物理化学上册第五版天津大学出版社第五章化学平衡习题答案

物理化学上册第五版天津大学出版社第五章化学平衡习题答案5-1在某恒定的温度和压力下，取的A（g）进行如下反应：若，试证明，当反应进度时，系统的吉布斯函数G值为最小，这时A，B间达到化学平衡。证明：设开始时，A的物质的量为，B的物质的量为，而反应过程中A、B的物质的量分别为与，此时系统的吉布斯函数为设反应从A开始时，当反应进度时，，，及代入上式得或这就证明了若，反应进度时，系统的吉布斯函数G值为最小，此时，A，B间达到化学平衡。5-2已知四氧化二氮的分解反应在298.15K时，。试判断在此温度及下列条件下，反应进行的自发方向：（1）；（2）；（3）。解：（1），反应向左；（2），反应向右；（3），反应向左。5-31000K时，反应的。现有与碳反应的气体，其中含有（CH4）=0.10，（H2）=0.80，（N2）=0.10。试问：（1）T=1000K，p=100kPa时，等于多少，甲烷能否形成？（2）在T=1000K下，压力需增加到若干，上述合成甲烷的反应才能进行？解：先求反应的标准平衡常数（1），＞0（），反应向左，甲烷不能形成。（2）只有时，才能形成甲烷：解得p≥161.1kPa5-4已知同一温度，两反应方程及标准平衡阐述如下：求下列反应的。解：已知如下三个反应：（1）（2）（3）显然（3）=（2）-（1）因而有故得=/5-5已知同一温度，两反应方程及标准平衡阐述如下：求下列反应的。解：已知如下三个反应：（1）（2）（3）显然（3）=2×（2）-（1）因而有故得=（）2/5-6在一个抽空的容器中引入氯和二氧化硫，若它们之间没有发生反应，则在375.15K时分压分别为47.836kPa和44.786kPa。将容器保持在375.15K，经一定时间后，压力变为常数，且等于86.096kPa。求反应的Kθ。解：平衡时：∑pB=p总5-7使一定量1∶3的氮、氢混合气体在1174K，3Mpa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20cm3盐酸吸收氨。用气量计测得剩余气体的体积相当于273.15K，101.325kPa的干燥气体（不含水蒸气）2.02dm3。原盐酸溶液20cm3需用浓度为52.3mmol·dm-3的氢氧化钾溶液18.72cm3滴定至终点。气体通过后则需用同样浓度的氢氧化钾溶液15.17cm3。求1174k时反应2的Kθ。解：5-8五氯化磷分解反应在200℃时的Kθ=0.312，计算：（1）200℃、200kPa下PCl5的离解度；（2）组成1∶5的PCl5与Cl2的混合物，在200℃、101.325kPa下PCl5的离解度。解：平衡时各物质的设为，p总=200kPa（2）平衡时各物质的量设为，，p总=101.325kPa5-9在994K，使纯氢气慢慢地通过过量的CoO（s），则氧化物部分地被还原为Co（s）。流出来的平衡气体中氢的体积分数（H2）=2.50%。在同一温度，若用CO还原CoO（s），平衡后气体中一氧化碳的体积分数（CO）=1.92%。求等摩尔的一氧化碳和水蒸气的混合物在994K下，通过适当催化剂进行反应，其平衡转化率为多少？解：平衡时2.50%97.5%平衡时1.92%98.08%由反应（2）-（1）得++平衡时（1-α）mol（1-α）molαmolαmol5-10在真空的容器中放入故态的NH4HS，于25℃下分解为NH3与H2S，平衡时容器内的压力为66.66kPa。（1）当放入NH4HS时容器中已有39.99kPa的H2S，求平衡时容器中的压力；（2）容器中原有6.666kPa的NH3，问需多大压力的H2S，才能形成NH4HS固体？解：（1）NH4HSH2S（g）+NH3（g）初始分压39.99kPa0平衡分压p+39.99kPap（2）只有时，才能形成NH4HS：解得≥166kPa5-11现有理想气体间反应A（g）+B（g）C（g）+D（g），开始时，A与B均为1mol，25℃时，反应达到平衡时，A与B的物质的量各为。（1）求此反应的Kθ；（2）开始时，A为1mol，B为2mol；（3）开始时，A为1mol，B为1mol，C为0.5mol；（4）开始时，C为1mol，D为2mol。分别求反应达到平衡时C的物质的量。