《普通化学》第2章作业题解化学反应的方向和程度

1、? ?普通化学普通化学? ?第第2 2章作业题章作业题解化学反响的方向和解化学反响的方向和程度程度1.不用查表，指出以下各组物质中熵值由大到小的顺序。不用查表，指出以下各组物质中熵值由大到小的顺序。 (1) O2(l), O3( g), O2(g) (2) K(s) , KCl(s) , Na(s) 解：解：1S(O3, g) S(O2, g) S(O2, l) 2S(KCl, s) S(K, s) S(Na, s)3.解：解： (1) 4NH3(g) + 5O2(g) = 4NO(g) + 6H2O (g) S298 /JK-1mol-1 fG298 /kJmol-1 S298 = (iS2

2、98 )生成物生成物 - (iS298 )反响物反响物 = 4210.65 + 6188.7 - 4192.34 - 5205.03 = 180.41 JK-1mol-1 G298 =(i fG298 )生成物生成物 - (i fG298 )反响反响物物 = 486.57 + 6(-) - 0 - 5 (-16.48 ) = -959.34 kJmol-1 0 反响能自发进行。反响能自发进行。3.解：解： (2) CaO(s) + H2O(l) = Ca2+(aq) + 2OH- (aq) S298 /JK-1mol-1 fG298 /kJmol-1 S298 = (iS298 )生成物生成物

3、 - (iS298 )反响物反响物 = -53.1 + 2(-10.75) - 39.75 - 69.91 = -184.26 JK-1mol-1 G298 = (i fG298 )生成物生成物 - (i fG298 )反响反响物物 = -553.54 + 2() - (-604.04) - (-237.18 ) = -26.90 kJmol-1 0 反响能自发进行。反响能自发进行。4. 由锡石由锡石( SnO2)制取金属锡制取金属锡(Sn)，可以有以下三种方法。，可以有以下三种方法。假设希望加热温度尽可能低一些，试根据热力学数据计假设希望加热温度尽可能低一些，试根据热力学数据计算说明应推荐哪

4、一种方法。算说明应推荐哪一种方法。 (1) SnO2 (s) Sn(s) + O2 (g) (2) SnO2 (s) + C(s) Sn(s) + CO2 (g) (3) SnO2 (s) + 2H2(g) Sn(s) + 2H2O(g) 解：解：(1) SnO2 (s) Sn(s) + O2 (g) fH298 /kJmol-1 - 0 0 S298 /JK-1mol-1 H298 =(i fH298 )生成物生成物 - (i fH298 )反响反响物物 = 0 + 0 - (- ) = kJmol-1 S298 =(iS298 )生成物生成物 - (iS298 )反响物反响物 = = 20

5、4.28 JK-1mol-1 GT = H298 - TS298 0 (2) SnO2 (s) + C(s) Sn(s) + CO2 (g)fH298 /kJmol-1 -S298 /JK-1mol-1 H298 = 0 - 393.50 - (- ) - 0 = kJmol-1 S298 = 51.55 + 213.64 - 52.3 - 5.740 = 207.15 JK-1mol-1 GT = H298 - TS298 0 KSHT284328.20410007 .580298298 KSHT7 .90315.20710002 .187298298(3) SnO2 (s) + 2H2(g

6、) Sn(s) + 2H2O(g)fH298 /kJmol-1 -S298 /JK-1mol-1 H298 = 0 - 2(-241.82) - (- ) - 0 = 9 kJmol-1 S298 = 51.55 + 2188.72 - 52.3 - 2130.574 = 115.542 JK-1mol-1 GT = H298 - TS298 0 所以选择第三种方法最适宜。所以选择第三种方法最适宜。KSHT840542.115100006.972982985. 假设反响假设反响C(石墨石墨) + H2O(g) = CO(g) + H2(g)的的H 与与S 视为常数，且反响是在标准压力的条件下进

7、行的，视为常数，且反响是在标准压力的条件下进行的，试计算该反响能自发进行的温度条件。试计算该反响能自发进行的温度条件。5.解：解： C(石墨石墨) + H2O(g) = CO(g) + H2(g)fH298 /kJmol-1 0 -241.82 -110.52 0S298 /JK-1mol-1 H298 = (i fH298 )生成物生成物 - (i fH298 )反响反响物物 = (-110.52 ) + 0 - 0 - (-214.82 ) = 104.30 kJmol-1 S298 = (iS298 )生成物生成物 - (iS298 )反响物反响物 = 197.56 + 130.574

8、- 5.740 - 188.72 = 133.674 JK-1mol-1 G = H - TS 0 298298104.301000780.26133.674HTKS6. 利用热力学数据，计算以下反响在利用热力学数据，计算以下反响在298 K和和500 K时的平衡常时的平衡常数数K 。 (1) SO2(g) + O2(g) = SO3(g) (2) CaCO3(s) = CaO (s) + CO2(g)6.解：解：(1) SO2(g) + O2 (g) = SO3(g) fH298 /kJmol-1 -296.83 0 -395.72 S298 /JK-1mol-1 248.11 205.03

