第五版物理化学第五章习题答案

1 第五章第五章 化学平衡化学平衡 5 15 1 在某恒定的温度和压力下 取在某恒定的温度和压力下 取的的 A g A g 进行如下化学反应进行如下化学反应 若若 试证明 当反应进度 试证明 当反应进度时 系统的吉布斯函数时 系统的吉布斯函数 G 值为最小 这时值为最小 这时 A A B B 间达化学平衡 间达化学平衡 2 5 25 2 已知四氧化二氮的分解反应已知四氧化二氮的分解反应 在在 298 15 K 时 时 试判断在此温度及下列条件下 反应进 试判断在此温度及下列条件下 反应进 1 754 molkJ G mr 行的方向 行的方向 1 N2O4 100 kPa NO2 1000 kPa 2 N2O4 1000 kPa NO2 100 kPa 3 N2O4 300 kPa NO2 200 kPa 解 由解 由 Jp进行判断进行判断 14720 15298 3148 10 754 3 exp RT G exp K mr 5 35 3 1000 K 时 反应时 反应 的的 现有与碳反应的气体混合物 其组成为体积分数 现有与碳反应的气体混合物 其组成为体积分数 1 39719 molkJ G mr 试问 试问 3 1 T 1000 K p 100 kPa 时 时 等于多少 甲烷能否形成 等于多少 甲烷能否形成 mrG 2 在 在 1000 K 下 压力需增加到若干 上述合成甲烷的反应才可能进行 下 压力需增加到若干 上述合成甲烷的反应才可能进行 5 45 4 已知同一温度 两反应方程及其标准平衡常数如下 已知同一温度 两反应方程及其标准平衡常数如下 求下列反应的求下列反应的 K 解 所给反应解 所给反应 2 2 1 1 因此 因此 mr mr mr G G G 12 1 2 12 ln lnln K K K KRTKRTKRT 5 55 5 已知同一温度 两反应方程及其标准平衡常数如下 已知同一温度 两反应方程及其标准平衡常数如下 求下列反应的求下列反应的 4 解 所给反应解 所给反应 2 2 2 2 1 1 因此 因此 mr mr mr G G G 12 2 1 2 2 12 ln ln2ln K K K KRTKRTKRT 注 平衡组成的计算关键是物料衡算 注 平衡组成的计算关键是物料衡算 5 65 6 在一个抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫 若它们之间没有发生反应 则在在一个抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫 若它们之间没有发生反应 则在 375 3375 3 K K 时的分压分别为时的分压分别为 47 83647 836 kPakPa 和和 44 78644 786 kPakPa 将容器保持在 将容器保持在 375 3375 3 K K 经一定时间后 总 经一定时间后 总 压力减少至压力减少至 86 09686 096 kPakPa 且维持不变 求下列反应的 且维持不变 求下列反应的 K 解 反应各组分物料衡算如下解 反应各组分物料衡算如下 因此 因此 5 7 使一定量摩尔比为使一定量摩尔比为 1 3 的氮 氢混合气体在的氮 氢混合气体在 1174 K 3 MPa 下通过铁催化剂以合成氨 下通过铁催化剂以合成氨 设反应达到平衡 出来的气体混合物缓缓地通入设反应达到平衡 出来的气体混合物缓缓地通入 20 cm3盐酸吸收氨 用气量计测得剩余气盐酸吸收氨 用气量计测得剩余气 体的体积相当于体的体积相当于 273 15 K 101 325 kPa 的干燥气体 不含水蒸气 的干燥气体 不含水蒸气 2 02 dm3 原盐酸溶液 原盐酸溶液 20 cm3需用浓度为需用浓度为 52 3 mmol l dm 3的氢氧化钾溶液的氢氧化钾溶液 18 72 cm3滴定至终点 气体通过后只滴定至终点 气体通过后只 需用同样浓度的氢氧化钾溶液需用同样浓度的氢氧化钾溶液 15 17 cm3 求 求 1174 K 时 下列反应的时 下列反应的 5 5 85 8 五氯化磷分解反应五氯化磷分解反应 在在 200 时的时的 计算 计算 1 200 200 kPa 下下 PCl5的解离度 的解离度 2 摩尔比为 摩尔比为 1 5 的的 PCl5与与 Cl2的混合物 在的混合物 在 200 101 325 kPa 下 求下 求 达到化学平衡时达到化学平衡时 PCl5的解离度 的解离度 解 解 1 设 设 200 200 kPa 下五氯化磷的解离度为下五氯化磷的解离度为 则 则 6 5 95 9 在在 994994 K K 使纯氢气慢慢地通过过量的 使纯氢气慢慢地通过过量的 CoO s CoO s 则氧化物部分地被还原为 则氧化物部分地被还原为 Co s Co s 出来的平衡气体中氢的体积分数出来的平衡气体中氢的体积分数 在同一温度 若用 在同一温度 若用 COCO 还原还原 CoO s CoO s 平衡 平衡 后气体中一氧化碳的体积分数后气体中一氧化碳的体积分数 求等物质的量的一氧化碳和水蒸气的混合物 求等物质的量的一氧化碳和水蒸气的混合物 在在 994994 K K 下 通过适当催化剂进行反应 其平衡转化率为多少 下 通过适当催化剂进行反应 其平衡转化率为多少 解 两还原反应的化学计量式分别为解 两还原反应的化学计量式分别为 一氧化碳与水蒸气的反应一氧化碳与水蒸气的反应 显然 显然 3 3 2 2 1 1 因此 因此 设一氧化碳和水蒸气的物质的量分别为设一氧化碳和水蒸气的物质的量分别为n n 平衡转化率为 平衡转化率为 则 则 因此 因此 5 10 在真空的容器中放入固态的在真空的容器中放入固态的 NH4HS 于 于 25 下分解为下分解为 NH3 g 与与 H2S g 平衡时容器 平衡时容器 内的压力为内的压力为 66 66 kPa 