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第6章练习题第6章练习题班级 姓名 分数 一、计算题 ( 共51题 410分 )1. 15 分 (3106)3106 苯乙烯工业化生产是从石油裂解得到的乙烯与苯作用生成乙苯，在由乙苯直接脱氢而 制得： C6H5CH2CH3(g) C6H5CHCH2(g)H2(g) 乙苯直接脱氢的工艺条件为：温度：600800；压力：常压；原料：过热水蒸气与乙苯蒸气,物质的量比为 9:1 的混合气，已知数据如下： 乙苯(g) 苯乙烯(g) 水(g) fH(298 K)/kJmol-1 29.79 146.9 -241.8 fG (298 K)/kJmol-1 130.58 213.8 -228.6 (1)已知 700 K 时,上述乙苯脱氢反应的rG 33.26 kJmol-1，7001100 K 之间反应热效应平均值 rH124.4 kJmol-1,计算1000 K 时乙苯的理论转化率。 (2)试对本反应为什么采取高温常压，充入惰性气体等工艺条件，做热力学的分析说 明。 (3)用蒸馏法从粗品中分离苯乙烯时，采用什么措施防止或减少其聚合作用。 (4)文献报道，有人建议可用乙苯氧化脱氢的办法来制取苯乙烯 C6H5CH2CH3(g)(1/2)O2(g) = C6H5CHCH2(g)H2O(g) 从热力学角度估算一下，在25、标准压力下有无实际的可能性，若可能实现,从理论上来讲比直接脱氢法具有什么优点。 2. 10 分 (3126)3126在 323 K 时，下列反应 (a) 和 (b) 的分解压力依次为3.998 kPa 及6.05 kPa， (a) 2NaHCO3(s) = Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) (b) CuSO45H2O(s) = CuSO43H2O(s) + 2H2O(g) 设气体为理想气体。 (1) 求算 323 K 时反应 (a) 的标准吉布斯自由能变化rG ； (2) 求出 323 K 时，当将 NaHCO3，Na2CO3，CuSO45H2O，CuSO43H2O的固体放入一真空容器后体系 CO2的平衡分压。 3. 10 分 (3168)3168 液态Br2在331.4 K时沸腾，Br2(l) 在282.5 K时的蒸气压为13.33 kPa，计算298.15 K 时Br2(g)的标准生成吉布斯自由能。 4. 10 分 (2861)2861 373 K时，2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O (g) 反应的K = 0.231。 (1) 在 10-2 m3的抽空容器中，放入 0.1 mol Na2CO3(s)，并通入 0.2 mol H2O (g)，问最少需通入多少摩尔的 CO2(g) 才能 Na2CO3(s) 全部转变成 NaHCO3(s) ？ (2) 在 373 K，总压为 101 325 Pa 时，要在 CO2(g)及H2O (g)的混合气体中干燥潮湿的 NaHCO3(s)，问混合气体中H2O(g) 的分压应为多少才不致使NaHCO3 (s) 分解？ 5. 5 分 (3081)3081 已知：668 K，101.325 kPa 下反应 COCl2(g) = CO(g) + Cl2(g) 的平衡常数Kp为 4.479 kPa。现将 0.05 mol的 COCl2置于容积为 1 dm3的容器内，温度升到668 K，计算容器中的总压力和解离度a。 6. 15 分 (3373)3373 CO2与 H2S 在高温下有如下反应： CO2(g)H2S(g)COS(g)H2O(g) 今在 610 K时，将 4.410-3 kg 的 CO2加入2.5 dm3体积的空瓶中，然后再注入H2S使总压为1013.25 kPa，平衡后取样分析,其中水的物质的量分数为0.02。同样重复上述实验，但温度维持在620 K，平衡后取样分析，其中含水的物质量分数为 0.03。