第五版物理化学第五章习题答案

第五章 化学平衡

5.1

在某恒定的温度和压力下，取 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的A(g)进行如下化学反应

间达化学平衡。

5.2 已知四氧化二氮的分解反应

θ

－1

在298.15 K时，ΔrGm=4.75kJ mol。试判断在此温度及下列条件下，反应进行的方向。

（1） N2O4(100 kPa), NO2(1000 kPa); （2） N2O4(1000 kPa), NO2(100 kPa); （3） N2O4(300 kPa), NO2(200 kPa); 解：由Jp进行判断

θ

ΔrGm4.75×103

K＝exp(－)=exp(－)=0.1472

RT8.314×298.15

5.3 1000 K时，反应

θ

－1

的ΔrGm=19.397kJ mol。现有与碳反应的气体混合物，其组成为体积分数

，，。试问：

（1）T = 1000 K，p = 100 kPa时，ΔrGm等于多少，甲烷能否形成？ （2）在1000 K下，压力需增加到若干，上述合成甲烷的反应才可能进行。

5.4 已知同一温度，两反应方程及其标准平衡常数如下：

求下列反应的K 。

解：所给反应 = (2)－(1)，因此

ΔGθθθ

rm=ΔrGm.2－ΔrGm，1

RTlnK RTlnK lnK

2 ( RT1)

K

K2

K

1

5.5 已知同一温度，两反应方程及其标准平衡常数如下：

求下列反应的。

解：所给反应 = 2×(2)－(1)，因此

θθθ

ΔrGm=2ΔrGm－ΔG.2rm，1

RTlnK 2RTlnK2 ( RTlnK1)

K

(K2)2K1

注：平衡组成的计算关键是物料衡算。

5.6 在一个抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫，若它们之间没有发生反应，则在375.3 K时的分压分别为47.836 kPa和44.786 kPa。将容器保持在375.3 K，经一定时间后，总压力减少至86.096 kPa，且维持不变。求下列反应的K θ。

解：反应各组分物料衡算如下

因此，

5.7 使一定量摩尔比为1:3的氮、氢混合气体在1174 K，3 MPa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20 cm3盐酸吸收氨。用气量计测得剩余气体的体积相当于273.15 K，101.325 kPa的干燥气体（不含水蒸气）2.02 dm3。原盐酸溶液20 cm3需用浓度为52.3 mmol·dm-3的氢氧化钾溶液18.72 cm3滴定至终点。气体通过后只需用同样浓度的氢氧化钾溶液15.17 cm3。求1174 K时，下列反应的

。

5.8 五氯化磷分解反应

在200℃时的

，计算：

（1）200℃，200 kPa下PCl5的解离度。

（2）摩尔比为1:5的PCl5与Cl2的混合物，在200℃，101.325 kPa下，求 达到化学平衡时PCl5的解离度。

解：（1）设200℃，200 kPa下五氯化磷的解离度为α，则

5.9 在994 K，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)。

出来的平衡气体中氢的体积分数气体中一氧化碳的体积分数

。在同一温度，若用CO还原CoO(s)，平衡后

。求等物质的量的一氧化碳和水蒸气的混合物在

994 K下，通过适当催化剂进行反应，其平衡转化率为多少？ 解：两还原反应的化学计量式分别为

一氧化碳与水蒸气的反应

显然，(3) = (2) – (1)，因此

设一氧化碳和水蒸气的物质的量分别为n，平衡转化率为 ，则

因此，

内的压力为66.66 kPa。

5.10 在真空的容器中放入固态的NH4HS，于25℃下分解为NH3(g)与H2S(g)，平衡时容器（1） 当放入NH4HS时容器内已有39.99 kPa的H2S(g)，求平衡时容器中的压力。 （2） 容器内原有6.666 kPa的NH3(g)，问需加多大压力的H2S，才能形成NH4HS 解：反应的化学计量式如下

5.11 现有理想气体反应

（1） 求此反应的K θ。

（2） 开始时，A为1mol，B为2mol。

（3） 开始时，A为1mol，B为1mol，C为0.5 mol。 （4） 开始时，C为1mol，D为1mol。 分别求反应达平衡时C的物质的量。 解：（1）

开始时，A与B均为1 mol，25℃下，反应达到平衡时，A与B的物质的量各为(1/3) mol。

（2）

（3）

（4）

5.12 将1mol的SO2与1 mol O2的混合气体，在101.325 kPa及903 K下通过盛有铂丝的玻璃管，控制气流速度，使反应达到平衡，把产生的气体急剧冷却，并用KOH吸收SO2及SO3。最后量得余下的氧气在101.325 kPa，273.15 K下体积为13.78 dm3，试计算下列反应在903 K时的

及

。

解：平衡时反应掉的O2为

因此，平衡时各组分的物质的量为

n总＝1.615mol

0.77p

θ

1.615pθ

K==5.39

0.615p0.50.23p( θ) θ1.615p1.615p

5.13 383.3 K，60.483 kPa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体分子摩尔质量的1.520

倍。假定气体分子中只含有单分子及双分子。求下列反应的

。

解：醋酸单体分子摩尔质量为 物质的量分别为

，则

，设单分子及双分子 的

求FeO(s)的分解压。已知同温度下

5.14 （1）在1120 C下用H2还原FeO(s)，平衡时混合气体中H2的摩尔分数为0.54。

（2） 在炼铁炉中，氧化铁按如下反应还原：

求1120 C下，还原1 mol FeO需要CO若干摩尔？已知同温度下

解：（1）各反应计量式如下

显然，（3）=（1）+（2）

（2）氧化铁还原反应

显然，

因此所需CO(g)的物质的量为1 + 2.38 = 3.38 mol。 5.15 求下列反应在298.15 K下平衡的蒸气压。

已知298.15 K下个物质的标准摩尔生成吉布斯函数

如下。

解：

1

解： C O2 N2 2H2 CO(NH2)2

2

rHm [ 393.51 0 0 2( 285.83) ( 631.66)]kJ mol 1

333.51kJ mol 1 fHm[CO(NH2)2]

1

rSm [104.6－（5.74＋ 205.14＋191.6＋2 130.68)]J K 1 mol 1

2

458.67J K 1 mol 1

rGm rHm T rSm [ 0.333－298.15 ( 456.67)]kJ mol 1

197.35kJ mol fGm[CO(NH2)2]

1

CO2(g) 2NH3(g) 2H2O(g) CO(NH2)2(s)

rGm [ 179.35 (－228.57)－2 ( 16.5)－（－394.36）]kJ mol 1

1.44kJ mol

1

rGm1.44 1000

lnK － － －0.58

RT8.314 298.15

K ＝0.56

θ

ΔGrmθ

利用lnK=－计算

RT

θ

ΔGrmθ

利用lnK=－计算

RT

θ

ΔrHmT2－T1