第5章 化学平衡原理习题及全解答

1第5章化学平衡原理习题及全解答1.写出下列反应的标准平衡常数表达式。(1)CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)(2)PbI2(s)==Pb2+(aq)+2I-(aq)(3)BaSO4(s)+2C(s)==BaS(s)+2CO(g)(4)Cl2(g)+H2O(l)==HCl(aq)+HClO(aq)(5)ZnS(s)+2H+(aq)==Zn2+(aq)+H2S(g)(6)CN-(aq)+H2O(l)==HCN(aq)+OH-(aq)答：(1)224242θCOCOθθθ22CHOCHO/(/)(/)ppppKpppppp(相对压力)(2)2+-2+-θθθ22PbIPbI(/)(/)cKcccccc(相对浓度)(3)θθ2CO(/)pKpp(4)+2-HClOHClCl/(/)Kcpcpc(5)2++2θθ2HSZnH(/)/Kcppc(6)--θHCNOHCN/Kccc2.填空题(1)对于反应：C(s)+CO2(g)==2CO(g)，rm(298.15K)H=172.5kJmol-1，填写下表：k正k逆正逆K平衡移动方向增加总压力升高温度加催化剂(2)一定温度下，反应PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)达到平衡后，维持温度和体积不变，向容器中加入一定量的惰性气体，反应将移动。(3)对化学反应而言，rmG是的判据，rmG是的标志，若rmG=rmG，则反应物和生成物都处于状态。答：(1)k正k逆正逆K平衡移动方向增加总压力不变不变增加增加不变向左升高温度增加增加增加增加增加向右加催化剂增加增加增加增加不变不变(2)不。充入惰性气体，总压增大，但温度和体积不变，参与反应的各物种的分压不变，平衡不移动。(3)反应方向；反应进行倾向性；平衡。3.氧化亚银遇热分解：2Ag2O(s)==4Ag(s)+O2(g)。已知Ag2O的fmH=-31.1kJmol-1，fmG=-11.2kJ·mol-1。求：（1）在298K时Ag2O—Ag体系的2Op=？（2）Ag2O的热分解温度是多少(在分解温度，2Op＝100kPa)？解：(1)-1rmBfm62.2kJmolHH，-1rmBfm22.4kJmolGG2θθO/pKpp，根据rmln()/KGTRT，当T=298K时，3ln22.410/(8.314298)9.04K41.210K242O1.2101001.210kPa12Pap(2)在分解温度，2Op＝100kPa，1.0K，rm()GT=0根据Gibbs方程：rmrmrm()GTHTS，rmrm/THS根据rmH、rmS随温度变化不大，故：-1rmrm()(298)62.2kJmolHTH2-1-1rmrmrmrm(298)(298)()(298)0.134kJmolK298HGSTSrmrm/465KTHS分解＝或者：根据van’tHoff方程：22rm211112()ln()KTHTTKTRTT，412(298)1.210,()1KKT分解，解得：465KT分解。4.已知反应C(s)+CO2(g)==2CO(g)1K＝4.6(1040K)，2K＝0.50(940K)(1)上述反应是吸热还是放热反应？rmH＝?(2)在940K的rmG＝?(3)该反应的rmS＝?解：(1)温度降低，向放热方向移动，又平衡常数减小，即向左移动，故而此反应为吸热反应。根据van’tHoff方程：22rm211112()ln()KTHTTKTRTT，代入数据，得：2221rm11125-12-1()0.509401040ln/8.314ln/()4.694010401.8010Jmol1.8010kJmolKTTTHRKTTT(2)根据：rmrmln()/(940)ln8.314940ln0.55417/5.417/KGTRTGRTKJmolkJmol(3)Gibbs方程：rmrmrm()GTHTS，2-1-12-1-1rmrmrm1.8105.40.19kJmolK1.910JmolK940HGST5.已知2NO(8)+Br2(g)==2NOBr(g)是放热反应，K=1.16×102(298K)。判断下列各种起始状态反自发进行的方向。状态温度T/K起始分压p/kPapNO2BrppNOBrI2980.010.010.045II2980.100.010.045III2730.100.010.108答：反应商：22NOBr2NOBr(/)(/)(/)ppQpppp，I：22252NOBrI22NOBr(/)(0.045/100)2.02510(298)1.1610(/)(/)(0.01/100)(0.01/100)ppQKpppp，向左自发进行；II：22232NOBrII22NOBr(/)(0.045/100)2.02510(298)1.1610(/)(/)(0.1/100)(0.01/100)ppQKpppp，向左自发进行；II：2224NOBrIII22NOBr(/)(0.108/100)1.16610(/)(/)(0.1/100)(0.01/100)ppQpppp，又此反应为放热反应，只能定性判断(298)(273)KK，但具体高出多少，无法判断！因此无法判断自发方向！6.已知fm2(COCl)G=-204.6kJmol-1，fm(CO)G=-137.2kJmol-1，试求：3(1)下述反应在25℃时的平衡常数1K：CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)(2)若fm2(COCl)H=-218.8kJmol-1，fm(CO)H=-110.5kJmol-1，问以上反应在373K时平衡常数是多少？