解：（1）（2）（3）（4）5-12将1molSO2与1molO2的混合气体在101.325kPa及903K下通过盛有铂丝的玻璃管，控制气流速度，使反应达到平衡，把产生的气体急剧泠却，并用KOH吸收SO2及SO3，最后量得余下的氧气在101.325kPa、273.15K下体积为13.78dm3，试计算反应在903K时的及。解：5-13383.15K、60.483kPa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分子摩尔质量的1.520倍。假定气体分子中含有单分子及双分子。求下列反应的。解：设蒸气中双分子的摩尔分数为x2，单分子摩尔质量为M15-14（1）在1120℃下用H2还原FeO（s），平衡时混合气体中H2的摩尔分数为0.54。求FeO（s）的分解压。已知同温度下（2）在炼铁炉中，氧化铁按如下反应还原求1120℃下，还原1moLFeO起码需要CO若干摩尔？已知同温度下解：（1）（1）平衡时：（2）由反应（1）+（2）得（2）（3）（4）由反应（3）-（4）得初始时1moln00平衡时n-1mol1mol1mol所以起码需要CO的物质的量为3.38mol。5-15求下列反应在298.15K下平衡的蒸气压：（1）(2)(3)已知各物质的标准摩尔生成吉布斯函数（298K）如下：物质-1879.6-1399.8-917.0-661.8-228.6解：（1）（2）（3）5-16已知下列数据（298.15K）：物质C（石墨）H2（g）N2（g）O2（g）CO（NH2）2（s）5.740130.68191.6205.14104.6-393.51-285.8300-631.66物质NH3（g）CO2（g）H2O（g）-16.5-394.36-228.57求298.15K下CO（NH2）2（s）的标准摩尔生成吉布斯函数以及下列反应的标准平衡常数Kθ。解：5-17已知25℃时AgCl（s），水溶液中Ag+，Cl-的分别为–109.789kJ·mol-1，77.107kJ·mol-1，-131.22kJ·mol-1。求25℃下AgCl（s）在水溶液中的标准溶度积及溶解度s。解：溶解反应方程为bb1.763×10-101.763×10-10=所以;b=1.3279×10-5mol·kg-1AgCl的摩尔质量为143.32g，所以，s=13.279×10-5×143.32·kg-1=0.00190g/1000g=0.019g/100g5-18利用附录十、附录十一的数据计算25℃水溶液中碳酸解离反应的，。解：由附录十、附录十一得-623.08-699.65187.4-586.77691.9991.2-527.81677.14-56.94.35×10-74.685×10-11（由及求，进而求及略）5-19利用附录十、附录十一的数据计算25℃水溶液中配离子如下反应的不稳定常数。解：由附录十、附录十一得77.107105.57972.68-26.50-80.29111.30-17.12-111.29245.25.9×10-8（由及求，进而求略）5-20已知298.15K时，CO(g)和CH3OH(g)的分别为-110.52和-200.7kJ·mol-1。CO(g)、H2(g)、N2(g)、CH3OH(l)的分别为197.67、130.68、127J·mol-1·K-1。又知298.15K时甲醇的饱和蒸气压为16.59kPa，=38.0kJ·mol-1，蒸气可视为理想气体。利用上述数据，求298.15K时反应的及Kθ。解：据题意画出如下方框图：CH3OH(l)CH3OH(l)298K，100kPa1molCH3OH(g)298K，100kPa1molCH3OH(l)298K，16.59kPa1molCH3OH(g)298K，16.59kPa1mol△S1△S2△S3△S1≈0△S2=/T=（38.0×103/298.15）J·mol-1·K-1=127.45J·mol-1·K-1△S3={8.314ln（16.59/100）}J·mol-1·K-1=-14.94J·mol-1·K-15-21在高温下水蒸气通过灼热的煤层，按下式生成水煤气：若在1000K及1200K时，Kθ分别为2.505及38.08，试计算此温度范围内平均反应热△rHm及在1100K时反应的标准平衡常数Kθ。