假定气体为理想气体，试计算： (1) 在 610 K 时的 K ； (2) 在 610 K 时的rG ； (3) 反应的热效应rH ； (4) 在 610 K 时，在反应器中充入不活泼气体，使压力加倍（保持反应器的体积不变），COS 的产率是增加，减小还是不变？若充入不活泼气体后保持压力不变而使体积加倍，COS 的产率是否受到影响？ 7. 10 分 (3332)3332 将 1:2 的 CO - H2混合气在 500，2.53107 Pa 下通过一高效催化剂，若产物中只有 CH3OH，C2H5OH 及 H2O，试估算平衡时此三物的比例。已知： CO(g) CH3OH(g) C2H5OH(g) H2O(g) fG /kJmol-1 -137.28 -161.92 -168.62 -228.61 fH /kJmol-1 -110.54 -201.25 -235.31 -241.84 如果较精确地计算出平衡时此三物的比例，还需哪些热力学数据？ 8. 10 分 (2877)2877已知反应C(石墨)+2H2(g) CH4(g)的rG /Jmol-1 = -75 600+52.25(T/K)lg(T/K) -63.35(T/K)。 (1)求1000时反应的标准平衡常数K； (2)在1000, p$下CH4(g)-H2(g)混合气体(其中CH4体积分数为0.5%)与合金达平衡,求合金中C的百分含量； (3)在1000, p$下，若要合金为石墨饱和,试问混合气中CH4最低压力为多少。1000, p$下，Fe-C合金中C的百分含量与活度(以石墨为标准态)的关系如上。9. 10 分 (2967)2967 (1) 2NaHCO3(s) = Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) (2) CuSO45H2O(s) = CuSO43H2O(s) + 2H2O(g) 反应 (1) 和 (2) 在 50时的分解压力分别为 p(1) = 4.00 kPa，p(2) = 6.05 kPa若分解反应 (1) 和 (2) 在同一容器内进行，计算 50时体系的平衡压力。 *. 10 分 (3163)3163 为除去氮气中的杂质氧气，将氮气在 101.325kPa 压力下通过 600的铜粉进行脱氧： 2Cu(s)(1/2)O2(g)Cu2O(s) 若气流缓慢能使反应达到平衡，求经此纯化后在氮气中残余氧的体积分数。已知 298 K 时： fH(CuO2)-166.5 kJmol-1 S (CuO2)93.72 JK-1mol-1 S (Cu)33.47 JK-1mol-1 S (O2)205.0 JK-1mol-1 反应的 Cp2.092 JK-1mol-1，且不随温度改变。 11. 5 分 (2993)2993 反应 SO2(g)O2(g)SO3(g)的rG (-94 60089.6T/K) Jmol-1。 将体积分数为 7% 的 SO2,13% 的 O2及 80% 的 N2的混合气体在催化剂上通过，并 且在一定温度和压力下达平衡, 若体系在 101.325 kPa 压力下的转化率为 90%，求反应 达平衡时的温度。 12. 5 分 (2856)2856 闪锌矿 (ZnS) 在 1700 K 高温干燥空气流中焙烧时,出口气含 SO2的体积分数 y(SO2) = 7%，试判断焙烧产物是 ZnO 还是 ZnSO4。 已知 1700 K，p$下,各物质的摩尔生成吉布斯自由能为： ZnO (s) ZnSO4(s) SO2(g) SO3(g) rG /kJmol -181.167 -394.551 -291.625 -233.886 13. 5 分 (3050)3050 298 K时，将 NH4HS(s) 放入抽空瓶中，NH4HS(s) 依下式分解 NH4HS(s) = NH3(g) + H2S(g) 测得压力为 66.66 kPa，求 K 和 Kp值。若瓶中原来已盛有 NH3(g)，其压力为40.00 kPa，试问此时瓶中总压应为若干？ 