第6章练习题

第6章练习题

第6章练习题

班级 姓名 分数

一、计算题 ( 共51题 410分 ) 1. 15 分 (3106) 3106

苯乙烯工业化生产是从石油裂解得到的乙烯与苯作用生成乙苯，在由乙苯直接脱氢而 制得：

C6H5CH2CH3(g) C6H5CH＝CH2(g)＋H2(g)

乙苯直接脱氢的工艺条件为：温度：600～800℃；压力：常压；原料：过热水蒸气与乙苯蒸

气,物质的量比为 9:1 的混合气，已知数据如下： 乙苯(g) 苯乙烯(g) 水(g)

-1

ΔfH$m(298 K)/kJ?mol 29.79 146.9 -241.8 -1 ΔfG $m(298 K)/kJ?mol 130.58 213.8 -228.6 -1 (1)已知 700 K 时,上述乙苯脱氢反应的ΔrG $m＝33.26 kJ?mol，700～1100 K 之间反应-1热效应平均值 ΔrH$m＝124.4 kJ?mol,计算1000 K 时乙苯的理论转化率。

(2)试对本反应为什么采取高温常压，充入惰性气体等工艺条件，做热力学的分析说 明。 (3)用蒸馏法从粗品中分离苯乙烯时，采用什么措施防止或减少其聚合作用。 (4)文献报道，有人建议可用乙苯氧化脱氢的办法来制取苯乙烯 C6H5CH2CH3(g)＋(1/2)O2(g) = C6H5CH＝CH2(g)＋H2O(g) 从热力学角度估算一下，在25℃、标准压力下有无实际的可能性，若可能实现,从理论上来讲比直接脱氢法具有什么优点。

2. 10 分 (3126) 3126

在 323 K 时，下列反应 (a) 和 (b) 的分解压力依次为3.998 kPa 及6.05 kPa， (a) 2NaHCO3(s) = Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) (b) CuSO4·5H2O(s) = CuSO4·3H2O(s) + 2H2O(g)

设气体为理想气体。 (1) 求算 323 K 时反应 (a) 的标准吉布斯自由能变化ΔrG m； (2) 求出 323 K 时，当将 NaHCO3，Na2CO3，CuSO4·5H2O，CuSO4·3H2O的固体放入一真空容器后体系 CO2的平衡分压。

3. 10 分 (3168) 3168

液态Br2在331.4 K时沸腾，Br2(l) 在282.5 K时的蒸气压为13.33 kPa，计算298.15 K 时

1

$第6章练习题

Br2(g)的标准生成吉布斯自由能。

4. 10 分 (2861) 2861

373 K时，2NaHCO3(s) ＝ Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O (g) 反应的K p= 0.231。

(1) 在 10-2 m3的抽空容器中，放入 0.1 mol Na2CO3(s)，并通入 0.2 mol H2O (g)，问最少需通入多少摩尔的 CO2(g) 才能 Na2CO3(s) 全部转变成 NaHCO3(s) ？ (2) 在 373 K，总压为 101 325 Pa 时，要在 CO2(g)及H2O (g)的混合气体中干燥潮湿的 NaHCO3(s)，问混合气体中H2O(g) 的分压应为多少才不致使NaHCO3 (s) 分解？

5. 5 分 (3081) 3081

已知：668 K，101.325 kPa 下反应 COCl2(g) = CO(g) + Cl2(g) 的平衡常数Kp为 4.479 kPa。现将 0.05 mol的 COCl2置于容积为 1 dm3的容器内，温度升到668 K，计算容器中的总压力和解离度?。

6. 15 分 (3373) 3373

CO2与 H2S 在高温下有如下反应： CO2(g)＋H2S(g)＝COS(g)＋H2O(g) 今在 610 K时，将 4.4×10-3 kg 的 CO2加入2.5 dm3体积的空瓶中，然后再注入H2S使总压为1013.25 kPa，平衡后取样分析,其中水的物质的量分数为0.02。同样重复上述实验，但温度维持在620 K，平衡后取样分析，其中含水的物质量分数为 0.03。假定气体为理想气体，试计算：

