第三章化学平衡习题

第三章化学平衡习题1.已知298.15K时，反应H2(g)+0.5O2(g)=H2O(g)的ΔrGmθ为-228.57kJ/mol.298.15K时水的饱和蒸汽压为3.1663kPa，水的密度为997kg/m3。求298.15K反应H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l)的ΔrGmθ。解：1221341234228.573.1663ln8.314298.15ln8.56101.32500228.578.56237.13rmGGkJpGnRTkJpGGGGGGGkJ等温等压可逆相变过程：＝凝聚相恒温过程：＝＝＋＋＋＝＝2.1000K时，反应C(s)+2H2(g)=CH4(g)的ΔrGmθ＝19397J/mol。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＝100kPa时，甲烷能否形成？（2）在（1）的条件下，压力需增加到若干，上述合成甲烷的反应才可能进行？解：（1）42220.10.1560.8()()ln193978.3141000ln0.1563.950CHpHrmpppppQppppGGRTQkJ甲烷不能形成。（2）220.1lnln00.8()0.1100193978.3141000ln00.8()100158.63rmprmppGGRTQGRTpppppkPa3.在一个抽空的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，压力变为常数，且等于86.096kPa.求反应SO2Cl2(g)=SO2(g)+Cl2(g)的Kθ。解：2222222222()()()44.78647.836044.78647.83644.78647.83686.0966.52644.7866.52638.2647.8366.52641.316.526101.3SOClSOClSOClSOgClgSOClgxxxpxxxxkPapkPapkPaKppKpppp总’’开始平衡－＝平衡时，则上反应式的为：＝2222250.418438.2641.31101.325101.325()()()12.390.4184SOClgSOgClgK对反应式：＝其平衡常数为：＝＝4.718.2K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：222()()2()7.945.30)(5.3)2(2)050.1(7.94)(5.3)4.7424.749.48PnHgIgHIgmolmolxmolxmolxmolxKKxxxmolHInmol开始平衡(7.94－因，则平衡时的物质的量为：5.300.2K时，反应：A(g)+B(g)=AB(g)的ΔrGmθ＝-8368J/mol，欲使等摩尔的A和B有40％变成AB，需多大总压力？解：1()()()1100.60.60.4ln83688.314300ln28.645()0.428.645()0.60.6101.3251.66.289rmppppnBBAgBgABgmolmolmolmolmolGRTKKKpKKpnppkPa开始平衡6.298.15K时，反应A（g）↔B(g)，在A的分压为1000kPa及B的分压为100kPa时达到平衡，计算反应的Kθ,ΔGθ,及反应A（2000kPa）↔B（1000kPa）和A（10000kPa）↔B（500kPa）的ΔG，反应能否自发进行？解：根据题意，已知反应达平衡时A和B的分压，则计算Kθ：Kθ＝（pB/pθ）/(pA/pθ)=pB/pA＝100/1000＝0.1ΔGθ＝-RTlnKθ=-8.314×298.15ln0.1=5707.7J对A（2000kPa）↔B（1000kPa），计算ΔGΔG＝ΔGθ＋RTlnQa=5704+8.314×298.15ln(1000/2000)=3987J0由于ΔG0，所以此反应不能自发向右进行。对反应A（10000kPa）↔B（500kPa），计算ΔGΔG＝ΔGθ＋RTlnQa=5704+8.314×298.15ln(500/10000)=-1718J0由于ΔG0，所以此反应能自发向右进行。7.合成氨时所用的氢和氮的比例为3：1，在673K、1000kPa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Kθ.(2)在此温度下，若要得到5％氨，总压力为多少？解：（1）223223223()3()2()13013(1)220.03850.074(1)3(1)20.926,2.778,0.1483.852()0.0741000()10.9262.7781003.852NHNHBBpnBBNgHgNHgmolmolxmolxmolxmolxxmolxxxnmolnmolnmolnmolpKKpn开始平衡则平衡时：4.6410（2）22322323()3()2()13013(1)220.050.0952(1)3(1)20.9048,2.7144,0.19043.8096()0.1904()0.90482.71441003.8096NHNHBBpnBBNgHgNHgmolmolxmolxmolxmolxxmolxxxnmolnmolnmolnmolpKKpnp开始平衡则平衡时：241.64101330pkPa8.