第6章 化学平衡热力学原理

第6章化学平衡热力学原理1.1000K，101.325kPa时，反应2SO３(ｇ)====2SO2(ｇ)＋O2(ｇ)的Ｋｃ＝3.54mol·m-3。(1)求此反应的Ｋｐ和Kｙ；(2)求反应SO3(ｇ)====SO2(ｇ)＋1/2O2(ｇ)的Ｋｐ和Kｃ。（答案：①Kp=29.43kPa，KY=0.29，②Kp=171.6kPa，Kc=1.88mol1/2·m-3/2）解：(1)2SO3(ｇ)====2SO2(ｇ)＋O2(ｇ)Kp=Kc(RT)∑νβ=3.54×8.314×1000=29.43×103Pa=29.43kPaKy=Kp·P-∑νβ=29430×(101325)-1=0.29(2)SO3(ｇ)====SO2(ｇ)＋1/2O2(ｇ)==2．在温度Ｔ容积V的容器中，充入1molH２和3molI２，设平衡后有xmolHI生成。若再加入2molH２，则平衡后HI的物质的量为2xmol。试计算Ｋｐ值。（答案：4）解：已知平衡时生成HI摩尔数为xH2(g)+I2(g)====2HI反应前摩尔数130平衡时摩尔数1-0.5x3-0.5xx总摩尔数∑n=1-0.5x+3-0.5x+x=4mol∵∑νB=0若在上述平衡体系中再加入2摩尔H2H2(g)+I2(g)====2HI重新平衡时摩尔数3－x3－x2x总摩尔数=3－x+3－x+2x=6在同一温度T，，∴，解此方程得：x=1.5，故3．将含有50%CO、25%CO２、25%H２(均为摩尔分数)的混合气体通入1173K的炉子中，总压为202.65kPa。试计算平衡气相的组成。已知反应CO２(ｇ)＋H２(ｇ)===H２O(ｇ)＋CO(ｇ)在1173K时，Ｋｐ＝1.22。（答案：CO2：18.03%，H2：18.03%，H2O：6.97%；CO：56.97%）解：CO２(ｇ)＋H２(ｇ)===H２O(ｇ)＋CO(ｇ)反应前物质的量0.250.2500.5mol平衡时0.25－x0.25－xx0.5+x∑n1=0.25－x+0.25－x+x+0.5+x=10.22x2－1.11x+0.07625=0，x=0.0697所以H2O%=6.97%CO%=(0.5+0.0697)×100%=56.97%CO2%=H2%=(0.25-0.0697)×100%=18.03%4．PCl５的分解反应为PCl5(ｇ)====PCl3(ｇ)＋Cl2(ｇ)，在523.2Ｋ、101.325kPa下反应达到平衡后，测得平衡混合物的密度为st1:chmetcnvUnitName=kgSourceValue=2.695HasSpace=FalseNegative=FalseNumberType=1TCSC=02.695kg·m－３。试计算：(1)PCl５(ｇ)的离解度；(2)该反应的Ｋｐ；(3)反应的。（答案：①α=0.80，②1.778，③-2502J·mol-1）解：(1)PCl５(ｇ)====PCl３(ｇ)＋Cl２(ｇ)反应前mol100平衡mol1－αααn总=1－α+α+α=1+α由气态方程：pV=(1+α)RT，又有物质平衡有ρV=1×M1，式中M1为反应物分子量，故二式之比得，∴对PCl5(g)分解：MPCl5=208.3×10-3kg·mol-1(2)(3)5．将1mol的SO2与1molO2的混合气，在101.325kPa及903K下通过盛有铂丝的玻璃管，控制气流速度，使反应达到平衡，把产生的气体急剧冷却并用KOH吸收SO２和SO3，最后测得余下的氧气在101.325kPa，273.15K下体积为13.78L。试计算反应SO２＋0.5O2====SO3在903K时的及。（答案：–12.7kJ·mol-1）解：SO２＋0.5O2====SO３反应前各物质量/mol110平衡时各物质量/mol1－x1－0.5xx∴n总=nSO3+nO2+nSO2=0.7703+0.6148+0.2297=1.6149mol6．