(1) 在 610 K 时的 K p； (2) 在 610 K 时的ΔrG m； (3) 反应的热效应ΔrH m； (4) 在 610 K 时，在反应器中充入不活泼气体，使压力加倍（保持反应器的体积不变），COS 的产率是增加，减小还是不变？若充入不活泼气体后保持压力不变而使体积加倍，COS 的产率是否受到影响？

7. 10 分 (3332) 3332

将 1:2 的 CO - H2混合气在 500℃，2.53×107 Pa 下通过一高效催化剂，若产物中只有 CH3OH，C2H5OH 及 H2O，试估算平衡时此三物的比例。已知：

CO(g) CH3OH(g) C2H5OH(g) H2O(g) ΔfG m/kJ?mol-1 -137.28 -161.92 -168.62 -228.61 ΔfH m/kJ?mol-1 -110.54 -201.25 -235.31 -241.84

$$$$$$ 2

第6章练习题

如果较精确地计算出平衡时此三物的比例，还需哪些热力学数据？

8. 10 分 (2877) 2877

已知反应C(石墨)+2H2(g) CH4(g)的

-1

ΔrG $m/J?mol= -75 600+52.25(T/K)lg(T/K) -63.35(T/K)。

(1)求1000℃时反应的标准平衡常数K； (2)在1000℃, p?下CH4(g)-H2(g)混合气体(其中CH4体积分数为0.5%)与合金达平衡,求合金中C的百分含量；

(3)在1000℃, p?下，若要合金为石墨饱和,试问混合气中CH4最低压力为多少。1000℃, p?下，Fe-C合金中C的百分含量与活度(以石墨为标准态)的关系如上。

9. 10 分 (2967) 2967

(1) 2NaHCO3(s) = Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) (2) CuSO4·5H2O(s) = CuSO4·3H2O(s) + 2H2O(g)

反应 (1) 和 (2) 在 50℃时的分解压力分别为 p(1) = 4.00 kPa，p(2) = 6.05 kPa若分解反应 (1) 和 (2) 在同一容器内进行，计算 50℃时体系的平衡压力。

*. 10 分 (3163) 3163

为除去氮气中的杂质氧气，将氮气在 101.325kPa 压力下通过 600℃的铜粉进行脱氧： 2Cu(s)＋(1/2)O2(g)＝Cu2O(s) 若气流缓慢能使反应达到平衡，求经此纯化后在氮气中残余氧的体积分数。已知 298 K 时： ΔfHm(CuO2)＝-166.5 kJ?mol-1 S m(CuO2)＝93.72 J?K-1?mol-1 S m(Cu)＝33.47 J?K-1?mol-1 S m(O2)＝205.0 J?K-1?mol-1 反应的 ΔCp＝2.092 J?K-1?mol-1，且不随温度改变。

11. 5 分 (2993) 2993

反应 SO2(g)＋2O2(g)＝SO3(g)的ΔrG m＝(-94 600＋89.6T/K) J·mol-1。

将体积分数为 7% 的 SO2,13% 的 O2及 80% 的 N2的混合气体在催化剂上通过，并 且在一定温度和压力下达平衡, 若体系在 101.325 kPa 压力下的转化率为 90%，求反应 达平衡时的温度。

12. 5 分 (2856)

3

1$$$$$第6章练习题

2856

闪锌矿 (ZnS) 在 1700 K 高温干燥空气流中焙烧时,出口气含 SO2的体积分数 y(SO2) = 7%，试判断焙烧产物是 ZnO 还是 ZnSO4。 已知 1700 K，p?下,各物质的摩尔生成吉布斯自由能为：

ZnO (s) ZnSO4(s) SO2(g) SO3(g) ΔrG $m/kJ?mol -181.167 -394.551 -291.625 -233.886

13. 5 分 (3050) 3050

298 K时，将 NH4HS(s) 放入抽空瓶中，NH4HS(s) 依下式分解

NH4HS(s) = NH3(g) + H2S(g) 测得压力为 66.66 kPa，求 K p和 Kp值。若瓶中原来已盛有 NH3(g)，其压力为40.00 kPa，试问此时瓶中总压应为若干？

