冶金工业出版社物理化学第三章习题解答

Anhui University of technology, School of Metallurgy & Resource Chapter 3 Chemical Equilibrium

第三章 化学平衡（Chemical Equilibrium）?

2．在457K，100kPa时，二氧化氮按下式离解5％：2NO2?2NO?O2 求此温度下反应的Kp和Kc。

解：此反应为恒温恒压反应：2NO2?2NO?O2

设NO2起始时的物质的量为nNO2，则0.05nNO2分解生成的NO和O2的物质的量分别为

nNO?0.05 nNO2，nO2?0.025nNO2，平衡时体系的物质总量为1.025nNO2

各组分的分压分别为：

pNO2?0.95?0.05??p?0.927p?，pNO??p?0.0488p?，pO2?(1?0.927?0.0488)p??0.0242p? 1.0251.0250.04882?0.0242?vi?53?5?p?6.706?10?101.3?10?6.794(Pa)故Kp?，， K?6.706?10x20.927Kc?KP?(103RT)?

3..由甲烷制氢的反应为：CH4?g??H2O?g??CO?3H2

已知1000K时K=25.56。若总压为400kPa，反应前体系存在甲烷和水蒸气，其摩尔比为1：1，求甲烷的转化率。

解：设反应前甲烷的摩尔数为nCH4，转化率为?。则反应前体系总摩尔数n前?2nCH4，反应后体系的总

摩尔数为

n后＝2nCH（－1?）＋nCH4?＋3nCH4?＝2nCH（＋1?）44且CH4，H2O，CO，H2的物质的量分别为：nCH4(1??)，nCH4(1??)，nCH4?，3nCH4? 四种气体的摩尔分数分别为：

?vi?6.794?(103?8.314?457)?1?1.788?10?6(mol/L)

xCH4?1??1???3?，xH2O?，xCO?，xH2?

2(1??)2(1??)2(1??)2(1??)选取体系压力平衡常数KP

27p2?4Kp??p??

xCH4?xH2O4(1??2)22总3xCO?xH2又

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Kp?K?(p?)?vi?K?(p?)2?25.56?(101.3?103)2

?101.3?103??? ?2.79??所以223??(1??)?400?10?42?2?0.5 21??解得??0.577， 即转化率为57.7％

4.将含有50％CO，25％CO2，25%H2的混合气体通入900℃的炉子中，总压为200kPa。试计算平衡气相的组成。已知反应

CO2?H2?H2O?g??CO K1173K?1.22 解：解：CO2 + H2 = H2O(g) + CO

0.25 0.25 0 0.50

0.25-x 0.25-x x 0.50+x (0.25-x)P总 (0.25-x)P总 x×P总 (0.50＋x)P总

0.5?0x??x?0.5x0?x2 K?1.2?2?220.062?50.x?5x05x??0.2? x=0.07

H2O(g) 7% CO 57%

H2 18% CO2 18%

6. 1500K时，含10％CO，90%CO2的气体混合物能否将Ni氧化成NiO？已知此温度下：

1?Ni?O2?NiO ?G1??112050J?mol?1

21?C?O2?CO ?G2??242150J?mol?1

2?C?O2?CO2 ?G3??395390J?mol?1

?解：Ni氧化成NiO的反应方程式为 Ni?CO2?NiO?CO ?G4

于是?G4??G1??G2??G3?=3599703J/mol 41190J?mol根据 ?G?3599703?8.314?1500?ln∴不能氧化

?????1?3572301?0 9

7.在1000℃时加热钢材，用H2作保护气氛时，H2/ H2O不得低于1.34，否则Fe要氧化成FeO。如在同样条件下改用CO作保护气氛，则CO/ CO2应超过多少才能起到保护作用？已知此温度下反应：

CO?H2O?g??CO2?H2 K?0.647

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解：Fe?H2O?g??FeO?H2，KT1?KP?Kx?1.34

CO?H2O?g??CO2?H2，KT2?0.647

上面两式相减，得Fe?CO2?FeO?CO，KT3

lnKT3?lnKT1?lnKT2KT3 KT11.34???2.07KT20.647CO?2.07才能起到保护作用。 CO2

8.求1000K时Fe3O4分解成FeO的分解压。已知此温度下两个反应：

①Fe3O4?H2?3FeO?H2O(g) 的平衡气相中含H2O60.3％；

1O2?H2O(g)， K1000k?7.95?109。 20.603?1.519 解：求反应Fe3O4?H2?3FeO?H2O的平衡常数，K1?0.3971已知H2?O2?H2O，K2?7.95?109

2②H2?上面两式子相减③＝①－②，得Fe3O4的分解反应

1KFe3O4?3FeO?O2， K3?1?1.911?10?10

2K2??1025?15P?K?P?(1.911?10)?1.01?10?3.688?10?Pa? O22

12.反应2SO2?O2?2SO3在727℃时的K = 3.45。求此反应在827℃时的K。在此温度范围内，反应热效应可视为常数：?Hm??189100J?mol?1

解：727℃时，?Gm,727??Hm,727??727?273??Sm,727

?????设?Hm与?Sm都为常数（在727℃～827℃范围内）

??G727??RTlnK??8.314?1000?ln3.45??10.296?KJ?mol?1?