解：5-22在100℃下，下列反应的。计算：（1）100℃、总压为200kPa时的离解度；（2）100℃上述反应的；（3）总压为200kPa、离解度为0.1%时之温度，设。解：（1）设的离解度为α（1-α）molαmolαmoln总=（1+α）mol（2）（3），为常数5-23反应在不同温度时的平衡总压如下：t/℃30507090100110p/kPa0.8273.99915.9055.2397.47167.0设反应的与温度无关。求：（1）上述反应的；（2）lg（p/kPa）与T的函数关系式；（3）的分解温度。解：（1）题目给反应的由题目给数据算出1/T及对应的lg（p/atm）列表如下：（K/T）1033.2993.0952.9142.7542.6802.610p/kPa0.8273.99915.9055.2397.47167.0lg（p/kPa）-0.08250.60201.20141.74221.98892.2227以lg（p/kPa）对（K/T）103作图：由图可见，直线的斜率为m=(2)取图中的T、p值代入上式，可以算出：=10.899；故（3）p=101.325kPa时对应的T称为的分解温度5-24在454～475K温度范围内，反应的标准平衡常数Kθ与T的关系式如下：已知473K时乙醇的。求乙酸乙酯的。解：题目给反应的在454～475K温度范围内与T无关;5-25已知下列数据物质Cp，m/（J·mol-1·K-1）=a+b（T/K）+c（T/K）2ab×103c×106CO（g）-110.52197.6726.5377.6831-1.172H2（g）0130.6826.884.347-0.3265CH3OH（g）-200.7239.818.40101.56-28.68求反应的lgKθ与T的函数关系式及300℃时的Kθ。解：根据题目给的数据，计算如下：△a=(18.40-26.537-226.88)J·mol-1·K-1=-61.897J·mol-1·K-1△b=(101.56-7.6831-2×4.347)×10-3J·mol-1·K-1=85.183×10-3J·mol-1·K-1△c=(-28.68+1.172+2×0.3265)×10-6J·mol-1·K-1=-26.855×10-6J·mol-1·K-1将（298K）、△a、△b及△c值带土上式后可得将此式代入下式中积分可得将、R、△a、△b及△c值代入上式，并换成常用对数，整理后可得当T=573.15K时由上式可得=-3.5376所以Kθ=2.90×10-45-26反应的与T的关系如下求：（1）2000K时此反应的、；（2）此反应在2000K、101.325kPa下平衡混合物中的摩尔分数。解：（1）当T=2000K时（2）上述方程式的形式简单，可用累试法求其近似根，因摩尔分数y小于1，故可先从0.5试起，结果可得y=0.30535-27工业上用乙苯脱氢制苯乙烯如反应在900K下进行，其Kθ=1.51。试分别计算在下述情况下，乙苯的平衡转化率：（1）反应压力为100kPa时；（2）反应压力为10kPa时；（3）反应压力为101.325kPa，且加入水蒸气使原料气中水与乙苯蒸气的物质的量之比为10∶1时。解：（1）初始物质的量1mol00平衡物质的量（1-α）molαmolαmoln总=（1+α）mol（2）解得α=96.8%（3）n总=（11+α）mol5-28在一个抽空的烧瓶中放很多的NH4Cl（s），当加热到340℃时，固态NH4Cl仍然存在，此时系统的平衡压力为104.67kPa；在同样的情况下，若放入NH4I（s），则量得的平衡压力为18.846kPa，试求固态NH4Cl和固态NH4I的混合物在340℃时的平衡压力。假设HI不分解，且此二盐类不形成固溶体。解：以上三式联立求解得：=1.68kPa，=51.8kPa于是p总==106.96kPa5-29已知25℃水溶液中甲酸HCOOH和乙酸HAc的标准离解常数分别为1.82×10-4和1.74×10-5。求下列溶液中氢离子的质量摩尔浓度b（H+）。（1）b=1mol·kg-1的甲酸水溶液；（2）b=1mol·kg-1的乙酸水溶液；（3）质量摩尔浓度均为b=1mol·kg-1的甲酸和乙酸混合溶液。计算结果说明什么。解：（1）b=1m