14. 15 分 (3375) 3375

设在某一定温度下，有一定量的 PCl5(g) 在标准压力 p?下的体积为1 dm3，在此情况下，PCl5(g)的解离度设为50%,通过计算说明在下列几种情况下,PCl5(g)的解离度是增大还是减小。

(1) 使气体的总压减低，直到体积增加到2 dm3 (2) 通入氮气，使体积增加到 2 dm3，而压力仍为 101.325 kPa； (3) 通入氮气，使压力增加到 202.65 kPa，而体积维持为 1 dm3； (4) 通入氯气，使压力增加到 202.65 kPa，而体积维持为 1 dm3。

15. 10 分 (2895) 2895

已知反应CaCO3(s,方解石) CaCO3(s,文石),25℃时ΔrG m＝1393 J·mol-1, 又知方解石在 25℃和101 325 Pa压力时,密度?分别为 2.710 g·m-3和2.944 g·m-3,计算25℃时,至少需多大压力才能使方解石转化为文石。

16. 10 分 (3132) 3132

$$$ 在 630 K 时，反应：2HgO(s) ＝ 2Hg(g) + O2(g)的ΔrG m= 44.3 kJ?mol-1。 (1) 求上述反应的标准平衡常数K p； (2) 求 630 K 时 HgO(s) 的分解压力； (3) 若将 HgO(s)投入到 630 K，1.013×105Pa 的纯O2气的定体积容器中，在 630 K 时使其达平衡，求与 HgO(s) 呈平衡的气相中 Hg(g) 的分压力。

17. 10 分 (2965)

4

$第6章练习题

2965

3H2+ N2= 2NH3在 350℃的Kp= 6.818×10-8(kPa)-2，并设与压力无关，从3:1的 H2，

N2混合物出发，在 350℃下要获得物质的量分数为 0.08 的 NH3，压力至少要多大？

18. 5 分 (2874) 2874

实验证明：两块没有氧化膜的光滑洁净的金属表面紧靠在一起时，它们会自动地粘合在一起。假定外层空间的大气压力约为1.013×10-9 Pa ,温度的影响暂不考虑，当两个镀铬的宇宙飞船由地面进入外层空间对接时，它们能否自动地粘合在一起。已知Cr2O3(s)的ΔfG

$m(298.15 K) = -1079 kJ?mol-1。设外层空间的温度为298 K，空气的组成与地面相同（O2占

五分之一）。

19. 5 分 (3442) 3442

Ag2CO3(s) 分解反应方程为 Ag2CO3(s) Ag2O(s) + CO2(g)，设气相为理想气体，

$298 K 时各物质的 ΔfH $，S mm 如下： -1-1-1 ΔfH $ $m/kJ?mol S m/J?K?mol

Ag2CO3(s) -506.14 167.36 Ag2O(s) -30.57 121.71 CO2(g) -393.15 213.64 (1) 求 298 K，101 352 Pa 下，1mol Ag2CO3(s) 完全分解时吸收的热量；

(2) 求 298 K 下，Ag2CO3(s) 分解压力； (3) 假设反应焓变与温度无关，求 383 K下 Ag2CO3分解时平衡压力； (4) 体系组分数与自由度。

20. 5 分 (3000) 3000

谷氨酰胺水解反应在 298 K 时达成平衡： CONH2(CH2)2CHN3+COO-＋H2O＝NH4+＋COO-(CH2)2CHNH3+COO-(谷氨酸) 测得混合物中含有 0.92×10-3 mol·cm-3的谷氨酰胺和 0.98 mol·cm-3的谷氨酸，试求平衡常数Kc；若相应物质的量浓度cB和活度系数??(B) 分别是0.94和0.54，水的活度系数是 0.97，

$试求平衡常数 K ?。

21. 5 分 (2867) 2867

通常在钢瓶里的压缩氢气中含有少量氧气。实验中常将氢气通过高温下的铜粉, 以除去少量氧气，其反应为： 2Cu(s) + (1/2) O2(g) ＝ Cu2O(s) 若在 600℃时，使反应达到平衡，试问经处理后在氢气中剩余氧的浓度为多少？ 已知：ΔrG m= (-166 732 + 63.01 T / K )J?mol-1。