14. 15 分 (3375)3375 设在某一定温度下，有一定量的 PCl5(g) 在标准压力 p$下的体积为1 dm3，在此情况下，PCl5(g)的解离度设为50%,通过计算说明在下列几种情况下,PCl5(g)的解离度是增大还是减小。 (1) 使气体的总压减低，直到体积增加到2 dm3 (2) 通入氮气，使体积增加到 2 dm3，而压力仍为 101.325 kPa； (3) 通入氮气，使压力增加到 202.65 kPa，而体积维持为 1 dm3； (4) 通入氯气，使压力增加到 202.65 kPa，而体积维持为 1 dm3。 15. 10 分 (2895)2895已知反应CaCO3(s,方解石) CaCO3(s,文石),25时rG 1393 Jmol-1, 又知方解石在 25和101 325 Pa压力时,密度r分别为 2.710 gm-3和2.944 gm-3,计算25时,至少需多大压力才能使方解石转化为文石。 16. 10 分 (3132)3132 在 630 K 时，反应：2HgO(s) 2Hg(g) + O2(g)的rG = 44.3 kJmol-1。 (1) 求上述反应的标准平衡常数K ； (2) 求 630 K 时 HgO(s) 的分解压力； (3) 若将 HgO(s)投入到 630 K，1.013105Pa 的纯O2气的定体积容器中，在 630 K 时使其达平衡，求与 HgO(s) 呈平衡的气相中 Hg(g) 的分压力。 17. 10 分 (2965)2965 3H2+ N2= 2NH3在 350的Kp= 6.81810-8(kPa)-2，并设与压力无关，从3:1的 H2，N2混合物出发，在 350下要获得物质的量分数为 0.08 的 NH3，压力至少要多大？ 18. 5 分 (2874)2874实验证明：两块没有氧化膜的光滑洁净的金属表面紧靠在一起时，它们会自动地粘合在一起。假定外层空间的大气压力约为1.01310-9 Pa ,温度的影响暂不考虑，当两个镀铬的宇宙飞船由地面进入外层空间对接时，它们能否自动地粘合在一起。已知Cr2O3(s)的fG (298.15 K) = -1079 kJmol-1。设外层空间的温度为298 K，空气的组成与地面相同（O2占五分之一）。19. 5 分 (3442)3442Ag2CO3(s) 分解反应方程为 Ag2CO3(s) Ag2O(s) + CO2(g)，设气相为理想气体，298 K 时各物质的 fH ，S 如下： fH /kJmol-1 S /JK-1mol-1 Ag2CO3(s) -506.14 167.36 Ag2O(s) -30.57 121.71 CO2(g) -393.15 213.64 (1) 求 298 K，101 352 Pa 下，1mol Ag2CO3(s) 完全分解时吸收的热量； (2) 求 298 K 下，Ag2CO3(s) 分解压力； (3) 假设反应焓变与温度无关，求 383 K下 Ag2CO3分解时平衡压力； (4) 体系组分数与自由度。 20. 5 分 (3000)3000 谷氨酰胺水解反应在 298 K 时达成平衡： CONH2(CH2)2CHN3+COO-H2ONH4+COO-(CH2)2CHNH3+COO-(谷氨酸) 测得混合物中含有 0.9210-3 molcm-3的谷氨酰胺和 0.98 molcm-3的谷氨酸，试求平衡常数Kc；若相应物质的量浓度cB和活度系数g(B) 分别是0.94和0.54，水的活度系数是 0.97，试求平衡常数 K 。 21. 5 分 (2867)2867 通常在钢瓶里的压缩氢气中含有少量氧气。实验中常将氢气通过高温下的铜粉, 以除去少量氧气，其反应为： 2Cu(s) + (1/2) O2(g) Cu2O(s) 若在 600时，使反应达到平衡，试问经处理后在氢气中剩余氧的浓度为多少？ 已知：rG = (-166 732 + 63.01 T / K )Jmol-1。 22. 