第5章 化学平衡原理习题及全解答.doc

第5章 化学平衡原理习题及全解答1. 写出下列反应的标准平衡常数表达式。(1) CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)(2) PbI2(s) = Pb2+(aq) + 2I-(aq)(3) BaSO4(s) + 2C(s) = BaS(s) + 2CO(g)(4) Cl2(g) + H2O(l) = HCl(aq) + HClO(aq)(5) ZnS(s) + 2H+(aq) = Zn2+(aq) + H2S(g)(6) CN-(aq) + H2O(l) = HCN(aq) + OH-(aq)答： (1) (相对压力) (2) (相对浓度) (3) (4) (5) (6) 2. 填空题(1) 对于反应：C(s)+CO2(g)=2CO(g)，=172.5 kJmol-1，填写下表：k正k逆u正u逆平衡移动方向增加总压力升高温度加催化剂(2) 一定温度下，反应PCl5(g) DPCl3(g) + Cl2(g) 达到平衡后，维持温度和体积不变，向容器中加入一定量的惰性气体，反应将 移动。(3) 对化学反应而言，是 的判据，是 的标志，若 = ，则反应物和生成物都处于 状态。答： (1) k正k逆u正u逆平衡移动方向增加总压力不变不变增加增加不变向左升高温度增加增加增加增加增加向右加催化剂增加增加增加增加不变不变 (2) 不。充入惰性气体，总压增大，但温度和体积不变，参与反应的各物种的分压不变，平衡不移动。 (3) 反应方向；反应进行倾向性；平衡。3. 氧化亚银遇热分解：2Ag2O(s) = 4Ag(s) + O2(g)。已知Ag2O的=-31.1kJmol-1，=-11.2 kJmol-1。求：（1） 在298K时Ag2OAg体系的=？（2） Ag2O的热分解温度是多少(在分解温度，100 kPa)？解： (1) ，根据，当T=298 K时， (2) 在分解温度，100 kPa，=0 根据Gibbs方程：， 根据、随温度变化不大，故： 或者：根据vant Hoff方程：， ，解得：。4. 已知反应C(s) + CO2(g) = 2CO(g) 4.6(1040 K)，0.50(940 K)(1) 上述反应是吸热还是放热反应？? (2) 在940 K的? (3) 该反应的?解： (1) 温度降低，向放热方向移动，又平衡常数减小，即向左移动，故而此反应为吸热反应。 根据vant Hoff方程：，代入数据，得： (2) 根据： (3) Gibbs方程：， 5. 已知2NO(8) + Br2(g) = 2NOBr(g)是放热反应，=1.16102(298K)。判断下列各种起始状态反自发进行的方向。状态温度T /K起始分压p /kPapNOpNOBrI2980.010.010.045II2980.100.010.045III2730.100.010.108答： 反应商：， I： ，向左自发进行； II： ，向左自发进行； II： ，又此反应为放热反应，只能定性判断，但具体高出多少，无法判断！因此无法判断自发方向！6. 已知=-204.6 kJmol-1，=-137.2 kJmol-1，试求：(1) 下述反应在25时的平衡常数： CO(g) + Cl2(g) D COCl2(g) (2) 若=-218.8 kJmol-1，=-110.5 kJmol-1，问以上反应在373 K时平衡常数是多少？(3) 由此说明温度对平衡移动的影响。解： (1) 根据：， (2) ， (3) 可见，温度升高，平衡向吸热即逆反应方向移动。对于此放热反应，平衡常数减小。7. 某温度下，Br2和Cl2在CCl4溶剂中发生下述反应：Br2+Cl2=2BrCl，平衡建立时，试求：(1) 反应的平衡常数。(2) 如果平衡建立后，再加入0.01 molL-1的Br2至系统中(体积变化可忽略)，计算平衡再次建立时，系统中各组分的浓度。(3) 用以上结果说明浓度对化学平衡的影响。解： (1) (2) 设平衡再次建立时，Cl2的浓度为x molL-1，则浓度关系为：Br2 + Cl2 = 2BrCl 初次平衡时： 0.0043 0.0043 0.0114 变化量： 0.0043-x 0.0043-x 2(0.0043-x) 再次平衡时： 0.01+x x 0.02-2x 0.01-x 0.0043-x 0.0114+2x ，解得： ；。 (3) 可见，增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动，以消除这种影响。但不能完全消除，被增加的物种Br2的浓度比初次平衡浓度高，其转化率也是降低的。相应Cl2的转化率提高了。8. 下列反应：2SO2(g) + O2(g) D2SO3(g)在427和527时的分别为1.0105和1.1102，求在该温度范围内反应的。解： 根据vant Hoff方程：，代入数据，得： 9. 