第五章 化学平衡
5－1.在某恒定得温度与压力下,取n0﹦1mol得A(g)进行如下化学反应:A(g) B(g) 若﹦,试证明,当反应进度衡。
解: 设反应进度
为变量
﹦0、5mol时,系统得吉布斯函数G值为最小,这时A,B间达到化学平
A(g) B(g)
t﹦0 nA, 0﹦n 0 0
0
﹦0
t﹦t平 nA nB ﹦ nB﹦B ,nA﹦n 0－nB﹦n 0－B ,n﹦nA＋nB﹦n 0 气体得组成为:yA﹦﹦﹦,yB﹦﹦
各气体得分压为:pA﹦pyA﹦,pB﹦pyB﹦ 各气体得化学势与得关系为:
由 G＝nAA＋nBB ＝(nA＋nB)＋＋
＝[n 0－＋]＋n0＋＋ 因为 ﹦,则G＝n0(＋)＋＋
＜0
令 ﹦0、5 此时系统得G值最小。 5－2.已知四氧化二氮得分解反应 N2O4 (g) 2 NO2(g)
在298、15 K时,＝4、75kJ·mol－1。试判断在此温度及下列条件下,反应进行得方向。
(1) N2O4(100 kPa),NO2(1000 kPa); (2) N2O4(1000 kPa),NO2(100 kPa); (3) N2O4(300 kPa),NO2(200 kPa); 解:由Jp进行判断
＝exp(－)＝exp(－)＝0、1472 Jp＝
(1) Jp＝＝100 Jp＞ 反应向左进行。或ΔrGm＝16、1654 kJ·mol－1 (2) Jp＝＝0、1 Jp＜ 反应向右进行。或ΔrGm＝－0、9677 kJ·mol－1 (3) Jp＝＝1、3333 Jp＞ 反应向左进行。或ΔrGm＝5、4631 kJ·mol－1
5－3.一定条件下,Ag与H2S可能发生下列反应: 2Ag (s) ＋H2S (g) Ag2S (s) ＋H2(g) 25℃,100 kPa下,将Ag置于体积比为10∶1得H2(g)与H2S (g)混合气体中。 (1) Ag就是否会发生腐蚀而生成Ag2S？
(2) 混合气体中H2S气体得体积分数为多少时,Ag不会腐蚀生成Ag2S？ 已知25℃时,H2S (g)与Ag2S (s)得标准生成吉布斯函数分别为－33、56 kJ·mol－1与－40、26 kJ·mol－1。
解:设反应体系中气相为理想气体,则 ΔrGm＝＋RTln
(1) ΔrGm＝(－40、26＋33、56)＋R×298、15×103×ln10＝－6、7＋5、708＝－0、992kJ·mol
ΔrGm＜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
－1
ln＞(－)＝＝2、7029 ＞14、9229
＜0、0628
5－4.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)
CH4 (g)＋H2O(g) CO (g)＋3H2(g)
求下列反应得: CH4 (g)＋2H2O (g) CO2(g)＋4H2(g) 解: (2) ×2－(1) ＝(3) ＝
5－5.在一个抽空得恒容容器中引入氯与二氧化硫,若它们之间没有发生反应,则在375、3 K时得分压分别为47、836 kPa与44、786 kPa。将容器保持在375、3 K,经一定时间后,总压力减少至86、096 kPa,且维持不变。求下列反应得。
SO2Cl2(g) SO2(g) ＋Cl2(g)
解:反应各组分物料衡算如下
SO2Cl2(g) SO2(g) ＋ Cl2(g)
0 p0(SO2) p0(Cl 2)
px p0(SO2)－px p0(Cl 2) －px
p＝ p0(SO2)＋p0(Cl 2) －px＝86、096 px＝44、786＋47、836－86、096＝6、
p (Cl 2)＝47、836－6、526＝41、31 kPa p (SO2) ＝44、786－6、526
526 kPa ＝38、26 kPa
＝＝＝2、4219
5－6.900℃,3×106Pa下,使一定量摩尔比为3∶1得氢、氮混合气体通过铁催化剂来合成氨。反应达到平衡时,测得混合气体得体积相当于273、15 K,101、325 kPa得干燥气体(不含水蒸气)2、024dm3,其中氨气所占得体积分数为2、056×10－3。求此温度下反应得。 解: ＝0、2495 ＝0、7485
＝＝
＝＝4、489×10－8
5－7. PCl5分解反应 PCl5(g)PCl3 (g) ＋Cl2(g) 在200 ℃时得＝0、312,计算: (1)200℃,200 kPa下PCl5得解离度。
(2)摩尔比为1:5得PCl5与Cl2得混合物,在200℃,101、325 kPa下,求达到化学平衡时PCl5得解离度。
解:(1)设200℃,200 kPa下五氯化磷得解离度为α,则
PCl5(g) PCl3 (g) ＋Cl2(g)
1－α α α ＝1＋α
＝＝＝0、312
＝0、156 ＝7、4103 α＝0、3674 或 ＝ α＝＝＝0、3674
(2)设混合物得物质得量为n,五氯化磷得解离度为α',则平衡时
PCl5(g) PCl3 (g) ＋Cl2(g)
1－α' α' 5＋α' ＝6＋α'
＝＝＝0、312
1、3079α'2＋6、5395α'－1、8474＝0 α'＝＝＝0、2679
5－8.在994K,使纯氢气慢慢地通过过量得CoO(s),则氧化物部分地被还原为Co(s)。出来得平衡气体中氢得体积分数一氧化碳得体积分数
(H2)＝0、025。在同一温度,若用CO还原CoO(s),平衡后气体中(CO)＝0、0192。求等物质得量得CO与H2O(g)得混合物,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) Co(s)＋H2O (g) ＝＝＝39
(2) CoO(s)＋CO(g) Co(s)＋CO2(g) ＝＝＝51、08 (3) CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ＝＝＝1、31
＝＝1、31 α＝0、5337
5－9。 在真空得容器中放入固态得NH4HS,于25℃下分解为NH3(g)与H2S(g),平衡时容器内得压力为66、66 kPa。
(1) 当放入NH4HS时容器内已有39、99 kPa得H2S(g),求平衡时容器中得压力。 (2) 容器内原有6、666 kPa得NH3(g),问需加多大压力得H2S,才能形成NH4HS固体？ 解:反应得化学计量式如下 NH4HS(s) NH3(g) ＋H2S(g)
p p p＝＝
33、33 kPa
由题给条件,25 °C下 ＝2＝2＝0、1111 (1) NH4HS(s)NH3(g) ＋H2S(g)
39、99＋
＝＝0、1111 ＋39、99－1111＝0
＝18、874 kPa p＝2＋39、99＝77、738 kPa
(2) NH3(g )＋H2S(g) NH4HS(s)
当 Jp＝＜ 能形成NH4HS固体
＞＝166、67 kPa 5－10.25℃,200 kPa下,将4 mol得纯A(g)放入带活塞得密闭容器中,达到如下化学平衡
A(g) 2B(g)。已知平衡时,nA﹦1、697mol,nB﹦4、606mol。 (1) 求该温度下反应得与;
(2) 若总压为50 kPa,求平衡时A,B得物质得量。 解:(1) ＝＝＝3、9669
物理化学第五版课后习题答案解析
