北师大版物理化学化学平衡习题答案.doc

化学平衡习题解答1. 有理想气体反应 2H2(g) + O2(g)2H2O(g)，在2000 K时，已知反应的(1) 计算H2和O2分压各为1.00104 Pa，水蒸气分压为1.00105 Pa的混合气中，进行上述反应的，并判断反应自发进行的方向；(2) 当H2和O2的分压仍然分别为1.00104 Pa时，欲使反应不能正向自发进行，水蒸气的分压最少需要多大？解：(1) 反应系统的分压比由定温方程由，可判断此时反应能够自发正向进行。(2) 欲使正向反应不能自发进行，至少需与相等，即所以2. 已知反应CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)在700时K = 0.71，(1) 若系统中四种气体的分压都是1.5105 Pa；(2) 若，；试判断哪个条件下正向反应可以自发进行？解：(1) 由定温方程，知 = = DrGm = 2.77103 0 此反应不能正向自发进行。(2) 当，时DrGm = = 22.3103 DrGm =22.3103 0 此反应可自发正向进行。3. 已知合成氨反应1/2 N2(g) + 3/2 H2(g)NH3(g)在748 K、时Kp = 6.6310-3，当原料气不含惰气时，氨的产率为31%，现若以含氮18%、含氢72%和含惰气10%的原料气进行合成，问其产率为若干？解：从题给Kp可求出Kx，然后根据反应式引出Kx和氮的平衡浓度的关系，即可求得产率。 N2(g) + H2(g) NH3(g)， 惰气 反应前 0.18 0.72 0.1反应后 0.180.5y 0.721.5y y 0.1此处y为平衡时氨的量，系统内物质的总量为各气体（包括惰气）的量总和，即 (0.180.5y) + (0.721.5y) + y + 0.1 = 1y，故各组分的物质的量分数为 Kx =根据公式Kp = Kx求KxKx = Kp= 6.6310-3()-1300 = 1.99将此值代入上式可求的y = 0.2，即氨的产率为= 25%没有惰气存在时氨的产率为31%，可见因惰气的存在使其产率降低了19%（即）。4. 在673 K、总压为的条件下，氢、氮气的体积比为3:1时，使其通过催化剂。反应到达平衡后，测得生成NH3的体积百分数为3.85，试计算(1) 值；(2) 若总压为，NH3的平衡产率为若干？解：(1) 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)平衡时 解得将代入，得(2)解得NH3的平衡产率为：5. 298 K，105 Pa时，有理想气体反应 4HCl(g) + O2(g)2Cl2(g) + 2H2O(g)求该反应的标准平衡常数及平衡常数Kp和Kx。解：查表可得298 K时；所以，反应的该反应的计量数之差所以6. 合成氨反应1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g)500K时Kp = 0.30076，若反应物N2与H2符合化学计量配比，求此温度时，下的转化率。可近似地按理想气体计算。解：设以1 mol原料N2为计算标准，转化率为。1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g)平衡时 当时，代入上式得当时，代入上式得当时，代入上式得当时，代入上式得7. 在一个抽空的容器中引入氯和二氧化硫，若在它们之间没有发生反应，则在102.1时的分压力应分别为和。将容器保持在102.1，经一定时间后，压力变为常数，且等于。求反应SO2Cl2(g)SO2(g) + Cl2(g)的。解：反应各组分物料衡算如下SO2Cl2(g) SO2(g) + Cl2(g)反应前 0.4721 0.4420平衡时 px 0.4721- px 0.4420- px平衡时px + 0.4721 - px+ 0.4420- px = 0.4721 + 0.4420- px = 0.8497px = 0.4721 + 0.4420 - 0.8497 = 0.0626因此，平衡时：8. 20时，实验测得下列同位素交换反应的标准平衡常数为(1) H2 + D22HD (1) = 3.27(2) H2O + D2O2HDO (2) = 3.18(3) H2O + HDHDO + H2 (3) = 3.40试求20时反应H2O + D2D2O + H2的及。解：所求反应为(1) - (2) + (3)29. 在250及标准压力下，1 mol PCl5部分解离为PCl3和Cl2，达到平衡时通过实验测知混合物的密度为2.695 gdm-3，试计算PCl5的离解度以及解离反应在该温度时的和。解： PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) 反应前的物质的量n0 1 0 0 平衡时的物质的量 1 离解前n0 = 1 密度 d0 = = 4858.6 gm-3 现离解 n = 1 + 密度 d = 2.695 g / dm3 而 = (=) = = = 0.803 = Kn()D Kn= n总 = 1+ p = D = 1 =1.82 又 10. (1) 写出以下反应的Kp表示式： (a) S(菱形) + O2(g)SO2(g) (b) 2SO2(g) + O2(g)2SO3(g) (c) 1/2N2(g) + 1/2O2(g)2NO(g) (d) SO2(g) + 1/2O2(g)SO3(g)(2) 计算上述各反应的熵变并作说明。(3) 计算上述各反应的标准自由能变化和值，并判断在标准态的条件下反应的方向。解：(1) (a) (b) (c) (d) (2) 查表得298 K时：S(菱形)O2(g)SO2(g)SO3(g)N2(g)NO(g)31.8205.138248.22256.76191.61210.76100-300.194-371.06086.55(a) (b)(c)(d)(3) (a)，反应正向进行；(b) ，反应正向进行；(c)，反应不能正向进行；(d)，反应正向进行。11. 试根据NH3的标准生成自由能，求反应 1/2 N2(g) + 3/2H2(g)NH3(g)在，和时的DrGm值。解：查表得12. 在容积为5.00 L的容器中装有等物质的量的PCl3和Cl2，于250反应。反应PCl3(g) + Cl2(g)PCl5(g)达平衡时，此时反应的。求：(1) 开始装入的PCl3和Cl2的物质的量。(2) PCl3的平衡转化率。解：(1) 因为装入的PCl3和Cl2的物质的量相等，平衡时的分压必然相等，设为p则PCl5、PCl3和Cl2平衡时物质的量由pV=nRT求得PCl5为 PCl3、Cl2为 所以原来放入系统PCl3和Cl2的物质的量0.117 + 0.154 0.271 mol(2) PCl3的平衡转化率为：13. 某体积可变的容器中放入1.564 g N2O4气体，此化合物在298 K时部分解离。实验测得，在标准压力下，容器的体积为0.485 dm3。求N2O4的解离度以及解离反应的和。解：N2O4解离反应为 N2O4 2NO2设反应前的物质的量： n 0 平衡时的物质的量： n(1) 2n其中为N2O4的解离度。N2O4的摩尔质量M = 92.0 gmol-1。所以反应前N2O4的物质的量 n = = 0.017 mol解离平衡时系统内总的物质的量为 n总= n(1) + 2n= n(1 +)设系统内均为理想气体，由其状态方程 pV = n总RT = n(1 +)RT所以，N2O4的解离度 = = = 0.167 Kn= = = Kn()D = = = = 0.115 = 5.36103 Jmol-1 查表可得，298 K时 由标准生成吉布斯自由能可计算解离反应的 由标准平衡常数算得的与此值吻合较好。14. A+BC+D反应，开始时用A与B均为1 mol，在25下，反应达平衡时，A与B的量各为1/3 mol。(1) 求此反应的平衡常数Kp；(2) 若开始用1 mol A与2 mol B；(3) 若开始用A与B各1 mol及0.5 mol C；(4) 若开始用1 mol C与2 mol D；分别求反应达平衡时C的摩尔数。解：(1) A + B C + D平衡时 (2) A + B C + D平衡时 解得反应达平衡时C的摩尔数为0.845；(3) A + B C + D平衡时 解得反应达平衡时C的摩尔数为0.5 + 0.596 = 1.096；(4) A + B C + D平衡时 解得反应达平衡时C的摩尔数为1 - 0.457 = 0.54315. 五氯化磷分解反应PCl5(g)PCl3(g) + Cl2(g) 在200时反应的Kp = 0.308，计算(1) 200、下，PCl5的离解度；(2) 组成1:5的PCl5与Cl2的混合物，在200、下，PCl5的离解度。解：(1) 此反应的，取起始时1 mol PCl5为系统，解离度为，其平衡时的组成为PCl5(g)PCl3(g) + Cl2(g)物质的量 物质的分数 (2) 组成1:5的PCl5与Cl2的混合物PCl5(g)PCl3(g) + Cl2(g)物质的量 5+ 物质的分数 16. 