已知1000 K时，CaCO3分解反应达平衡时CO2的压力为3.9 kPa，维持系统温度不变，在以上密闭容器中加入固体碳，则发生下述反应：(1) C(s) + CO2(g) = 2CO(g)；(2) CaCO3(s) + C(s) = CaO(s) + 2CO(g)，若反应(1)的平衡常数为1.9，求反应(2)的平衡常数以及平衡时CO的分压。解： (1) C(s) + CO2(g) = 2CO(g) (2) CaCO3(s) + C(s) = CaO(s) + 2CO(g)； (3) CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 可见，(2) = (1) + (3)，故而： 根据平衡表达式： 10. PCl5遇热按PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g)式分解。2.695 g PCl5装在1.00 L的密闭容器中，在523K达平衡时总压力为100 kPa。(1) 求PCl5的摩尔分解率及平衡常数。(2) 当总压力l000 kPa时，PCl5的分解率(mol)是多少? (3) 要使分解率低于l0%，总压力是多少?解： (1) 设Cl2的平衡时物质的量为x mol。 PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g)起始： 2.695/208.2=0.0129 mol 0 0平衡时： 0.0129-x x x 根据理想气体状态方程：pV = nRT， p总 = 100 kPa， n总 = (0.0129 x) + x + x = 0.0230， x = 0.0101 mol PCl5的摩尔分解率为：d% = 0.0101 / 0.0230 100% =78.3% ， (2) 根据理想气体状态方程：pV = nRT， p总 = 1000 kPa， n总 = 可见即使(1)中装入的PCl5完全分解也是不够的，这表明此问可能装入了更多的PCl5或者容器体积被大幅度压缩了。好在题目要求的是PCl5的分解率(mol)，因此可以假设起始装入PCl5的量为a，摩尔分解率为x。 PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g) 起始： a 0 0 平衡时： a(1-x) ax ax 平衡时， n总 = a(1 x) + ax + ax = a(1 + x) ， 解得： ， 即分解率为37%。 (3) 当分解率x 10%时，根据：，解得：p总 = 1.6104 kPa 即要使分解率低于10%，总压力应大于1.6104 kPa。11. 已知血红蛋白(Hb)的氧化反应HbO2(aq) + O2(g) D HbO2(aq)的(292K)=85.5。若在292K时，空气中=20.2 kPa，O2在水中溶解度为2.310-4molL-1，试求反应Hb(aq) + O2(aq) D HbO2(aq)的(292K)和(292K)。解： j HbO2(aq) + O2(g) D HbO2 (292K) = 85.5k Hb(aq) + O2(aq) D HbO2(aq) (292K) = ?l O2(g) D O2(aq) 可见，k = j l， 故 (292K) = 12. 已知：CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)的 = 62(1500 K)，在此温度下CO2又有部分分解成CO，即CO2 = CO + 1/2O2。若将1.0 mo1 CaCO3装入1.0 L真空容器中，加热到1500 K达平衡时，气体混合物中O2的摩尔分数为0.15。计算容器中的nCaO。解： CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) = 62 ， 根据： pV = nRT ， 又 CO2 = CO + 1/2O2， 设平衡时CO的物质的量为y， 平衡时 0.50 mol y 1/2y y = 0.27 mol 13. 已知反应CO(g) + H2O(g) D H2(g) + CO2(g) 的 = -41.2 kJmol-1，在总压为 100 kPa、温度为373 K时，将等物质的量的CO和H2O反应。待反应达平衡后，测得CO2 的分压为49.84 kPa，求该反应的标准摩尔熵变。解： 设起始反应时CO和H2O的物质的量均为n，平衡时生成H2 a，则：CO(g) + H2O(g) D H2(g) + CO2(g) 起始/mol： n n 0 0 平衡/mol： n-a n-a a a n总 = 2n，解得： a = 0.9968n。 14. 以白云石为原料，用Si作还原剂来冶炼Mg，在1450 K下发生的主反应为： CaO(s) + 2 MgO(s) + Si(s) = CaSiO3(s) + 2 Mg(g)= -126 kJmol-1，问反应器内蒸气压升高到多少，反应将不能自发进行？解： 根据： ， 即反应器内