转化率可以达到80%？解：①.11(395.2)(296.1)099.1kJmol2rmH-11256.2248.5205.0394.82JK2rmS183.70molkJSTHGmrmrmr121056.2)/exp(RTGKmr②.SO2(g)＋1/2O2(g)＝SO3(g)t=0时mol10.50t=∞时mol1-α0.5-1/2ααn总＝1.5-1/2α121211.52()10.5.05111.51.522PxPKKP11221122(3)0.82.213.27(1)(1)0.20.299100852ln94.828.314ln13.27rmrmHTKSRK8、五氯化磷分解反应在200°C时的，计算：（1）200°C，200kPa下PCl5的解离度。（2）摩尔比为1:5的PCl5与Cl2的混合物，在200°C，101.325kPa下，求达到化学平衡时PCl5的解离度。解：（1）设200°C，200kPa下五氯化磷的解离度为a，则)()()(235gClgPClgPCl原始100平衡1-αααmolnB)1(平衡时分压p11p1p1312.01]/)([]/)(][/)([)/(22523pppPClppClppPClpppKBeqBB得α=36.7%（2）设开始时五氯化磷的物质的量为1，解离度为a，则)()()(235gClgPClgPCl原始105平衡1-αα5+αmolnB)6(平衡时分压p61p6p65312.0)6)(1()5(]/)([]/)(][/)([)/(523pppPClppClppPClpppKBeqBB将各数据代入，则9、反应)g(SH)g(NH)s(HSNH234的△rHm(298K)＝93.72KJ.mol-1，设△rHm为常数，当置)s(HSNH4于一真空容器中，在298K下测得容器内的平衡压力为90KPa。求(1)298K时反应的标准平衡常数和△rSm；(2)温度升至328K时容器内的平衡压力。解：(1))()()(234gSHgNHsHSNH起始/kPa00平衡/kPape,1pe,1298.15K时，系统平衡总压p=2pe,1=90KPa∴pe,,1=45kPaK1=(pe,1/p)2=0.2025△rGm=－RTlnK1=3958.7J·mol-1113..1.30115.2987.39581072.93KmolJTrGmrHmrSm(2)升温至328K时，由121211lnTTRrHmKK＝3.450得K2=6.43K2=(Pe,2/P)2=6.43pe,2=253.6kPap总=pe,2=507.2kPa