某气体混合物含H２S的体积分数为51.3%，其余是CO２，在298.15K和101.325kPa下，将1.75L此混合气体通入623K的管式高温炉中发生反应，然后迅速冷却。当反应流出的气体通过盛有CaCl２的干燥管(吸收水气)时，该管的质量增加了34.7mg。试求反应H２S(g)＋CO2(g)====COS(g)＋H2O(g)的平衡常数。（答案：3.249×10-3）解：设该气体混合物为理想气体，反应前气体总摩尔数为n：反应前H2S和CO2的摩尔数分别为，=0.07153×51.3%=0.03669mol=0.07153×(1－51.3%)=0.03484mol平衡时各物质摩尔数分别为：=0.0347÷18=0.00192mol=0.00192mol=0.03669－0.001928=0.03476mol=0.03484－0.001928=0.03291mol∵∴7．(1)在0.5L的容器中，盛有1.588g的N2O4气体，在298K部分分解:N2O4(g)====2NO2(g)平衡时压强为101.325kPa，求分解反应的；(2)在50662.5Pa下，N2O4的离解度为若干?(3)离解度为0.1时的压强应是多大?（答案：①0.140，②0.256，③351.843）解：(1)N2O4(g)=====2NO2(g)离解前0平衡时=，而=1.588÷92=0.01726mol故1+α=0.020438÷0.01726，α=0.1841(2)若p=50662.5Pa，则(3)若α=0.1，则8．在1393K下用H2气还原FeO(s)，平衡时的混合气体中H2摩尔分数为0.54，求FeO的分解压。已知在1393K，反应：2H2O(g)====2H2(g)＋O2(g)的＝3.4×10-13。（答案：p分(FeO)=2.5×10-8Pa）解：(1)H2(g)+FeO(s)===Fe(s)+H2O(g)∑νB=0∴(2)H2O(g)====H2(g)＋0.5O2(g)(3)=(1)+(2)FeO(s)===Fe(s)+0.5O2(g)因为，所以9．在真空的容器中放入固态的NH4HS，于298K下分解为NH3与H2S，平衡时容器内的压强为66662Pa。(1)当放入NH4HS时容器中已有39993Pa的H2S，求平衡时容器中的压强。(2)容器中原有6666Pa的NH3，问需加多大压强的H2S，才能开始形成NH4HS的固（答案：①1.111×109Pa2，②166667Pa）解：NH4HS(s)===NH3(g)+H２S(g)(1)分解前已有39993Pa的H2S(2)形成NH4HS(s)的条件：ΔrG0，即：JpKp6666pH2S1.111×109，pH2S166667Pa10．298K时，NH4HS与NH2(CH3)2HS的分解压分别为36680与11044Pa，试计算在容器中一同投入这两种硫化物后，298K时体系的总压。（答案：38306Pa）解：(1)NH4HS(s)===NH3(g)+H２S(g)(2)NH2(CH3)2HS(s)===NH(CH3)2(g)+H2S(g)289K在同一容器中同时平衡：解之：，解得：11．将10g的Ag2S(s)与890K，101.325kPa的1LH2气相接触，直至反应平衡。已知此反应在890K时的平衡常数＝0.278。(1)计算平衡时Ag2S(s)和Ag(s)各为多少克；(2)平衡气相混合物的组成如何?（答案：(1)Ag2S：9.268×10-3，Ag：0.647×10-3kg，(2)H2S：0.0030，H2：0.0107mol）解：(1)反应前：(MAg=107.868，MS=32.06,MAg2S=247.796)Ag2S(s)+H2(g)===2Ag(s)+H2S(g)反应前：0.040360.0136900平衡时：0.04036－x0.01369－x2xxmol∵∴x=0.002978mol则平衡时：nAg=0.005956molWAg=0.005956×107.068=0.642gnAg2S=0.04036－0.002978=0.03738molWAg2S=0.03738×247.796=9.26g(2)平衡时气相组成：12．