9、 256.65 fG298 /kJmol-1 H298 = (i fH298 )生成物生成物 - (i fH298 )反响物反响物 = (-395.72 ) - 0 - (-296.83 ) = -98.89 kJmol-1 S298 = (iS298 )生成物生成物 - (iS298 )反响物反响物 = 256.65 - 248.11 - 205.03 = -93.975 JK-1mol-1 G298 = (i fG298 )生成物生成物 - (iGfH298 )反响物反响物 = () - 0 - (-300.19 ) = -70.89 kJmol-1 T = 298 K时，时，121065

10、.2424.12298314.8303.2100089.70303.2lg KRTGKT = 500 K时，时， G = H298 - TS298 = -98.89 - 500(-93.975)10-3 = -51.90 kJmol-1 51064.2421.5500314.8303.2100090.51303.2lg KRTGK6.解：解：(2) CaCO3(s) = CaO (s) + CO2 (g) fH298 /kJmol-1 -1206.92 -635.09 -393.50 S298 /JK-1mol-1 H298 = (i fH298 )生成物生成物 - (i fH298 )反响物

11、反响物 = (-635.09 ) + (-393.50 ) - (-1206.92 ) = 178.33 kJmol-1 S298 = (iS298 )生成物生成物 - (iS298 )反响物反响物 = 39.75 + 213.64 - 92.9 = 160.49 JK-1mol-1 T=298 K时，时， G = H298 - TS298 = 178.33 - 298160.4910-3 = 130.50 kJmol-1 231035. 1871.22298314. 8303. 2100050.130303. 2lgKRTGKT = 500 K时时， G500 = H298 - TS298

12、= 178.33 - 500160.4910-3 = 98.085 kJmol-1 111069. 5245.10500314. 8303. 21000085.98303. 2lgKRTGK7. 写出以下反响的平衡常数写出以下反响的平衡常数Kc，Kp，K 的表达式。的表达式。 (3) CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) (4) Fe3O4(s)+4H2(g) 3Fe(s)+4H2O(g) 8. 298K时以下化学平衡：时以下化学平衡： 1FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)，K1 2FeO(s) + H2(g) Fe(s) + H2O (g) ，K2 试计算反响

13、：试计算反响： CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O (g) 的的K 值。值。 解：解： ：(1) FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)，K1 (2) FeO(s) + H2(g) Fe(s) + H2O (g) ，K2 (2) - (1)得：得： CO2(g) +H2(g) CO(g) +H2O (g) ，K 66. 1403. 0669. 012KKK9. 在在1362 K时以下化学平衡：时以下化学平衡： (1) H2(g) + S2(g) H2S(g) K1 (2) 3H2(g) + SO2(g) H2S(g) + 2H2O(g) K1 104 试计

14、算反响：试计算反响：4H2(g) + 2SO2(g) 4H2O(g) + S2(g)，在，在1362 K时的平衡常数时的平衡常数K 。 解：解：(1) H2(g) + S2(g) H2S(g) (2) 3H2(g) + SO2(g) H2S(g) + 2H2O(g) (2)2- (1)2，得：，得： 4H2(g) + 2SO2(g) 4H2O(g) + S2(g) 82242122100658001081.).()()(KKK10. 在某温度时，反响在某温度时，反响 N2 + O2 2NO的平衡常数的平衡常数Kc为为 0.0045，假设，假设2.5 mol O2与与 2.5 mol N2作用于

15、作用于15 dm3 密闭容器中，问到达平衡时有多少密闭容器中，问到达平衡时有多少NO生成？生成？10. 解：设平衡时有解：设平衡时有x mol NO 生成。生成。 N2 +O2 2NO起始浓度起始浓度/ moldm-3 0平衡浓度平衡浓度/ moldm-3155.2155.21515215.215215.2xxx 22/150.004512.52150.00450.1622.50.5CxKxxxmolx即 ：11. 在某温度时，反响在某温度时，反响 CO (g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 的的Kc ，问，问2 mol CO与多少与多少 mol H2O(g) 在密闭容器中反

16、响，才能使在密闭容器中反响，才能使 50%摩尔分数的摩尔分数的CO转变为转变为CO2。11. 解：设有解：设有x mol H2O(g),设密闭容器体积为设密闭容器体积为V dm3。 CO (g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)起始浓度起始浓度/ moldm-3 2/V x/V 0 0 平衡浓度平衡浓度/ moldm-3 1/V (x-1)/V 1/V 1/V molxxVxVVVOHcCOcHcCOcKC0.20.1111111)()()()(222 解解得得：12. 反响PCl5(g) PCl3(g) +Cl2(g)在523 K和 105 Pa下达平衡时，其分解百分率为80%

17、，求该条件下反响的平衡常数Kp。12.解：设开始时解：设开始时PCl5为为1 mol PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) 起始时物质的量起始时物质的量/mol 1 0 0 平衡时物质的量平衡时物质的量/mol 1-1 = 0.2 平衡时总物质的量为平衡时总物质的量为1.8 mol55231080.11013258.12.0)1013258.18.0()1013258.18.0()()()( PClpClpPClpKp13.反响反响 Ag2S(s) + H2(g) 2Ag(s) + H2S(g)在在740 K 时的时的Kp = 0.36。假设在该温度下，在密闭容器中将。假设在该温度