5

$

第6章练习题

22. 5 分 (2951) 2951

在 750℃时，总压力为 4.27 kPa，反应  SnO2(s) + H2(g) ＝(1/2) Sn(s) + H2O(g) 达平衡时，水蒸气的分压为 3.16 kPa。 (1) 试求反应的 Kp(1) (2) 若已知反应 H2(g) + CO2(g) ＝ CO(g) + H2O(g) 在 750℃时的Kp(2) = 0.773 ，试求下列反应的 Kp(3)。

SnO2(s) + CO(g) ＝(1/2) Sn(s) + CO2(g)

23. 15 分 (3127) 3127

2

(1) 设气体服从 Berthelot方程, pVm=RT[1+(9pTc/128pcT)(1-6 T 2c/T)]，

其中 Tc和 pc为物质的临界温度和临界压力，请证明该气体物质在 T，p 状态下的逸度系数?服从下列公式： ln?= (9pr/128Tr)(1- 6/Tr2) ,Tr 和 pr 为气体的对比温度和对比压力；

(2) 现将有关物质的热力学性质列入下表 C2H4(g) H2O(g) C2H5OH(g) ΔfH $mol-1 44.65 -244.70 -247.32 m(600 K)/kJ· S $K-1·mol-1 259.12 212.97 342.17 m(600 K)/J· Tc/K 283.06 647.40 516.10 pc/ p? 50.00 218.30 63.10 (1) 求算下列反应在600 K的K f：C2H4(g) + H2O(g) C2H5OH(g)；

(2) 设各个纯气体服从 Berthelot 方程，并应用 Lewis - Randall 规则，请求上述反应在 T = 600 K，p = 150p?的 Kr 和K p；

(3) 若起始时 C2H4与 H2O 按计量系数配比，请求算 600 K，150p?下，C2H5OH的平衡物质的量分数。

24. 10 分 (3421) 3421

用Si还原MgO的反应是：Si(s)＋2MgO(s) 2Mg(g)＋SiO2(s) - - - - - -(1) ΔrG m，1=(523 000-211.71T/K)J?mol-1；若使反应在标准状态下进行,反应温度必高于2480 K，这样高温在工业上难以实现，故需采取以下措施以降低还原温度。

(1) 加入“附加剂” CaO，进行反应耦合，加入的 CaO 与反应 (1) 中生成的 SiO2进行如下反应： 2CaO(s)＋SiO2(s) Ca2SiO4(s) - - - - - -(2) ΔrG m， =(-12 635-5.021T/K) J?mol-1 2

6

$$$$第6章练习题

试确定由反应(1)和(2)耦合的反应的转折温度。

(2) 真空冶炼，反应式是：

Si(硅铁石中的 Si,其活度 a(Si)＝0.852)＋2(CaO?MgO)(s) Ca2SiO4(s)＋2Mg(g) 工业上真空还原温度为 1200℃，试确定能使反应进行的 p(Mg) 应该是多大？

25. 10 分 (3466) 3466

从下列数据，估算碳酸钙在常压下分解制取氧化钙的分解温度 CaCO3(s) CaO(s) CO2(g)

-1

ΔfH $m/kJ?mol -1206.87 -635.09 -393.51 -1 ΔfG $m/kJ?mol -1128.76 -604.2 -394.38

设ΔrH $m为常数。

26. 5 分 (2886) 2886

在1000 K时，反应CO＋H2O CO2＋ H2的Kp＝1.43，设有一反应体系,各物质的分压

为：p(CO)＝506.625 kPa，p(H2O)＝202.65 kPa，p(CO2)＝303.975 kPa, p(H2)＝303.975 kPa。 (1) 试计算此条件下反应的自由能变化ΔrGm； (2) 已知在 1200 K 时，Kp＝0.73，试判断反应的方向（设为理想气体）。

27. 5 分 (2888) 2887

在合成甲醇过程中有一个水煤气变换工段，即把氢气变换成原料气CO，

H2(g)＋CO2(g) CO(g)＋H2O(g)

