北京化工大学 物理化学 第五章 化学平衡习题及参考答案.pdf

BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY TEL 010 64434903 第五章第五章 化学平衡习题及参考答案化学平衡习题及参考答案 1 在 300K 理想气体反应 A2 g B2 g C g 2D g 的 mrH 50 0 kJ mol 1 mrS 10 0J mol 1 K 1 mp rC 0 5R 1 试求此反应在 2 T 400K 时的 mrH mrS 及 mrG 各为若干 2 在 400K 的标准状态下反应能否自动地进行 解 1 KT400 2 KT300 1 2 1 d mp r1 mr2 mr T T TCTHTH 12mp r1 mr TTCTH 50 42 kJ mol 1 2 1 T d mp r1 mr2 mr T T TCTSTS ln 12mp r1 mr TTCTS 11 20 J mol 1 2 mr22 mr2 mr TSTTHTG 50 42 400 11 2 10 3 kJ mol 1 55 94 kJ mol 1 2 因 mrG 400K 55 94 kJ mol 1 0 故在 400K 的标准状态下反应不能自动进行 2 在一个抽成真空的容器中放入过量的 NH4HS s 25 时发生下列分解反应 NH4HS s NH3 g H2S g 达到平衡时容器内的总压力为 66 66kPa 此反应的 K 为若干 25 时容器中只有压力为 6 666kPa 的 NH3 g 试求需要加入的 H2S g 的压力大于多少 kPa 时才可能有 NH4HS s 生成 解 25 时 反应的标准平衡常数 11109 0 1002 66 66 2 2 2 p p K NH4HS s NH3 g H2S g 6 666kPa p H2S p H2S 6 666kPa 2 Kp 时才可能有 NH4HS s 生成 即 kPa65 166 kPa666 6 2 2 2 pK SHp 3 已知 25 时 mfG H2O g 228 57 kJ mol 1 mfG H2O l 237 13kJ mol 1 试 求 25 时 1 水蒸发过程的标准摩尔吉尔斯函数变 mVBPG PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY TEL 010 64434903 2 水的饱和蒸汽压 OH 2 p 解 25 时 H2O l H2O g 1 OH OH 2 mf2 mf mVap lGgGG 8 56 kJ mol 1 OH ln 2 mVap ppRTG exp OH mVap 2 RTGpp 100kPa exp 8 56 103 8 314 298 15 3 1642kPa 4 在一个体积恒定为 V 的容器中装有 A 和 B 两种理想气体 在 373K A 和 B 的分压力 分别为kPa8 47 0 A p kPa 8 44 0 B p 经下列反应 A g B g K373 D g 达到平衡后系统的总压力为 86 0kPa 试求 373K 时 1 D g 的平衡分压力 D p 及平衡级成 D y 2 反应的标准平衡常数 K 解 A g B g K373 D g 反应前 0 A p 0 B p 0 平衡时 ppA 0 ppB 0 p 则反应达平衡时系统的总压 kPa 0 86 kPa 8 44 8 47 0 0 ppppp BA 总 1 D g 的平衡分压力6 6kPakPa 0 86 8 44 8 47 ppD 平衡组成0 07674akPa 86 0kP6 6 总ppy DD 2 BA D BA D B B pp pp pppp pp ppK B 0 4194 5 200 时 反 应PCl5 g PCl3 g Cl2 g 的 标 准 摩 尔 吉 布 斯 函 数 变 mrG 4581 87J mol 1 试求在 200 200kPa 下 PCl5 g 进行上述反应的平衡转化率 为 若干 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY TEL 010 64434903 解 1 B 1 0 nng RTGK ln mr 1 16475 K 0 3120 2 2 0 0 2 0 1 1 1 pp n pp n n n pp KK B g n 由上式得 2 1 ppKK 0 3674 6 在 25 和 101 325kPa 时 N2O4有 18 46 离解 求在 50 663kPa 及 25 时 N2O4的离 解度 解 以开始时 1mol 的 N2O4为计算基准 设离解度为 则物质的量为 N2O 2NO2 开始 nB mol 1 0 平衡 nB mol 1 2 平衡时总的物质的量 mol 1 2 1 B n 则有 p ap n p n n p p K B p 2 22 42 2 2 2 2 ON 2 NO 1 4 11 2 ON NO 42 2 欲求 p 50 663kPa 时的 应先求 p K 已知 p 101 325kPa 时的 0 1846 代入上式得 14 287kPakPa325 101 1846 0 1 1846 0 4 2 2 p K 当 p 50 663kPa 时 kPa663 50 1 4 kPa287 14 2 2 0 257 7 反应 CO2 g 2NH3 g NH2 2CO s H2O l 已知 a S 298K J K 1 mol 1 213 64 192 51 104 60 69 96 atH 298K kJ mol 1 