已知1000 K时生成水煤气的反应C(s) + H2O(g)H2(g) + CO(g)在下的平衡转化率 = 0.844。求：(1) 平衡常数；(2) 在下的平衡转化率。解：(1) 设起始H2O(g)为1 mol。 C(s) + H2O(g) H2(g) + CO(g)平衡时 1-0.844 0.844 0.844 (2) C(s) + H2O(g) H2(g) + CO(g)平衡时 解得17. 已知45时，N2O42NO2反应的Kp = 0.664，求总压为时， N2O4的解离度为若干？此时反应的Kx为多少？解：本题可以利用Kx计算压力对这一反应平衡组成的影响。设平衡时N2O4的离解度为根据反应式 N2O4 2NO2平衡时各组分的物质的量分数 据此得 Kx = 根据Kp = Kx可得：在时，Kx = Kp= 0.664(10)-1 = 0.0664将10的Kx值代入式Kx = 得= 0.128，即12.8%。18. 773 K时反应CO(g) + H2O(g)H2(g) + CO2(g)的平衡常数Kc = 9，如果反应开始时CO和H2O的浓度都是0.020 mol/L，计算CO的最大转化率。如果开始时H2O的浓度增大为0.080 mol/L，其他条件不变，计算CO的最大转化率。解：反应开始时CO和H2O的浓度都是0.020 mol/L， CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)平衡时 解得CO的最大转化率为：如果开始时H2O的浓度增大为0.080 mol/L，其他条件不变， CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)平衡时 解得CO的最大转化率为：19. 在标准压力和250时，用物质的量之比为1:2的CO及H2合成甲醇，反应为 CO(g) + 2 H2(g)CH3OH(g)试求算平衡混合物中甲醇的物质的量分数。（设反应热不随温度而变。）解：查表得298 K时：CO(g)CH3OH(g)-110.52-201.17-137.269-161.88CO(g) + 2 H2(g)CH3OH(g)平衡时 因很小，n很小，所以上式可简化为：混合物中甲醇的摩尔分数为：20. 已知反应2SO3(g)2SO2(g) + O2(g)在1000 K时，= 0.290。试求算在该温度及标准压力时，SO3的解离度；欲使SO3的解离度降低到20%，系统总压力应控制为多少？解： 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g) 平衡时 以尝试法解得：当解离度21. 反应N2O4(g)2NO2(g)在60时K = 1.33。试求算在60及标准压力时(1) 纯N2O4气体的解离度；(2) 1 mol N2O4与2 mol惰性气体中，N2O4的解离度；(3) 当反应系统的总压力为106 Pa时，纯N2O4的解离度又为若干？解：(1) N2O4(g)2NO2(g) (2)(3) 22. 630 K时反应2HgO(s)2Hg(g) + O2(g)的，试求算此温度时反应的及HgO(s)的分解压。若反应开始前容器中已有105 Pa的O2，试求算630 K达到平衡时与HgO固相共存的气相中Hg(g)的分压。解：反应开始前容器中已有105 Pa的O2时：解得23. 若将NH4I固体迅速加热到375，则按下式分解NH4I(s) NH3(g) + HI(g)分解压力为3.67104 Pa。若将反应混合物在375时维持一段时间，则HI进一步按下式解离2HI(g)H2(g) + I2(g)该反应的为0.0150。试求算反应系统的最终压力为多少?解：取n mol NH4I固体起始反应，设系统达到平衡时，含x mol NH3(g)和y mol HI(g)，则平衡组成为 (1) NH4I(s) NH3(g) + HI(g) n-x x y (2) 2 HI(g) H2(g) + I2(g) y (x-y) (x-y)平衡时系统中气相总物质的量 n总= x + y +(x - y)+(x - y)= 2x mol由反应(1)的分解压可得该反应的标准平衡常数 ()2 = = 0.0328设平衡时反应系统的最终压力为p，则 .= ()()()2 = ()2 =0.0328 =0.0150由式可解得x = 1.245y，然后代入式解之可得： p = 4.10104 Pa同时反应必须同时达到平衡。24. 某合成氨厂用的氢气是由天然气CH4与H2O(g)反应而来，其反应为CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g)已知此反应在1000 K进行，此时= 26.56。