物理化学第四章课后习题

习题1 有理想气体反应2SO2 ( g ) O2 ( g ) 2SO3 ( g )在1000 K时，K 3.45。试求算SO2、O2 和SO3的分压分别为2.03 104 Pa、 104 Pa和1.01 105 Pa的混合气中，发生上述反应的 1.01 r G m , 并判断反应能够进行的方向。若SO2 及O2的分压仍分别为2.03 104 Pa及1.01 104 Pa ,为使反应正向进行，SO3的分压最大不得超过多少？ 解 Qp ( pSO3 / p ) 2 ( pSO2 / p ) ( pO 2 / p ) Qp K 2

245.1

r G m =RT ln

3.54 104 J .mol 1

由于( r G m), p 0, 故反应逆向进行。欲使反应正向进行必须Q p K , 即 T pSO3 pSO2 ( pO2 K p

)1/2 1.20 104 Pa

习题16 298K时有酯化反应： C2 H 5OH (l ) CH 3COOH (l ) CH 3COOC2 H 5 (l ) H 2O (l ) 设反应系统为理想液态混合物，已知纯液态C2 H 5OH、CH 3COOH 、CH 3COOC2 H 5和H 2O在 298K时的标准生成吉布斯函数分别为-174.8、 -382.0、 -315.5、 -237.2kJ .mol 1 , 试求算此反应的 标准平衡常数K 。 解 r Gm f Gm (CH 3COOC2 H 5 ) f Gm ( H 2O) f Gm (C2 H 5OH ) f Gm (CH 3COOH ) 4.1kJ .mol 1 K exp[ r Gm / ( RT )] 0.191

习题20 将CO2和CF4的气体混合物通过1000℃的盛有铂催化剂的高温炉。将反应达到平衡 后流出的气体冷却，取在0℃及标准压力时体积为524cm 3的该气体与Ba (OH ) 2 溶液反应，以 全部吸收COF2 及CO2: 2 Ba (OH ) 2 +COF2 =BaCO3 2 H 2O BaF2 Ba (OH ) 2 CO2 BaCO3 H 2O 此时气相中剩余的CF4在0℃及标准压力时的体积为191cm 3。再使Ba (OH ) 2 溶液中的沉淀物与 乙酸溶液共热，使碳酸盐溶解，余下不溶的BaF2固体，干燥后称量为1.0652 g。依据上述实验 求算1000℃时反应2COF2 (g) CO2 = (g)+CF4 ( g )的K 。已知1000℃时，CO2 (g)和CF4 ( g )的标准 生成吉布斯函数分别为-397.2kJ .mol 1和-489.3kJ .mol 1,试求该温度时COF2 (g)的标准生成吉 布斯函数 f Gm。

解 平衡时： n(CF4 ) p V0 / (273R ) 8.42 10 3 mol n(COF2 ) 1.0652 / 175.33 6.075 10 3 mol V (COF2 ) n(COF2 ) RT / p 138cm 3 n(CO2 ) p (524 138 191) 10 6 / ( RT ) 8.68 10 3 mol K Kn n(CF4 )n(CO2 ) 1.98 n 2 (COF2 )

r Gm RT ln K 7.230kJ .mol 1 f Gm (COF2 ) [ f Gm (CO2 ) f Gm (CF4 ) r Gm ] / 2 439.6kJ .mol 1

习题27 CO2在高温时按下式解离： 2CO2 (g)=2CO( g ) O2 ( g ) 在标准压力及1000 K时解离度为2.0 10-7, K时为1.27 10-4,倘若反应在该温度范围内，反应热效应不随 1400 温度而改变，试计算1000 K时该反应的 r Gm 和 r Sm 各为多少？

解 平衡时

2CO2 (g)=2CO( g ) O2 (g) (1- ) 2 2

n

B

2

3 K (1000 K ) K x = = 4.0 10-21 2 (1- ) + ) (2K (1400 K )=1.024 10-12 1.024 10 12 r H m 1 1 ln ( ) 4.0 10 21 R 1000 K 1400 K r H m 5.63 105 J .mol 1 r Gm (1000 K ) RT ln(4.0 10 21 ) 3.90 105 J .mol 1 r Sm ( r H m r Gm ) /1000 K 173J .K 1.mol 1