现有一混合气体，H2, CO2,CO和H2O的分压分别为20.265,20.265,50.663,10.133 kPa。

(1) 问在 820℃时反应能否发生？ (2) 如果把 CO2的分压提高到 405.30 kPa,而CO提高到 303.98 kPa,其余不变, 问情况又怎样？已知 820℃ 时反应的 K p＝1。

28. 5 分 (3045) 3045

在 721℃，101 325 Pa 下，使纯 H2慢慢地通过过量的 CoO(s)，则氧化物部分地被还原为Co (s)。流出的已达平衡气体中含 H2 2.5％（体积分数），在同一温度，若用一氧化碳还原 CoO(s),平衡后气体中含一氧化碳 1.92％。求等摩尔的一氧化碳和水蒸气的混合物在 721℃下，通过适当催化剂进行反应，其平衡转化率为多少？

29. 5 分 (3152) 3152

已知 298 K 时下列数据：

7

$第6章练习题

H2O(g) H2(g) O2(g)

-1

ΔfH$m/kJ?mol -241.83 0 0 -1-1 S $m/J?K?mol 188.74 130.58 205.03

试求 H2O(g) H2(g)＋(1/2)O2(g) 在 25℃时的 K f。

30. 5 分 (3298) 3298

反应 NH4Cl(s) ＝ NH3(g) + HCl(g) 的平衡常数在 250～400 K 温度范围内为

$$lnK p= 37.32 - [21 020 / (T/K)] ，请计算 300 K 时反应的 ΔrG $m，ΔrHm，ΔrS m 。

$$

31. 15 分 (3171) 3171

-1

已知反应2Hg(g)＋O2(g)＝2HgO(s)，在600 K 时，ΔrH $m＝-299.2 kJ?mol， -1-1-3-1-1

ΔrS $m=-384.5J?K?mol,Cp,m[O2(g)]=(26.4＋9.623×10T/K) J?K?mol

Cp,m[HgO(g)]=(26.11＋0.06694T/K)J?K-1?mol-1 ,气体视为理想气体，求

(1) Hg(g) 的 Cp,m为多少； (2) 600 K 时反应的 K p，2； (3) 在一定体积的容器中含有600 K，101.325 kPa 的氧气，其中放入一定量的 HgO(s),达平衡时容器中 Hg(g) 的分压为多少？ (4) 若600 K时 Hg(l) 的蒸气压为 53.33 kPa，求600 K时反应 2Hg(l)＋O2(g)＝2HgO(s) 的 K p，4； (5) 求300 K时，反应2Hg(l)＋O2(g)＝2HgO(s)的平衡常数 K p，5。

32. 10 分 (2877) 2877

已知反应C(石墨)+2H2(g) CH4(g)的

ΔrG m/J?mol-1 = -75 600+52.25(T/K)lg(T/K) -63.35(T/K)。

(1)求1000℃时反应的标准平衡常数K； (2)在1000℃, p?下CH4(g)-H2(g)混合气体(其中CH4体积分数为0.5%)与合金达平衡,求合金中C的百分含量；

(3)在1000℃, p?下，若要合金为石墨饱和,试问混合气中CH4最低压力为多少。1000℃, p?下，Fe-C合金中C的百分含量与活度(以石墨为标准态)的关系如上。

33. 10 分 (2895)

8

$$$$第6章练习题

2895

已知反应CaCO3(s,方解石) CaCO3(s,文石),25℃时ΔrG $mol-1, 又知方解m＝1393 J·石在 25℃和101 325 Pa压力时,密度?分别为 2.710 g·m-3和2.944 g·m-3,计算25℃时,至少需多大压力才能使方解石转化为文石。

34. 10 分 (2858) 2858

在真空的容器中放入固态 NH4HS，于 25℃下分解为 NH3和 H2S，平衡时容器内的压力为 6.665×104 Pa。

(1) 若放入 NH4HS 时容器中已有 3.998×104 Pa 的 H2S，求平衡时容器中的压力。 (2) 若容器中原有 6.665×103 Pa 的 NH3，问需加多大压力的 H2S 才能开始形成NH4HS 固体？