如果起始时CH4与H2O的物质的量之比为1:2，试求算欲使CH4的转化率为78%，反应系统的压力应为多少？解：CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g) 当时，解得：p = 3.90105 Pa25. 将固体NH4HS放在25的抽空容器中，求NH4HS分解达到平衡时，容器内的压力为多少？如果容器中原来已盛有H2S气体，其压力为4.00104 Pa，则达到平衡时容器内的总压力又将是多少？解：NH4HS的分解反应为 NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g)查表可得，298K时 (NH4HS, s)= -55.17 kJmol-1 (H2S, g)= -33.02 kJmol-1 (NH3, g)= -16.64 kJmol-1所以，分解反应的 =(-16.6433.02)(-55.17) kJmol-1= 5.51 kJmol-1由知= exp() = 0.108如果反应起始时，只有NH4HS一种固体物质而没有气体，当分解反应达到平衡时 p(NH3) = p(H2S) 此分解反应的分解压为 p = p(NH3) + p(H2S)所以达到平衡时，p(NH3) = p(H2S) =p该反应的标准平衡常数与分解压力之间的关系为 = p = = (40.108)1/2101325 Pa = 6.67104 Pa如果原容器中已有4.00104 Pa的H2S气体，设平衡时p(NH3) = x则p(H2S) = x + 4.00104 Pa此时温度仍然是298 K，K不变，所以 = 0.108即 x2 + 4.00104x - 1.11109 = 0 解得 x = 1.89104 Pa p(NH3) = x = 1.89104 Pa p(H2S)= x + 4.00104 Pa = (1.89104+4.00104)Pa = 5.89104 Pa此时容器内的总压力应为 p = p(NH3) + p(H2S) = 1.89104 Pa + 5.89104 Pa = 7.78104 Pa26. 试利用标准生成吉布斯自由能数据，求算298 K时，欲使反应KCl(s) +O2(g)KClO3(s)得以进行，最少需要氧的分压为多少？解：查表得298 K时，解得：27. 实验测知Ag2O(s)在445时的分解压为2.10107 Pa，试求算该温度时Ag2O(s)的标准生成吉布斯自由能。解：Ag2O(s)2Ag(s) + 1/2O2(g)28. 反应NH4HS(s)NH3(g) + H2S(g)的， DCp = 0， 298 K时NH4HS(s)的分解压为6.08104 Pa，(1) 试计算308 K时，NH4HS(s)的分解压；(2) 若将各为0.6 mol的H2S(g)和NH3(g)放入20 dm3容器中，试计算308 K时生成NH4HS(s)为多少？解：(1) 解得 p = 1.12105 Pa(2) 29. 石灰石的分解反应为 CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g)要使该反应以一定速度进行，所需最低温度为若干？（假定该反应的DCp = 0）解：查表得298 K时：CaCO3(s)CaO(s)CO2(g)-1206.9-635.5-393.5-1128.8-604.2-394.4由于DCp = 0，故不随温度变化。设分解温度为T2，则。解得：30. 在高温下，水蒸气通过灼热煤层反应生成水煤气，C(s) + H2O(g)H2(g) + CO(g)已知在1000 K及1200 K时，分别为2.472及37.58。(1) 求算该反应在此温度范围内的；(2) 求算1100 K时该反应的。解：(1) =1.36105 Jmol-1(2) 31若将空气加热至2500 K，则有反应1/2 N2(g) + 1/2 O2(g)NO(g)试计算该温度下空气中NO的物质的量分数。假定空气中所含O2及N2的物质的量之比为20.8:79.2。已知298 K时NO(g)的= 86.69 kJmol-1，= 90.37 kJmol-1，设反应的DCp = 0。解：解得： N2(g) + O2(g) 2NO(g)平衡时 因很小，所以上式可简化为：则空气中NO的摩尔分数为0.024。32. 潮湿的Ag2CO3需要在110的温度下在空气流中干燥去水。试计算空气中应含CO2的分压为多少才能防止Ag2CO3的分解？解：查表得298 K时：Ag2CO3(s)Ag2O(s)CO2(g)-506.16-