大学无机化学课后习题解析第二章

第2章 化学反应的方向、速率和限度

习题参考答案

1.解：?rH?m = ?3347.6 kJ·mol?1;??rSm = ?216.64

J·mol?1·K?1;??rGm = ?3283.0 kJ·mol?1 ＜ 0

该反应在298.15K及标准态下可自发向右进行。 2.解：

?rG?m = 113.4 kJ·mol?1 ＞ 0

该反应在常温(298.15 K)、标准态下不能自发进行。 （2）

??1?rH?m = 146.0 kJ·mol;?rSm = 110.45

J·mol?1·K?1;??rGm = 68.7 kJ·mol?1 ＞ 0

该反应在700 K、标准态下不能自发进行。 3.解：??rH?m = ?70.81 kJ·mol?1 ;?rSm = ?43.2

J·mol?1·K?1;??rGm = ?43.9 kJ·mol?1

（2）由以上计算可知： ?1

?rH?m(298.15 K) = ?70.81 kJ·mol?;?rSm(298.15

K) = ?43.2 J·mol?1

·K?1

??rG?m =

?rHm ? T ·

??rSm ≤ 0 ? T ≥

?rHm(298.15 K)?? K) = 1639 K

rSm(298.154.解：（1）

Kc =

c (CO) ? c (H2) ?3

c (CH4) c (HKp =

2O)p (CO) ? p (H32) ?p (CH4) p (H

2O) K? =

?p (CO) / p??? p (H32) / p? ??p (CH4)/p??? p (H2O) / p?? 2）

K?13 （c (N2 ? c (H2) ?2c =

2)? Kc (NH)p =

3 ?13p (N2)?2 ? p (H2) ?2

p (NH3) 1?? K? =

?p (N2)/p?2 ? p (H2)/p ?32?

p (NH3) /p （3）Kc =c (CO2)

Kp =p (CO2)

K? =p (CO2)/p?

? c (H33 （4）K2O) ? ? p (H2O) ?c =

?K c (H2) ?3 p =

?

p (H2) ?3 K?=

? p (H?2O)/p ?3

? p (H2)/p? ?35.解：设?rH?m、?rS?m基本上不随温度变化。

??rGm =

?rH?m ? T ·

?rS?m ??rGm(298.15 K) = ?233.60 kJ·mol?1 ??rGm(298.15 K) = ?243.03 kJ·mol?1

lgK?(298.15 K) = 40.92, 故 K?(298.15 K) =

8.3?1040

lgK?(373.15 K) = 34.02,故 K?(373.15 K) =

1.0?1034 6.解：（1）

?rG?m=2?G?fm(NH3, g) = ?32.90 kJ·mol?1 ＜

0

该反应在298.15 K、标准态下能自发进行。

（2） lgK?(298.15 K) = 5.76, K?(298.15 K) =

5.8?105 7. 解：（1）

??rGm(l) = 2??fGm(NO, g) = 173.1 kJ·mol?1

?lgK?fGm(1)1=

??2.303 RT = ?30.32, 故

K?1=

4.8?10?31

（2）???rGm(2) = 2?fGm(N2O, g) =208.4 kJ·mol?1

?lgK?2=

??fGm(2)2.303 RT = ?36.50, 故

K?2=

3.2?10?37

（3）???rGm(3) = 2

?fGm(NH3, g) = ?32.90

kJ·mol?1

lgK?53= 5.76, 故

K?3= 5.8?10

由以上计算看出：选择合成氨固氮反应最好。

8.解：?G??rm =

?fGm(CO2, g) ?

?fG?m(CO, g)?

??fGm(NO, g)

= ?343.94 kJ·mol?1< 0，所以该反应从理论

上讲是可行的。 9.解: ??rH?m(298.15 K) =

?fHm(NO, g) = 90.25

kJ·mol?1

??1rSm(298.15 K) = 12.39 J·mol?·K?1

?G?m(1573.15K)

≈

??rrHm(298.15 K)

?1573.15??rSm(298.15 K)

= 70759 J ·mol?1

lgK?(1573.15 K) = ?2.349, K?(1573.15 K) =

4.48?10?3

10. 解： H2(g) + I2(g) 2HI(g)

平衡分压／kPa 2905.74 ?χ 2905.74 ?χ 2χ

(2x)2(2905.74?x)2= 55.3

χ= 2290.12

p (HI) = 2χkPa = 4580.24 kPa

n =

pVRT?y 0.25 +

K0.102?y

mol·L?1 = 0.62mol· L?1

= 3.15 mol

= c(0.25?y)(0.30?y)(0.10?y)11.解：p (CO) = 1.01?105 Pa, p (H2O) = 2.02?105 Pa p (CO2) = 1.01?105 Pa, p (H2) = 0.34?105 Pa

CO(g) + H2O(g) ? CO2(g)

+ H2(g)

起始分压／105 Pa 1.01 2.02 1.01 0.34

(T不变，Kc不变)

y?=0.01

mol·L?1，

(PCl5) = 68%

（3） PCl5(g) ?