(3)由此说明温度对平衡移动的影响。解：(1)-1rmBfm204.6(1)(137.2)67.4kJmolGG根据：rmln()/KGTRT，ln27.2K，11610K(2)-1rmBfm218.8(1)(110.5)108.3kJmolHH-1-1rmrmrm()/0.137kJmolKSHGT-1rmrmrm(373)57.2kJmolGHTS，8110K(3)可见，温度升高，平衡向吸热即逆反应方向移动。对于此放热反应，平衡常数减小。7.某温度下，Br2和Cl2在CCl4溶剂中发生下述反应：Br2+Cl2=2BrCl，平衡建立时，22eqeq-1BrCl0.0043molLcc，eq-1BrCl0.0114molLc，试求：(1)反应的平衡常数K。(2)如果平衡建立后，再加入0.01molL-1的Br2至系统中(体积变化可忽略)，计算平衡再次建立时，系统中各组分的浓度。(3)用以上结果说明浓度对化学平衡的影响。解：(1)222BrClBrCl7.0cKcc(2)设平衡再次建立时，Cl2的浓度为xmolL-1，则浓度关系为：Br2+Cl2=2BrCl初次平衡时：0.00430.00430.0114变化量：0.0043-x0.0043-x2(0.0043-x)再次平衡时：0.01+xx0.02-2x0.01-x0.0043-x0.0114+2x222222222(0.01142)0.011420.0114247.0(0.043)(0.01)0.000430.0430.010.000130.0456470.000430.0530.000130.045640.003010.371730.32540.002880xxxKxxxxxxxKxxxxxxxx2(0.022)7.0(0.01)xKxx，解得：3-32.510moldmx23-1Cl2.510molLc；2-12Br1.2510molLc；2-1BrCl1.510molLc。(3)可见，增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动，以消除这种影响。但不能完全消除，被增加的物种Br2的浓度比初次平衡浓度高，其转化率也是降低的。相应Cl2的转化率提高了。8.下列反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在427℃和527℃时的K分别为1.0×105和1.1×102，求在该温度范围内反应的rmH。解：根据van’tHoff方程：22rm211112()ln()KTHTTKTRTT，代入数据，得：2rm55-12-11.1105274278.314ln/1.0108007003.1710Jmol3.1710kJmolH9.已知1000K时，CaCO3分解反应达平衡时CO2的压力为3.9kPa，维持系统温度不变，4在以上密闭容器中加入固体碳，则发生下述反应：(1)C(s)+CO2(g)=2CO(g)；(2)CaCO3(s)+C(s)=CaO(s)+2CO(g)，若反应(1)的平衡常数为1.9，求反应(2)的平衡常数以及平衡时CO的分压。解：(1)C(s)+CO2(g)=2CO(g)11.9K(2)CaCO3(s)+C(s)=CaO(s)+2CO(g)；2?K(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)2eq3CO/3.9/1000.039Kpp可见，(2)=(1)+(3)，故而：2130.074KKK根据平衡表达式：eq22COeqCO(/)0.07410027()KpppKPa10.PCl5遇热按PCl5(g)==PCl3(g)+Cl2(g)式分解。2.695gPCl5装在1.00L的密闭容器中，在523K达平衡时总压力为100kPa。(1)求PCl5的摩尔分解率及平衡常数K。(2)当总压力l000kPa时，PCl5的分解率(mol)是多少?(3)要使分解率低于l0%，总压力是多少?解：(1)设Cl2的平衡时物质的量为xmol。PCl5(g)==PCl3(g)+Cl2(g)起始：2.695/208.2=0.0129mol00平衡时：0.0129-xxx根据理想气体状态方程：pV=nRT，p总=100kPa，n总=1001.000.0230mol8.314523pVRT(0.0129–x)+x+x=0.0230，x=0.0101molPCl5的摩尔分解率为：d%=0.0101/0.0230100%=78.3%32eqeqPClCl0.010110043.9kPa0.0230ipppx总，5eqPCl0.01290.010110012kPa0.0230p325eqeq2PClCleqPCl(/)(/)(43.9/100)1.6(/)12/100ppppKpp(2)根据理想气体状态方程：pV=nRT，p总=1000kPa，n总=1001.0000.230mol8.314523pVRT可见即使(1)中装入的PCl5完全分解也是不够的，这表明此问可能装入了更多的PCl5或者容器体积被大幅度压缩了。好在题目要求的是PCl5的分解率(mol)，因此可以假设起始装入PCl5的量为a，摩尔分解率为x。PCl5(g)==PCl3(g)+Cl2(g)起始：a00平衡时：a(1-x)axax平衡时，n总=a(1–x)+ax+ax=a(1+x)32eqeqPClCl1ixpppxpx总总，5eqPCl11xppx总3252eqeq2PClCleq2PCl()(/)(/)11.61(/)11xppppppxxKxppppxx总总解得：0.37x，即分解率为37%。(3)当分解率x10%时，根据：221.61p