18、下，在密闭容器中将1.0 mol Ag2S复原为复原为Ag，试计算最少需用，试计算最少需用H2的物质的量。的物质的量。13.解：设最少需解：设最少需H2为为 x mol，设密闭容器总压力为，设密闭容器总压力为P。 Ag2S(s) + H2(g) 2Ag(s) + H2S(g) 起始量起始量/ mol 1.0 x 0 0 平衡量平衡量/ 那么平衡时气体总物质的量为那么平衡时气体总物质的量为x mol， molxxPxxPxHpSHpKp8 .336.00 .10 .10 .10 .1)()(22 解解得得：14.在在10 dm3的密闭容器中有的密闭容器中有1.0 mol的氧化亚铁、的氧化亚铁、0

19、.50 mol的一氧化碳和、的一氧化碳和、0.10 mol的二氧化碳。当混合物加热到的二氧化碳。当混合物加热到1273 K时，发生如下反响：时，发生如下反响： FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)，平衡常数，平衡常数 (1)确定反响进行的方向。确定反响进行的方向。 (2)计算氧化亚铁转化为铁的百分率摩尔分数。计算氧化亚铁转化为铁的百分率摩尔分数。 14.解：解：12设有设有 x mol FeO转化为铁。转化为铁。 FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)起始浓度起始浓度/ moldm-3 平衡浓度平衡浓度/ moldm-3 (0.50-x)/10 (0.

20、10+x)/10 反反应应正正向向进进行行。 50.020.0050.0010.0)()(2CCKCOcCOcQ%10%1000 .110.010.050.050.010.01050.01010.0)()(2 转转化化率率解解得得：molxxxxxCOcCOcKC15. 2SO2(g) + O2 (g) 2SO3(g) 在在1062 K时的平衡常数时的平衡常数K = 0.955。如在该温度下，某一容器中含有。如在该温度下，某一容器中含有SO2、 O2和和SO3三种气体，其分压分别为三种气体，其分压分别为30.4 kPa、60.8 kPa和和25.33 kPa，试判断反响进行的方向。如果只将，试

21、判断反响进行的方向。如果只将SO3的分的分压减至压减至3 kPa，反响方向有何变化。，反响方向有何变化。 15.解：解：反反应应逆逆向向进进行行。 955.016.1325.1018 .60325.1014 .30325.10133.25)()()(22222231 KPOpPSOpPSOpQC反反应应正正向向进进行行。 955.00162.0325.1018.60325.1014.30325.1013222 KQC16.以下反响：以下反响： Fe(s) + CO2(g) FeO(s) + CO(g) 平衡常数平衡常数K1 Fe(s) + H2O (g) FeO(s) + H2(g) 平衡常数

22、平衡常数K2 在不同温度时，平衡常数值如下：在不同温度时，平衡常数值如下： T/K K1 K2 试计算在上述各温度时反响试计算在上述各温度时反响 CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O (g) 的平衡常数的平衡常数K 。通通 过计算说明此反响是吸热反响还是放热反响。过计算说明此反响是吸热反响还是放热反响。16.解：解：Fe(s) + CO2(g) FeO(s) + CO(g) (1) Fe(s) + H2O (g) FeO(s) + H2(g) (2) (1) - (2)得：得： CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O (g) K 当当T1=973K时，时， KT1

23、 当当T2=1073K时，时，KT2 当当T3=1173K时，时， KT3 由于由于T升高，升高， K 增大，反响向右移动，说明此反响是增大，反响向右移动，说明此反响是吸热反响。吸热反响。21KKK17.对于反响：对于反响：N2(g) + 3H2(g) = 2NH3 (g) ，H298 = -92.2 kJmol-1 假设升高温度约升高假设升高温度约升高100 K，那么，那么H ( ) , S ( ) , G ( ) , K ( ) , (只要求定性地指出温度升高的影响只要求定性地指出温度升高的影响)。17.解：解：N2(g) + 3H2(g) = 2NH3 (g) ，H298 = -92.2

24、 kJmol-1 (1)T升高，升高， H 不变。不变。 (2)T升高，升高， S 不变。不变。 (3) H 0，S 0 又因为又因为G = H - TS 所以所以T升高，升高， G 升高。升高。 (4) H 0 将将Cl2、H2O、HCl 、 O2四种气体混合后，反响到达平衡时，假四种气体混合后，反响到达平衡时，假设改变以下各题前面的操作条件，对后面的平衡数值有何影响设改变以下各题前面的操作条件，对后面的平衡数值有何影响(操操作条件中没有注明的是指温度不变、体积不变作条件中没有注明的是指温度不变、体积不变)？ (1)加加O2， H2O的物质的量的物质的量 (2)加加O2， HCl的物质的量的物质的量 (3)加加O2 ， O2的物质的量的物质的量 (4)增大容