5 分 (2951)2951 在 750时，总压力为 4.27 kPa，反应 SnO2(s) + H2(g) (1/2) Sn(s) + H2O(g) 达平衡时，水蒸气的分压为 3.16 kPa。 (1) 试求反应的 Kp(1) (2) 若已知反应 H2(g) + CO2(g) CO(g) + H2O(g) 在 750时的Kp(2) = 0.773 ，试求下列反应的 Kp(3)。 SnO2(s) + CO(g) (1/2) Sn(s) + CO2(g) 23. 15 分 (3127)3127(1) 设气体服从 Berthelot方程, pVm=RT1+(9pTc/128pcT)(1-6 T /T2)，其中 Tc和 pc为物质的临界温度和临界压力，请证明该气体物质在 T，p 状态下的逸度系数g服从下列公式： lng= (9pr/128Tr)(1- 6/Tr2) ,Tr 和 pr 为气体的对比温度和对比压力； (2) 现将有关物质的热力学性质列入下表 C2H4(g) H2O(g) C2H5OH(g) fH (600 K)/kJmol-1 44.65 -244.70 -247.32 S (600 K)/JK-1mol-1 259.12 212.97 342.17 Tc/K 283.06 647.40 516.10 pc/ p$ 50.00 218.30 63.10 (1) 求算下列反应在600 K的K ：C2H4(g) + H2O(g) C2H5OH(g)； (2) 设各个纯气体服从 Berthelot 方程，并应用 Lewis - Randall 规则，请求上述反应在T = 600 K，p = 150p$的 Kr 和K ； (3) 若起始时 C2H4与 H2O 按计量系数配比，请求算 600 K，150p$下，C2H5OH的平衡物质的量分数。 24. 10 分 (3421)3421 用Si还原MgO的反应是：Si(s)2MgO(s) 2Mg(g)SiO2(s) - - - - - -(1) rG ，1=(523 000-211.71T/K)Jmol-1；若使反应在标准状态下进行,反应温度必高于2480 K，这样高温在工业上难以实现，故需采取以下措施以降低还原温度。 (1) 加入“附加剂” CaO，进行反应耦合，加入的 CaO 与反应 (1) 中生成的 SiO2进行如下反应： 2CaO(s)SiO2(s) Ca2SiO4(s) - - - - - -(2) rG ， 2 =(-12 635-5.021T/K) Jmol-1 试确定由反应(1)和(2)耦合的反应的转折温度。 (2) 真空冶炼，反应式是： Si(硅铁石中的 Si,其活度 a(Si)0.852)2(CaOMgO)(s) Ca2SiO4(s)2Mg(g) 工业上真空还原温度为 1200，试确定能使反应进行的 p(Mg) 应该是多大？ 25. 10 分 (3466)3466 从下列数据，估算碳酸钙在常压下分解制取氧化钙的分解温度 CaCO3(s) CaO(s) CO2(g) fH /kJmol-1 -1206.87 -635.09 -393.51 fG /kJmol-1 -1128.76 -604.2 -394.38 设rH 为常数。 26. 5 分 (2886)2886在1000 K时，反应COH2O CO2 H2的Kp1.43，设有一反应体系,各物质的分压为：p(CO)506.625 kPa，p(H2O)202.65 kPa，p(CO2)303.975 kPa, p(H2)303.975 kPa。 (1) 试计算此条件下反应的自由能变化rGm； (2) 已知在 1200 K 时，Kp0.73，试判断反应的方向（设为理想气体）。 27. 5 分 (2888)2887在合成甲醇过程中有一个水煤气变换工段，即把氢气变换成原料气CO，H2(g)CO2(g) CO(g)H2O(g) 现有一混合气体，H2, CO2,CO和H2O的分压分别为20.265,20.265,50.663,10.133 kPa。 (1) 问在 820时反应能否发生？ (2) 如果把 CO2的分压提高到 405.30 kPa,而CO提高到 303.98 kPa,其余不变, 问情况又怎样？已知 820 时反应的 K 1。 28. 5 分 (3045)3045 在 721，101 325 Pa 下，使纯 H2慢慢地通过过量的 CoO(s)，则氧化物部分地被还原为Co (s)。流出的已达平衡气体中含 H2 2.5（体积分数），在同一温度，若用一氧化碳还原 CoO(s),平衡后气体中含一氧化碳 1.92。求等摩尔的一氧化碳和水蒸气的混合物在 721下，通过适当催化剂进行反应，其平衡转化率为多少？ 29. 5 分 (3152)3152 已知 298 K 时下列数据： H2O(g) H2(g) O2(g) fH/kJmol-1 -241.83 0 0 S /JK-1mol-1 188.74 130.58 205.03 试求 H2O(g) H2(g)(1/2)O2(g) 在 25时的 K 。 30. 5 分 (3298)3298 反应 NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g) 的平衡常数在 250400 K 温度范围内为 lnK = 37.32 - 21 020 / (T/K) ，请计算 300 K 时反应的 rG ，rH，rS 。 31. 15 分 (3171)3171已知反应2Hg(g)O2(g)2HgO(s)，在600 K 时，rH -299.2 kJmol-1，rS =-384.5JK-1mol-1,Cp,mO2(g)=(26.49.62310-3T/K) JK-1mol-1 Cp,mHgO(g)=(26.110.06694T/K)JK-1mol-1 ,气体视为理想气体，求 (1) Hg(g) 的 Cp,m为多少； (2) 600 K 时反应的 K ，2； (3) 在一定体积的容器中含有600 K，101.325 kPa 的氧气，其中放入一定量的 HgO(s),达平衡时容器中 Hg(g) 的分压为多少？ (4) 若600 K时 Hg(l) 的蒸气压为 53.33 kPa，求600 K时反应 2Hg(l)O2(g)2HgO(s) 的 K ，4； (5) 求300 K时，反应2Hg(l)O2(g)2HgO(s)的平衡常数 K ，5。 32. 10 分 (2877)2877已知反应C(石墨)+2H2(g) CH4(g)的rG /Jmol-1 = -75 600+52.25(T/K)lg(T/K) -63.35(T/K)。 (1)求1000时反应的标准平衡常数K； (2)在1000, p$下CH4(g)-H2(g)混合气体(其中CH4体积分数为0.5%)与合金达平衡,求合金中C的百分含量； (3)在1000, p$下，若要合金为石墨饱和,试问混合气中CH4最低压力为多少。1000, p$下，Fe-C合金中C的百分含量与活度(以石墨为标准态)的关系如上。33. 10 分 (2895)2895已知反应CaCO3(s,方解石) CaCO3(s,文石),25时rG 1393 Jmol-1, 又知方解石在 25和101 325 Pa压力时,密度r分别为 2.710 gm-3和2.944 gm-3,计算25时,至少需多大压力才能使方解石转化为文石。 34. 10 分 (2858)2858 在真空的容器中放入固态 NH4HS，于 25下分解为 NH3和 H2S，平衡时容器内的压力为 6.665104 Pa。 (1) 若放入 NH4HS 时容器中已有 3.998104 Pa 的 H2S，求平衡时容器中的压力。 (2) 若容器中原有 6.665103 Pa 的 NH3，问需加多大压力的 H2S 才能开始形成NH4HS 固体？ 35. 5 分 (2850)2850 合成氨循环气压机第二缸内混合气组成如下（体积分数/） N2 H2 NH3 CH4,Ar等 CO2 19.31 58.30 9.87 12.52 10-6 压力是 13.61106Pa，温度是 43，问： (1) 在此条件下能否生成氨基甲酸胺。