已知甲醇蒸汽的标准生成吉布斯自由能为ΔfGmθ为-161.92kJ/mol。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的蒸汽压为16.343kPa）.解：2331333101.325,()101.325,()16.343,()16.343,()GGkPaCHOHgkPaCHOHlGGkPaCHOHgkPaCHOHl2112312333316.343ln8.314298.15ln4.52101.32500(,)(,)(,)4.52161.92166.4fffpGRTkJpGGGGGGGCHOHlGCHOHgGCHOHlkJ可逆相变过程：凝聚相等温过程：＝＋＋＝－9.298.2K时丁二酸（C4H6O4）在水中的溶解度为0.715mol/kg，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ΔfGmθ分别为-748.099、-723.037和0kJ/mol,试求298.2K时丁二酸在水溶液中的第一电离常数。解：1246446446446446414642212112,1,,14642454()(,)(1)10,ln8.314298.2ln831.7/0.7150831.7(748099)747267.3/(1)(GGfCHOcfCHOSfCHOcCHOSCHOcCHOccGGRTJmolcGGGGGGJmolCHOcCHOc饱和＝＝464454,1,1,151)(1)ln723037747267.38.314298.2ln5.6910rfffCHOcCHOcHcHcGGGGRTKKK＝＝10.在真空的容器中放入固态的NH4HS，于298K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：32324322432(1)()()()66.66()11092()()()39.991109(39.99)18.8539.99218.8539.9977.7pNHHSpNHHSNHHSsNHgHSgKppkPaNHHSsNHgHSgppKpppppkPapppkPa总平衡时：平衡时：＝＋＝＝3224322(2)()()()1109()11091666.666pNHHSHSNHHSsNHgHSgKppppppkPap要使反应向左进行，则需Q11.现有理想气体间反应)()()()(gDgCgBgA开始时，A与B均为1mol，298.2K下，反应达到平衡时,A与B各为0.3333mol。（1）求反应的K。（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；分别求反应达到平衡时C的物质的量。解：（1）4333.03333.0)3333.01)(3333.01(BADcccccK（2）设组分c平衡时为xmol4)2()1(2xxxccccKBADcx＝0.845（3）设组分c平衡时为xmol4)5.1()5.1()5.0(xxxxccccKBADcx＝1.095（4）设组分c平衡时为xmol(1)4(1)(1)cDABccxxKccxxx＝0.54312.设在一定温度下，有一定量的PCl5(g)在标准压力pθ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）使气体的总压力减小，直到体积增加到2dm3;(2)通入氮气，使体积增加到2dm3，而压力仍为100kPa;(3)通入氮气，使压力增加到200kPa，而体积仍为1dm3;（4）通入氯气，使压力增加到200kPa，而体积仍为1dm3。解：假设PCl5(g)的离解度为α，则：（1）假设PCl5初始物质的量为1mol,则：532222122331212()()()0.50.50.510.5()()0.50.5()(),1,262%,pnPClgPClgClgmolmolmolppKKnnnRTRTVdmVdmVV1总p（）=1-1-离解度增大。（2）222122120.5()()0.520.562%,)pnppKKnnnpVn1总p（）=1-RT=，VV离解度增大。2(1-（3）222122120.5()()0.50.550%,pnppKKnnnpVn1总p（）=1-RT=，VV离解度不变。1-（4）假设加入的氯气为nmol，则：5321122111221221212()()()0.50.50.51,101.3251202.6511.53120.5()()()0.5,,,pnPClgPClgClgmolmolmolnpVnRTpVnRTpVpVnnnnmolnnppnKKnnnpRTpVnRTVVnV总，总，2总，总，2总，2总，21总＋p（）=1-220.520%,n离解度减小。1-13.在448~688K的温度区间内，用分光光度法研究了下面的气相反应：I2+环戊烯→2HI+环戊二烯得到Kθ与温度（K）的关系为：51034ln17.394.575KT（1）计算在573K时，反应的ΔrGmθ,ΔrHmθ和ΔrSm