PCl3(g) + Cl2(g)

平衡浓度／(mol·L?1) 0.35?z

J = 0.168, Kp= 1＞0.168 = J,故反应正向进行。

12.解：（1） NH4HS(s) ? NH3(g) + H2S(g)

平衡分压/kPa x

x

K?=?p (NH?3) / p?? p (H2S) / p? ?=

0.070

则

x= 0.26?100 kPa = 26 kPa

平衡时该气体混合物的总压为52 kPa

（2）T不变，K?不变。

NH4HS(s) ? NH3(g) + H2S(g)

平衡分压/kPa

25.

y y

K?=（?25.3 ? y) / p??? y / p? ? = 0.070

y= 17 kPa

13.解：（1） PCl5(g) ?

PCl3(g) + Cl2(g)

平衡浓度／(mol·L?1)

0.70?0.502.0 0.502.0

0.502.0

K(PCl3)c(Cl2)c =

cc(PCl5 ) =

0.62mol· L?1， ?(PCl5) = 71%

PCl5(g) ? PCl3(g) +

Cl2(g)

平衡分压 0.20RTV 0.5

RTV 0.5

RTV

K?=

?p (PCl p (Cl?3)/p??? 2 )/p ??p (PCl5) /p??

= 27.2

（2） PCl5(g) ? PCl3(g) + Cl2(g)

新平衡浓度／(mol·L?1) 0.10 + y 0.25

z 0.050 +z

K050?z)z?1c=

(0.0.35?z= 0.62 mol·L

z= 0.24 mol·L?1，?(PCl5) = 68%

比较(2)、(3)结果，说明最终浓度及转化率只与始、终态有关，与加入过程无关。

14.解： N2(g) + 3H2(g) ?

2NH3(g)

平衡浓度／(mol·L?1) 1.0 0.50 0.50

KNH23)?c=

?c(c(N32)?c(H2)?

=2.0(mol · L?1)?2

若使N2的平衡浓度增加到1.2mol· L?1，设需从容器中

取走x摩尔的H2。

N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

新平衡浓度／(mol·L?1) 1.2 0.50+(3?0.2) ?x 0.50?2?0.20

(0.50?2?0.20)2K?2c=

1.2?(0.50?3?02?x)3(mol · L?1)=

2.0(mol · L?1)?2

x=0.94

15. 解：（1）α（CO）=61.5%;（2）α（CO）=86.5%; (3)说明增加反应物中某一物质浓度可提高另一物质的转化

率

;增加反应物浓度，平衡向生成物方向移动。

16.解： 2NO(g) + O2(g)

2NO2(g)

平衡分压／kPa 101?79.2 = 21.8 286 ? 79.2／2 = 246 79.2

2K?（673K）=

?p(NO2)/p???p(NO)/p??2?p(O2)/p??= 5.36

???rGm=

?2.303RTlgK，?G?rm(673 K) = ? 9.39

kJ·mol?1

17.解：

??rGm(298.15 K) = ?95278.54 J·mol?1

?rG?m(298.15 K) = ?rH?m(298.15 K) ? 298.15

K·

??rSm(298.15 K) ?rS?m(298.15 K) = 9.97 J·mol?1·K?1，??rGm(500 K)

≈?97292 J·mol?1

lgK?(500 K) = 0.16， 故

K?(500K)=1.4?10

10

或者

lnK?2≈

?rH?m(298.15K)??T2?T1????，

K1R??T1T2?K?(500 K) = 1.4?1010

18.解：因??rGm(298.15 K) =

??rGm(1) +??rGm(2) =

?213.0 kJ·mol?1 <0, 说明该耦合反应在上述条件可自发进行。

上接第三章…….

K??{c(H+)}2c(S2)-c(HS)-{c(Cu2+??)}{c(H2-2S)}c(S)c(HS)-

???20?Ka(1)?Ka(2)

K??36sp(CuS)?1.4?106.3?10?2.2?1015

(0.30)2?2.2?10?50.10x

x = 4.1×10-16 c(Cu2+) = 4.1×10-16mol·L-1

故残留在溶液中的Cu2+有4.1×10-16mol·L-1×0.10L×63.546g·mol-1 = 2.6×10-15g 19．解：（1）c(Fe3+) = c(Fe2+) ≈ 0.010mol·L-1 若使Fe3+开始产生沉淀，则

3c(OH-)＞K?sp(Fe(OH)3)c(Fe3+)39?2.79?10?3mol?L-1

0.010?6.5?10?13mol?L-1pH = 14.00-12.19 = 1.81

（2）Fe(OH)3沉淀完全，要求c(Fe3+) ≤ 10-5mol·L-1，则

3c(OH-)?K?sp(Fe(OH)3)c(Fe3+)3

39?2.79?10?-11.0?10?5mol?L

?6.5?10?12mol?L-1pH =2.81

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