已知反应 CO2 (g) + 2NH3 (g) = NH2COONH4 (s) 在此温度下的标准平衡常数 K = 6.82 。 (2) 为避免氨基甲酸胺的生成，混合气中 CO2的物质的量分数不应超过什么值？ 36. 5 分 (2890)2890 戊烯和乙酸按下式反应生成酯： C5H10(l)CH3COOH(l)CH3COOC5H11 (l) 如果把6.4510-3 mol戊烯和0.001 mol乙酸加入845 ml惰性溶剂里，平衡后生成了7.8410-4 mol 酯，计算平衡常数Kc，假定混合过程和反应过程物系体积不变。 37. 5 分 (3097)3097已知反应(1/2)N2(g)(3/2)H2(g)NH3(g) 在500低压下的平衡常数Kp3.7510-5(kPa)-1，试计算在 500，300 p$压力下，原料气组成为：n(H2):n(N2)3:1 时的平衡组成,与实验值(NH3的体积分数为26.44%)比较, 已知K0.773。 38. 5 分 (3304)3304 FeO(s) 的分解压力 p 与温度的关系为： lg (p/p$) = - 26 730 / (T/K) + 1.43 求反应 FeO(s) = Fe(s) + (1/2) O2(g) 的热效应。 39. 5 分 (3007)3007 糖原磷酸化酶催化反应： （糖原）nPi（糖原）n-1 GIP 假定 Pi和 GIP 的浓度相等，那么糖原合成或降解的平衡应处于什么位置？ (T=310 K，rG = 3.05 kJmol-1) 在肌肉中，Pi和 GIP 的浓度分别是1010-3 moldm-3 和3.010-5 moldm-3，那么在肌肉中，平衡处于何位置？ 40. 5 分 (3149)3149 已知 25时各物质的标准生成吉布斯自由能如下： CO2(g) NH3(g) H2O(l) CO(NH2)2 fG /kJmol-1 -394.38 -16.64 -237.19 -203.84 计算在25下,溶液中生成尿素的反应的热力学平衡常数并写出平衡常数的表示式。 CO2(g)2NH3(g) CO(NH2)2(aq)H2O(l) 对尿素,选 m$1 molkg-1 且符合亨利定律的假想态为标准态。 41. 15 分 (3169)3169 在50，66 661 Pa下，球形瓶中充以N2O4后，其质量为71.981；将球形瓶抽空后，质量为 71.217。若在 25，瓶中充满水,质量为 555.9（以上数据均作空气浮力校正），已知 25时，水的密度为 0.9970 gcm-3，试求： (1) 球形瓶中气体（设为理想气体）的物质的量； (2) 气体的总量与原 N2O4的量之比； (3) 设物质的量的增加是由于 N2O4发生解离，试计算 N2O4的解离度； (4) 若瓶中总压为 66661Pa，求瓶中 N2O4和 NO2的分压； (5) 求50，66 661Pa 压力下，上述反应的rG 。 42. 10 分 (3088)3088 1000下，在 1 dm3容器内含过量碳；若通入 4.25 g CO2 后发生下列反应： C(s) + CO2(g) 2CO(g) 反应平衡时的气体的密度相当于平均摩尔质量为 36 gmol-1 的气体密度。 (1) 计算平衡总压和 Kp； (2) 若加入惰性气体 He，使总压加倍，则 CO 的平衡量是增加，减少，还是不变？若加入 He，使容器体积加倍，而总压维持不变，则 CO 的平衡量发生怎样变化？ 43. 10 分 (2961)2961 将10g Ag2S 与 617,1.013105 Pa, 1 dm3的氢气相接触，直至达到平衡。已知此反应在 617 时的平衡常数 K = 0.278。 (1) 计算平衡时 Ag2S 和 Ag 各为若干克？ 气相平衡混合物的组成如何？ (2) 欲使 10 g Ag2S 全部被 H2还原，试问最少需要 617，1.013105 Pa的 H2气若干立方分米？ 44. 10 分 (2969)2969 1 dm3容器内盛有NOCl(g)，其物质的量为0.0140 mol ，当往此容器中加入0.