物理化学第五版课后习题答案解析

范文范例精心整理第五章化学平衡5－1．在某恒定的温度和压力下，取n0﹦1mol的A(g)进行如下化学反应：A(g)00若B﹦A，试证明，当反应进度B(g)﹦0.5mol时，系统的吉布斯函数G值为最小，这时A，B间达到化学平衡。解：设反应进度为变量A(g)B(g)0t﹦0nA,0﹦n00﹦0t﹦t平nAnB﹦nBBnB﹦B，nA﹦n0－nB﹦n0－B，n﹦nA＋nB﹦n0气体的组成为：yA﹦nnAn﹦0B﹦1，yB﹦B﹦n0n0n0nn各气体的分压为：pA﹦pyA﹦p(1n0)，pB﹦pyB﹦pn0各气体的化学势与0RTln的关系为：AApAp0RTln(1)Ap0p0n0pBp0RTlnB00ppn0pp(1)nRTln＋Bp0n0p0n00BBRTln由G＝nAA＋nBB00＝(nAA＋nBB)＋nARTln＝[n0－0A＋0B]＋n0RTlnp(n)RTln(1)RTln＋＋0n0n0p0p(n)RTln(1)RTln)＋＋00nnp00000因为B﹦A，则G＝n0(A＋RTlnGnRT2G()T,pRTln(2)T,p0＜0n0(n0)令(G1)T,p0n01﹦0.5此时系统的G值最小。word完美格式范文范例精心整理5－2．已知四氧化二氮的分解反应N2O4(g)2NO2(g)0在298.15K时，rGm＝4.75kJ·mol－1。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0pNO2rGm475000)＝exp(－)＝0.1472Jp＝K＝exp(－RTpN2O4p0R298.15210002(1)Jp＝＝100Jp＞K0反应向左进行。或ΔrGm＝16.1654100100kJ·mol－11002(2)Jp＝＝0.1Jp＜K0反应向右进行。或ΔrGm＝－0.96771000100kJ·mol－12002(3)Jp＝＝1.3333Jp＞K0反应向左进行。或ΔrGm＝3001005.4631kJ·mol－15－3．一定条件下，Ag与H2S可能发生下列反应：2Ag(s)＋H2S(g)Ag2S(s)＋H2(g)25℃,100kPa下，将Ag置于体积比为10∶1的H2(g)与H2S(g)混合气体中。(1)Ag是否会发生腐蚀而生成Ag2S？(2)混合气体中H2S气体的体积分数为多少时，Ag不会腐蚀生成Ag2S？已知25℃时，H2S(g)和Ag2S(s)的标准生成吉布斯函数分别为－33.56kJ·mol－1和－40.26kJ·mol－1。0解：设反应体系中气相为理想气体，则ΔrGm＝rGm＋RTlnpH2pH2S(1)ΔrGm＝(－40.26＋33.56)＋R×298.15×103×ln10＝－6.7＋5.708＝－0.992kJ·mol－1ΔrGm＜0，Ag会发生腐蚀而生成Ag2S。(2)当ΔrGm＞0时，Ag不会发生腐蚀而生成Ag2S，因此word完美格式范文范例精心整理ln1yH2SyH2S01yH2SrGm6700＞(－)＝＝2.7029＞14.9229RTR298.15yH2SyH2S＜0.06285－4．已知同一温度，两反应方程及其标准平衡常数如下：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)K10CO(g)＋3H2(g)K20CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋H2O(g)求下列反应的K0：CH4(g)＋2H2O(g)解：(2)×2－(1)＝(3)K0＝(K20)2(K10)15－5．在一个抽空的恒容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时的分压分别为47.836kPa和44.786kPa。将容器保持在375.3K，经一定时间后，总压力减少至86.096kPa，且维持不变。求下列反应的K0。SO2Cl2(g)SO2(g)＋Cl2(g)解：反应各组分物料衡算如下SO2Cl2(g)SO2(g)＋Cl2(g)0p0(SO2)p0(Cl2)pxp0(SO2)－pxp0(Cl2)－pxp＝p0(SO2)＋p0(Cl2)－px＝86.096px＝44.786＋47.836－86.096＝6.526p(Cl2)＝47.836－6.526＝41.31kPap(SO2)＝44.786－6.526＝kPa38.26kPaK＝0pSO2pCl2pSO2Cl2p06＝41.3138.26＝2.42196.5261005－6．900℃，3×10Pa下，使一定量摩尔比为3∶1的氢、氮混合气体通过铁催化剂来合成氨。反应达到平衡时，测得混合气体的体积相当于273.15K，101.325kPa的干燥气体(不含水蒸气)2.024dm3，其中氨气所占的体积分数为2.056×10－3。求此温度下反应的K0。解：3yN2yN2yNH31yN20.7485word完美格式1yNH3412.056103＝0.2495yH2＝4范文范例精心整理2ByppNHK0＝(0)ByBB＝(0)233ppyH2yN2B10022.0562106－8)＝(＝4.489×1030000.748530.24955－7．PCl5分解反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)在200℃时的K0＝0.312，计算：（1）200℃，200kPa下PCl5的解离度。（2）摩尔比为1：5的PCl5与Cl2的混合物，在200℃，101.325kPa下，求达到化学平衡时PCl5的解离度。