393 51 46 19 333 17 285 85 PCl5 g PCl3 g Cl2 g 反应前物质的量 0 n 0 0 平衡时物质的量 1 0 an 0 an 0 an T 473 15K p 200kPa PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY TEL 010 64434903 1 判断在标准状态 25 时 此反应能否自动进行 2 设 m S 和 m H 均与温度无关 估算此反应在标准状态下 能够自动进行的最高温度 解 在标准状态下判断反应方向用 m G 1 m G 298K m H 298K 298K m S 298K m H 298K 333 17 285 85 393 51 2 46 19 kJ mol 1 133 13kJ mol 1 m S 298K 104 60 69 96 213 64 2 192 51 10 3kJ k 1 mol 1 0 4241kJ mol 1 m G 298K 133 13kJ mol 1 298K 0 4241kJ K 1 mol 1 6 75kJ mol 1 0 在标准状态下 25 时此反应能自动进行 2 m G T m H T m S m H 0 m S 0 T m S 0 T 升高 m G T 减少 m G T m H T m S 0 11 1 0 KmolkJ4241 0 molkJ13 133 m m S H T KT314 8 含硫燃料燃烧产物中含 SO2 放入大气成为一种大气污染物 SO2被大气中的氢氧化成 SO3 SO3和水蒸汽结合形成酸雾 它可毁坏图书和建筑物 抑制植物生长 尤其对人体肺 部有很大毒害 1 计算 25 时 SO2 2 1 O2 SO3的 Kp 2 若每 m3大气中含有 8molO2 2 10 4mol SO 2和 2 10 6mol SO 3时 上述反应能否发生 已知 SO2 g 和 SO3 g 的 mtG 298K 分别为 300 37 和 370 42kJ mol 1 解 1 RT G K m p ln KmolKJ molJ 298314 8 10 37 300 42 370 11 13 28 2736 2 2 12 1 22 3 22 3 g OSO SO OSO SO p B RT cc c pp p J 2 1334 2 11136 8 102 298314 8 102 mmolmmol KmolKJmmol PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY TEL 010 64434903 7 10 10 5Pa1 2 由 ppm JRTKRTTHlnln p K p J THm 0 恒温恒压下 上述反应能够发生 9 二理想气体成平衡 A B 设反应物系中 此两种理想气体总的物质的量为 n KP为平衡常数 AC mp 和 BC mp 分 别为 A 和 B 的恒压摩尔热容 m H 为摩尔反应热 试证明 一定压力下此平衡混合气的热 容 22 2 1 1 1 p mp p mpp p mp p KRT HnK K BCnK K AnC C 证明 pp T H C mmAA HnHnH 22 式中nnn BA 当 p 一定时 微分上式得 p B mBp mB B B mAp mA Bp T n H T H n T n H T H nn T H p B mAmBp mB Bp mA A T n HH T H n T H n 即 p B mmpBmpAp T n HBCnACnC 1 又 B B A B A B p nn n n n p n n p n n K p p B K nK n 1 p A K n n 1 2 则 T K K n K T K nKK T K n T n p p p p pp p p B 2 1 1 1 由 2 ln RT H T K m p 得 p m p K RT H T K 2 22 1 p pm p B KRT KHn T n 3 将 2 3 式代入式 1 即得所求 9 乙苯脱氢制苯乙烯 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY TEL 010 64434903 C6H5C2H5 g C6H5C2H3 g H2 g 反应在 560 下进行 试分别计算下面几种不同情况下乙苯的平衡转化率 1 以纯乙苯为原料气 压力为 101 325kPa 2 n 乙苯 n 水蒸汽 1 10 混合气为原料压力为 101 325kPa 3 以纯乙苯为原料 压力为 10 1325kPa 由计算说明从热力学角度看生产中加水蒸汽做稀释剂有何好处 已知 560 反应的PaKp 9 9017 解 B BB p n p HCHCn HnHCHCn K 5256 23256 1 以纯乙苯为原料 1mol 乙苯为基准 C6H5C2H5 g C6H5C2H3 g H2 g 开始molnB 1 0 0 平衡molnB 1 a a a 平衡 molnB B 1 p a a Kp 2 2 1 286 0 9 9017101325 9 9017 PaPa Pa Kp K a p p 2 加水蒸汽 仍以 1mol 乙苯原料为基准 C6H5C2H5 g C6H5C2H3 g H2 g H2O g 开始molnB 1 0 0 10 平衡molnB 1 a a a 10 平衡 molanB B 11 1 11 2 aa pa Kp 代入PaKp 9 9017 Pap101325 解得 624 0 a 3 686 0 9 9017 5 1