第六章（天大）相平衡习题及解答

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1.Ag2O分解的计量方程为Ag2O(s)=2Ag(s)+2O2(g)，当用Ag2O进行分解时，体系的组分数、自由度和可能平衡共存的最大相数各为多少？

解此题S=3，R=1，C=S-R-R′=3-1-0=2，Φ=3，

f=C-Φ+2=2-3+2=1。

可能平衡共存的最大相数：当f=0时Φ最大=4。

2.指出以下各体系的独立组分数、相数和自由度数各为若干？

(1)NH4Cl(s)在抽空容器中部分分解为NH3(g)和HCl(g)达平衡。(2)NH4Cl(s)在含有一定量NH3(g)的容器中，部分分解为NH3(g)和HCl(g)达平衡。

(3)NH4HS(s)和任意量的NH3(g)和H2S(g)混合达到平衡。(4)C(s)与CO(g)，CO2(g)，O2(g)在973K时达到平衡。解（1）NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)C=S-R-R′=3-1-1=1，Φ=2，f=C-Φ+2=1-2+2=1。

（2）在上述体系中参与一定量NH3(g)，设为p0(NH3)，设平衡后分解出的氨气压力为p，则平衡时(p0+p)p=K?，温度为定值时，p0和K?都为定值，p可以求出，说明自由度数仍为1，即浓度限制条件依旧成立。

R′=1，C=S-R-R′=3-1-1=1，Φ=2，f=C-Φ+2=1-2+2=1。

（3）NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)

1C=S-R-R′=3-1-0=2，Φ=2，f=C-Φ+2=2-2+2=2。

（4）C(s)+2O2(g)=CO(g),CO(g)+2O2(g)=CO2(g)

C=S-R-R′=4-2-0=2，Φ=2，

f*=C-Φ+1=2-2+1=1。

3.在制水煤气的过程中，五种物质：H2O(g)、C(s)、CO(g)、H2(g)和CO2(g)相互建立如下三个平衡：H2O(g)+C(s)=CO(g)+H2(g)CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)CO2(g)+C(s)=2CO(g)该体系的独立组分数为多少？解给上述三个反应式编号

H2O(g)+C(s)=CO(g)+H2(g)（1）CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)（2）CO2(g)+C(s)=2CO(g)（3）发现（3）式减去（2）式等于（1）式，所以独立的化学平衡数R=2。C=S-R-R′=5-2-0=3。

4.已知Na2CO3(s)和H2O(l)可以组成的水合物有Na2CO3·H2O(s)、Na2CO3·7H2O(s)和Na2CO3·10H2O(s)

(1)在101.325kPa与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的含水盐最多

可有几种？

(2)在298.15K时与水蒸气平衡共存的含水盐最多可有几种？解当无含水盐生成时，S=2，C=S=2，当有含水盐生成时，每增加

11一种含水盐就增加一个化学平衡条件，C不变，现有三种含水盐生成就增加三个化学平衡条件，C仍不变。

（1）在恒压下：f*=C－Φ+1=3－Φ，f*最小为零，Φ最多为3相。现已有Na2CO3水溶液及冰两相，故最多还能有一种含水盐平衡共存；

（2）在恒温下：f*=C－Φ+1=3－Φ，f*最小为零，Φ最多也为3相。故与水蒸气平衡共存的含水盐最多只能有两种。5.CaCO3(s)在不同温度下达到分解平衡，这时CO2(g)的压力为T/KpCO27738739731073117012731373/Pa9.724529592.23×1041.01×1053.92×1051.17×108（1）绘出p－T图，指出各区中的相。

（2）若在不含CO2的空气中CaCO3，在常温下能否分解？（3）若在一个带盖的坩埚中加热（设压力与外界相等，但空气

不能进入坩埚），问在什么温度下能完全分解？

（4）烧生石灰时，若窑中气体不与外界对流，为了使CaCO3

不断分解，窑的温度应如何调解？

（5）若用焦炭作燃料，通入空气的量能使所有焦炭燃烧为

CO2，燃烧后的气体从窑顶逸出，在这种状况下窑的温度应维持在多少度？

解（1）绘制CaCO3(s)的分解温度和分解压力的关系图见右下图。图中曲线即为CaCO3(s)分解

CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

5题图达平衡时的三相共存线。在区域Ⅰ中，当温度恒定时，CO2(g)的压力大于分解平衡时的压力，此时分解反应向左移动，CaO(s)全部转化为CaCO3(s)，为CaCO3(s)和CO2(g)两相共存。在区域Ⅱ中，当温度恒定时，CO2(g)的压力小于分解平衡时的压力，此时分解反应向右移动，CaCO3(s)全部分解为CaO(s)和CO2(g)，为CaO(s)和CO2(g)两相共存区。

（2）若在不含CO2的空气中加热CaCO3，温度略小于800K即开始分解。在常温下理论上可以分解，但分解的量极少，宏观上很难观测出来。

（3）假设坩埚没有重量，需要pCO=p?时才能使其开始分解，

2若要完全分解，必需使pCO>p?，此时温度必需大于1170K。

2（4）窑内空气中含量可忽略不计，开始时温度略小于800K即开始分解。由于窑内空气不与外界对流，窑内pCO逐渐增大，其分

2解温度也不断升高。再窑壁强度允许的前提下，应提高窑内温度才能使CaCO3不断分解。

（5）空气中氧的分压为0.21×p?=21278Pa,C(s)+O2(g)=CO2(g),窑中CO2(g)分压也为21278Pa，相应于该压力的平衡温度从图中可见为1050K左右。所以窑中将维持温度在1100K左右。

6.寻常在大气压力为101.3kPa时，水的沸点为373K。而在海拔很高的高原上，当大气压力降到66.87kPa时，这是水的沸点为多少？已知

?VapHm(298K,H2O)

?为

40.67kJ·mol-1。并设其与温度无关。

解

ln?vapHm?1p21???ln????p1R?T1T2??

?1?1?166.87kPa101.325kPa?40670J?mol8.314J?K?mol?11???????373KT2??

T2=361.7K

6.氧化银Ag2O分解时，在不同温度的氧气压力为

T/K

pO2/kPa40110.1

41720.3

44350.7

463486

101.3202.6

（1）在空气中加热银粉，使问在413K和423K时，是否会有Ag2O生成。

（2）如何才能使氧化银加热到423K时而不分解？

解绘制p－T图，得氧化银分解时的曲线。曲线左上方为Ag2O（s）和O2(g)的稳定区，由于在该区域中

16题图氧的压力大于氧化银分解平衡时氧的压力。使平衡左移，Ag（s）全部氧化为Ag2O（s）。曲线右下方为Ag（s）+2O2(g)的稳定区，由于在该区域中氧的压力小于氧化银分解平衡时氧的压力。使平衡右