35. 5 分 (2850) 2850

合成氨循环气压机第二缸内混合气组成如下（体积分数/％）∶ N2 H2 NH3 CH4,Ar等 CO2 19.31 58.30 9.87 12.52 10-6 压力是 13.61×106Pa，温度是 43℃，问： (1) 在此条件下能否生成氨基甲酸胺。已知反应 CO2 (g) + 2NH3 (g) = NH2COONH4 (s) 在此温度下的标准平衡常数 K p= 6.82 。

(2) 为避免氨基甲酸胺的生成，混合气中 CO2的物质的量分数不应超过什么值？

36. 5 分 (2890) 2890

戊烯和乙酸按下式反应生成酯： C5H10(l)＋CH3COOH(l)＝CH3COOC5H11 (l) 如果把6.45×10-3 mol戊烯和0.001 mol乙酸加入845 ml惰性溶剂里，平衡后生成了7.84×10-4 mol 酯，计算平衡常数Kc，假定混合过程和反应过程物系体积不变。

37. 5 分 (3097) 3097

已知反应(1/2)N2(g)＋(3/2)H2(g)＝NH3(g) 在500℃低压下的平衡常数

Kp＝3.75×10-5(kPa)-1，试计算在 500℃，300 p?压力下，原料气组成为：n(H2):n(N2)＝3:1 时的平衡组成,与实验值(NH3的体积分数为26.44%)比较, 已知Kγ＝0.773。

38. 5 分 (3304) 3304

FeO(s) 的分解压力 p 与温度的关系为： lg (p/p?) = - 26 730 / (T/K) + 1.43

求反应 FeO(s) = Fe(s) + (1/2) O2(g) 的热效应。

9

$第6章练习题

39. 5 分 (3007) 3007

糖原磷酸化酶催化反应： （糖原）n＋Pi＝（糖原）n-1＋ G－I－P

假定 Pi和 G－I－P 的浓度相等，那么糖原合成或降解的平衡应处于什么位置？ (T=310 K，ΔrG $mol-1) m= 3.05 kJ· 在肌肉中，Pi和 G－I－P 的浓度分别是10×10-3 mol·dm-3 和3.0×10-5 mol·dm-3，那么在肌肉中，平衡处于何位置？

40. 5 分 (3149) 3149

已知 25℃时各物质的标准生成吉布斯自由能如下： CO2(g) NH3(g) H2O(l) CO(NH2)2

-1

ΔfG $m/kJ?mol -394.38 -16.64 -237.19 -203.84

计算在25℃下,溶液中生成尿素的反应的热力学平衡常数并写出平衡常数的表示式。 CO2(g)＋2NH3(g) CO(NH2)2(aq)＋H2O(l) 对尿素,选 m?＝1 mol?kg-1 且符合亨利定律的假想态为标准态。

41. 15 分 (3169) 3169

在50℃，66 661 Pa下，球形瓶中充以N2O4后，其质量为71.981ｇ；将球形瓶抽空后，质量为 71.217ｇ。若在 25℃，瓶中充满水,质量为 555.9ｇ（以上数据均作空气浮力校正），已知 25℃时，水的密度为 0.9970 g?cm-3，试求：

(1) 球形瓶中气体（设为理想气体）的物质的量； (2) 气体的总量与原 N2O4的量之比； (3) 设物质的量的增加是由于 N2O4发生解离，试计算 N2O4的解离度； (4) 若瓶中总压为 66661Pa，求瓶中 N2O4和 NO2的分压； (5) 求50℃，66 661Pa 压力下，上述反应的ΔrG m。

42. 10 分 (3088) 3088

1000℃下，在 1 dm3容器内含过量碳；若通入 4.25 g CO2 后发生下列反应：

C(s) + CO2(g) ＝ 2CO(g) 反应平衡时的气体的密度相当于平均摩尔质量为 36 g?mol-1 的气体密度。 (1) 计算平衡总压和 Kp； (2) 若加入惰性气体 He，使总压加倍，则 CO 的平衡量是增加，减少，还是不变？若加入 He，使容器体积加倍，而总压维持不变，则 CO 的平衡量发生怎样变化？

43. 10 分 (2961) 2961

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