解：（1）设200℃，200kPa下五氯化磷的解离度为α，则PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)1－αααn＝1＋αK＝(0pp0nB)BB2002nB＝＝0.31221001BB21＝0.156＝7.4103α＝0.3674122p2K0或K＝0α＝p12K0p0＝p00.312＝0.36740.3122（2）设混合物的物质的量为n，五氯化磷的解离度为α'，则平衡时PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)1－α'α'5＋α'n＝6＋α'K＝(0pp0nB)BBnBB＝B101.325(5)＝0.312100(1)(6)1.3079α'2＋6.5395α'－1.8474＝06.53956.5395241.30791.84746.53957.2409α'＝＝＝0.267921.307921.30795－8．在994K，使纯氢气慢慢地通过过量的CoO(s)，则氧化物部分地被还原为Co(s)。出来的平衡气体中氢的体积分数word完美格式(H2)＝0.025。在同一温度，若用CO还原CoO(s)，平衡后气范文范例精心整理体中一氧化碳的体积分数(CO)＝0.0192。求等物质的量的CO和H2O(g)的混合物，在994K下通过适当催化剂进行反应，其平衡转化率为多少？解：(1)CoO(s)＋H2(g)39(2)CoO(s)＋CO(g)51.08(3)CO(g)＋H2O(g)51.08K20CO2(g)＋H2(g)K＝0＝＝1.3139K103Co(s)＋H2O(g)K10＝(pBB10.025B)y＝＝B0p0.025BCo(s)＋CO2(g)K20＝(pBB10.0192B)y＝＝Bp00.0192B2K＝＝1.31α＝0.5337(1)2035－9。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时容器内已有39.99kPa的H2S(g)，求平衡时容器中的压力。(2)容器内原有6.666kPa的NH3(g)，问需加多大压力的H2S，才能形成NH4HS固体？解：反应的化学计量式如下NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)ppp＝66.66＝33.33kPa2由题给条件，25°C下K0＝((1)NH4HS(s)p233.332)＝()＝0.1111p0100NH3(g)＋H2S(g)pH2S39.99＋pH2SK0＝pH2S(pH2S39.99)p022＝0.1111pH＋39.99pH2S－1111＝02SpH2S＝18.874kPap＝2pH2S＋39.99＝77.738kPa(2)NH3(g)＋H2S(g)1p02当Jp＝＜能形成NH4HS固体pH2S6.6660.1111word完美格式NH4HS(s)范文范例精心整理pH2S＞1111＝166.67kPa6.6665－10．25℃,200kPa下，将4mol的纯A(g)放入带活塞的密闭容器中，达到如下化学平衡A(g)2B(g)。已知平衡时，nA﹦1.697mol，nB﹦4.606mol。0(1)求该温度下反应的K0和rGm；(2)若总压为50kPa，求平衡时A，B的物质的量。22004.6062nB解：(1)K＝0＝3.9669＝pnBnA100(4.6061.697)1.6970pB0rGm﹦－R×298.15×ln3.9669﹦－3.416kJ·mol－1(2)A(g)2B(g)n0－x2xn＝n0＋x2163.9669504x2nB＝＝3.9669x＝＝3.2615K＝023.9669100(4x)(4x)pnBnA0pBmolnA＝0.7385molnB＝6.5229mol5－11．已知下列数据(298.15K)：物质0Sm／J·mol－1·K－10cHm／kJ·mol－1C(石墨)5.740H2(g)130.68N2(g)191.60O2(g)205.140CO(NH2)2(s)104.6－631.66－393.51－285.83物质0／kJ·mol－1fGmNH3(g)－16.5CO2(g)－394.36H2O(g)－228.570求298.15K下CO(NH2)2(s)的标准摩尔生成吉布斯函数fGm，以及下列反应的K0。CO2(g)＋2NH3(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(s)1O2(g)2解：CO(NH2)2(s)的生成反应为：C(石墨)＋N2(g)＋2H2(g)＋0000＝cHm(C)＋2cHm(H2)－cHm[CO(NH2)2]fHmCO(NH2)2(s)＝－393.51－2×285.83＋631.66＝－333.51kJ·mol－1word完美格式范文范例精心整理0rSm0000＝Sm[CO(NH2)2]－Sm(C)－Sm(N2)－2Sm(H2)－10Sm(O2)2＝104.6－5.740－191.6－2×130.68－1×205.14＝－456.67J·mol－1·K－120[CO(NH2)2]＝－333.51＋298.15×456.67×10－3＝－197.35kJ·mol－1fGm0rGm＝－197.35－228.57＋394.36＋2×16.5＝1.44kJ·mol－11.44103)＝0.5594K＝exp(R298.15005－12．已知298.15K，CO(g)和CH3OH(g)的fHm分别为－110.52及－200.7kJ·mol－1，0CO(g)、H2(g)、CH3OH(l)的Sm分别为197.67、130.68及127J·K－1·mol－1。又知298.15K甲醇的饱和蒸气压为16.59kPa，vapHm＝38.0kJ·mol－1，蒸气可视为理想气体。求298.15K0时，下列反应的rGm及K0。CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)0解：rHm＝－200.7＋110.52＝－90.18kJ·mol－1CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g,p0)CH3OH(l,