1 当放入当放入 NH4HS 时容器内已有时容器内已有 39 99 kPa 的的 H2S g 求平衡时容器中的压力 求平衡时容器中的压力 2 容器内原有容器内原有 6 666 kPa 的的 NH3 g 问需加多大压力的 问需加多大压力的 H2S 才能形成 才能形成 NH4HS 解 反应的化学计量式如下解 反应的化学计量式如下 7 5 11 现有理想气体反应现有理想气体反应 开始时 开始时 A 与与 B 均为均为 1 mol 25 下 反应达到平衡时 下 反应达到平衡时 A 与与 B 的物质的量各为的物质的量各为 1 3 mol 1 求此反应的求此反应的 K 2 开始时 开始时 A 为为 1mol B 为为 2mol 3 开始时 开始时 A 为为 1mol B 为为 1mol C 为为 0 5 mol 4 开始时 开始时 C 为为 1mol D 为为 1mol 分别求反应达平衡时分别求反应达平衡时 C 的物质的量 的物质的量 解 解 1 1 2 2 8 3 3 4 4 5 12 将将 1mol 的的 SO2与与 1 mol O2的混合气体 在的混合气体 在 101 325 kPa 及及 903 K 下通过盛有铂丝的下通过盛有铂丝的 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 吸收吸收 SO2 及及 SO3 最后量得余下的氧气在 最后量得余下的氧气在 101 325 kPa 273 15 K 下体积为下体积为 13 78 dm3 试计算下列反 试计算下列反 应在应在 903 K 时的时的及及 解 平衡时反应掉的解 平衡时反应掉的 O O2 2为为 因此 平衡时各组分的物质的量为因此 平衡时各组分的物质的量为 n总 总 1 615mol1 615mol 395 6151 230 6151 6150 6151 770 50 p p p p p p K 5 135 13 383 3383 3 K K 60 48360 483 kPakPa 时 从测定醋酸蒸气的密度所得到的平均摩尔质量是醋酸单时 从测定醋酸蒸气的密度所得到的平均摩尔质量是醋酸单 体分子摩尔质量的体分子摩尔质量的 1 5201 520 倍 假定气体分子中只含有单分子及双分子 求下列反应的倍 假定气体分子中只含有单分子及双分子 求下列反应的 9 解 醋酸单体分子摩尔质量为解 醋酸单体分子摩尔质量为 设单分子及双分子 设单分子及双分子 的的 物质的量分别为物质的量分别为 则 则 5 145 14 1 1 在 在 11201120 C C 下用下用 H H2 2还原还原 FeO s FeO s 平衡时混合气体中 平衡时混合气体中 H H2 2的摩尔分数为的摩尔分数为 0 540 54 求求 FeO s FeO s 的分解压 已知同温度下的分解压 已知同温度下 2 2 在炼铁炉中 氧化铁按如下反应还原 在炼铁炉中 氧化铁按如下反应还原 求求 11201120 C C 下 还原下 还原 1 1 molmol FeOFeO 需要需要 COCO 若干摩尔 已知同温度下若干摩尔 已知同温度下 解 解 1 1 各反应计量式如下 各反应计量式如下 显然 显然 3 3 1 1 2 2 2 2 氧化铁还原反应 氧化铁还原反应 显然 显然 10 因此所需因此所需 CO g CO g 的物质的量为的物质的量为 1 1 2 382 38 3 383 38 molmol 5 155 15 求下列反应在求下列反应在 298 15298 15 K K 下平衡的蒸气压 下平衡的蒸气压 已知 298 15 K 下个物质的标准摩尔生成吉布斯函数如下 物质物质 CuSO4 5H2O s CuSO4 3H2O s CuSO4 H2O s CuSO4 H2O s H2O g 1 molkJGm f 1879 6 1879 6 1399 8 1399 8 917 0 917 0 661 8 661 8 228 6 228 6 解 解 11 解 解 22222 CO NH2HNO 2 1 C CO NHmolkJ51333 mol631 66 kJ 285 83 2 00393 51 22 1 1 mf mr H H 11 11 molKJ67458 molKJ130 68 2191 6205 14 2 1 5 74 104 6 Sm r CO NHmolkJ35197 mol456 67 kJ 298 153330 22 1 1 mf mrmrmr G STHG s CO NHO g 2H g 2NH g OC 22232 1 1 mol1 44kJ molkJ 394 3616 5 2228 57 179 35 mrG 560 580 152983148 1000441 K RT G Kln mr 12 利用利用计算计算 RT G Kln mr 利用利用计算计算 RT G Kln mr 13 12 12 1 2 3032 TT TT RT H K K lg mr molkJ H mr 78135 1000 1100 10001100 3032 78135 5052 3 RT K lg 11 K3 14 t 30507090100110 1 T0 0032990 0030950 0029140 0027540 002680 00261 p kPa0 8273 99915 955 2397 47167 log kPa 0 082490 6019511 2013971 7421751 9888712 222716 0 00260 00270 00280 00290 00300 00310 00320 00330 0034 0 5 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 lg p KPa T 1 K 1 直线的斜率直线的斜率 m 3 345 103 15 解