反应MgO(s)＋H2O(g)===Mg(OH)2(s)，＝100.42Ｔ-46024J·mol-1，试问：(1)在293K、相对湿度64%的空气中MgO(s)是否会水解成Mg(OH)2(s)?(2)在298K，为避免MgO的水解，允许的最大相对湿度为多少?已知298K时水的饱和蒸气压为2338Pa。（答案：(1)会水解；(2)4.76%）解：(1)MgO(s)＋H2O(g)===Mg(OH)2(s)=100.42T－46024=100.42×293－46024=-16601J·mol-1相对湿度,故MgO(s)会水解(2)为避免MgO的水解，必须有：即：解得：相对湿度13．(1)试计算1000K时下列反应的平衡常数：FeO(s)＋CO(g)====Fe(s)＋CO2(g)已知反应：FeO(s)＋H2(g)===Fe(s)＋H2O(g)的＝(13180－7.74Ｔ)J·mol-1；CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)的＝(35982－32.63Ｔ)J·mol-1(2)如果薄钢板在1000K下于含有10%CO、2%CO2和88%N2(均为体积分数)的气氛中退火，会不会生成FeO?（答案：①0.78，②不会生成FeO）解：(1)已知1000K时：FeO(s)＋H2(g)====Fe(s)＋H2O(g)……………………(1)=13180－7.74×1000=5440JCO2(g)＋H2(g)====CO(g)＋H2O(g)…………………..(2)=35982－32.63×1000=3350J由(1)－(2)得(3)：FeO(s)＋CO(g)====Fe(s)＋CO2(g)……………………(3)∴=－=5440－3352=2088J(2)∴钢板在所给气氛下退火不会生成FeO。14．反应器中盛有液态Sn和SnCl2，相互溶解度可以忽略，在900K通入总压为101.325kPa的H2-Ar混合气体。H2与SnCl2起反应，实验测出逸出反应器的气体组成是：50%H2，7%HCl，43%Ar(均为体积分数)，试问在反应器中气相与液相达到平衡没有?已知：H2(g)＋Cl2(g)====2HCl(g)＝(-188289)－13.134Ｔ/J·mol-1Sn(l)＋Cl2(g)====SnCl２(l)＝(-333062)＋118.4Ｔ/J·mol-1（答案：未达到平衡）解：反应：SnCl2(l)+H2(g)=Sn(l)＋2HCl(g)………………（1）=？已知：H2(g)＋Cl2(g)====2HCl(g)………………（2）=(-188289)－13.134×900=-200109.6JSn(l)＋Cl2(g)====SnCl2(l)………………（3）=(-333062)＋118.4×900=-226502J由（2）－（3）得（1）：∴=(-200110)–(-226502)=26392.4J∵与相差很远，∴未达平衡。15．已知298K时气相异构化反应，正戊烷===异戊烷的＝13.24。液态正戊烷和异戊烷的蒸气压与温度的关系可分别用下列二式表示：正戊烷：＝5.9771－异戊烷：＝5.9146－式中Ｔ为绝对温度，p的单位为千帕(kPa)。假定形成的液态溶液为理想溶液，计算298K时液相异构反应的Kx。（答案：Kx=9.8607）解：已知气相平衡，根据拉乌尔定律得：液相平衡16．在1113K和101.325kPa下，含85.4%Fe(摩尔分数)的Fe—Ni合金同由57.5%H2和42.5%H2O组成的气体混合物平衡时，合金中的铁比镍氧化得快，其反应为：Fe(合金中)＋H2O(g)===FeO(s)＋H2(g)＝(-13180＋7.74Ｔ)J·mol-1假定所生成的FeO不溶解于铁中，试计算合金中铁的活度及活度系数。（