已知?H727??189100J?mol 所以?S727????1?189.100?10.296??0.179?KJ?mol?1?

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827℃时吉布斯自由能变：

????G827??H727??827?273??S727??189.100?1100?0.179?7.8?KJ?mol?1?

lnK827

???G827?7.8?103????0.853， 最后得K827?0.426

RT8.314?1100?13. 641K时反应MgCO3 = MgO + CO2的K为1，298K时反应的?Hm?116520J?mol?1。

若?Cp??3.05J?时MgCO3的分解压。 K?1?mol?1，求该反应lgK与T的关系式以及300℃

??Hdlnkm,T?解：其意思是考虑到?Hm是温度的函数，并且依据公式进行解题。 ?,T2dTRT利用基尔戈夫定律可知，?Hm,T??Hm,298?得到：

???T298带入上式（等压方程），?CpdT?117428.9?3.05T，

dlnk?Hm,T??dTRT2???Hm?CpdT,298??TRT2982?117428.9?3.05T

RT2上式变形，然后进行积分（既可以选择不定积分，也可以选择定积分，这里采用定积分）

117428.9?3.05TdT2?K641614RT

117428.9113.05lnK?lnK641??(?)?(lnT?ln641)RT641RKdlnK??T由已知条件可知，641K时平衡常数K641?1，代入上式：

?14124.24?22.035?0.36685lnT?2.371T?14124.24 lnK??0.36685lnT?24.406T?6132.97lgK??0.15929lnT?10.60TlnK?ln1?当T = 573K时：lgK???6132.97?0.15929ln573?10.60??1.115

573故 K?pCO2/p?0.0767， pCO2?0.0767?101.3?7.77(kPa)

14．参见例题3－14

CaCO3=CaO+CO2

Cp(CaCO3)=104.5+21.92*10-3T-25.94*105T-2; Cp(CaO)=49.62+4.52*10-3T-6.95*105T-2;

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Cp(CO2)=44.14+9.04*10-3T-8.54*105T-2; ∴⊿C=-10.74-8.36*10-3T+10.45*105T-2

⊿H=H(CaO)+H(CO2)-H(CaCO3)=-634.29-393.52+1206.87=179.06kJ=179060J ⊿H-⊿H0=-10.74T-4.18*10-3T2-10.45*105T-1 带入数值

179060-⊿H0=-10.74*298-4.18*10-3(298)2-10.45*105(298)-1 ∴⊿H0=186138.43J ∴

?H0?a?b?c?222388.55?lnT?T?T?I???1.29lnT?5.03?10?4T?62845.80T?2?IRTR2R2RT?129900lnK????52.43

8.314?298lnK???∴

I??52.43?22388.55?1.29ln298?5.03?10?4?298?62845.80?298?2??52.43?75.13?0.15?0.71?29.5298当T=1000K时；

?H0?a?b?c?222388.55?lnT?T?T?I???1.29ln1000?5.03?10?4?1000?62845.80?1000?2?29.RTR2R2R1000PCO2??2.24?lnP?∴PCO2=10.78KPa lnK???15.竖炉炼锌的总反应为：ZnO?s??C?CO?Zn?g?

设体系中没有其它气体，求总压为101.3kPa时反应的开始温度。已知：

2Zn?g??O2?2ZnO?s? ?G1???921740?395T/K?J?mol

??1 2C?O2?2CO ?G2???232600?167.8T/K?J?mol

??1?解：Zn(s)?C?CO?Zn(g) ?G3

反应（3）＝1/2反应（2）－1/2反应（1）

??G3?11???G2??G1＝344570-281.4T，且p=pθ，代入下式中 222?p/2???G3??G3?RTln???

?p??1?得，?G3?344570?281.4T?RTln??＝344570-292.93T=0

?2?所以，T＝344570/292.93＝1176.28K，即温度t＝903℃

17．已知C2H4，C2H6和H2在25℃时的燃烧热分别为-1387.4，-1541.4和-241.8kJ·mol-1。S???219.8，CH，298K?242 3 - 5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5db2.html