大学物理化学3-化学平衡课后习题及答案

化学平衡课后习题

一、是非题

下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“?”，错误的画“?”。

1. 某一反应在定温、定压且无非体积功的条件下，当该反应的?rGm<0时，则该反应能正向进行。 ( )

2. 如果某一化学反应的?rH? 0，该反应的K随着温度升高而减小。（ ） 3. 对理想气体反应：0 = ?B?BB，在定温定压下当?B?B>0时，随着惰性气体的加入而平衡向左移动。（ ）

4. 对理想气体反应：0 = ?B?BB，在定温定压下当?B?B>0时，随着惰性气体的加入而平衡向左移动。（9. 如果某一化学反应的?rH不随温度变化，那么其?rS也不随温度变化，但是其?rG却与温度有关。（ ）

5. 对于真实气体混合物的反应，该反应的标准平衡常数K仅仅是温度的函数。（ ）

二、选择题

选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：

1. PCl5的分解反应PCl5(g) == PCl3(g) + Cl2(g) 在473 K达到平衡时PCl5(g) 有48.5%分解，在573 K 达到平衡时，有97 %分解，则此反应是（ ） （1）吸热反应； （2）放热反应； （3）反应的标准摩尔焓变为零的反应；

（4）在这两个温度下标准平衡常数相等的反应。

2. 设反应 aA(g ) == yY(g) + zZ(g),在101.325 kPa、300 K下，A的转化率是600 K的2倍，而且在300 K下系统压力为101 325 Pa的转化率是2×101 325 Pa的2 倍，故可推断该反应 ( )

（1）标准平衡常数与温度，压力成反比； （2）是一个体积增加的吸热反应 ； （3）是一个体积增加的放热反应；

(4)标准平衡常数与温度成正比，与压力成反比。

3.理想气体反应N2O5（g）== N2O4（g）+1/2O2（g）的?rH

为41.84kJ?mol

－1

，

??C(B)?0。要增加N2O4（g）的产率可以（ ）

Bp,m （1）降低温度； （2）提高温度；

（3）提高压力； （4）定温定容加入惰性气体。 4. 影响任意一个化学反应的标准平衡常数值的因素为：（ ）。 (1) 催化剂 ；

(2) 温度 ； (3) 压力 。

5. 温度升高时，固体氧化物的分解压力（分解反应是吸热反应）：（ ） （1）降低； （2）增大；

（3）恒定； （4）无法确定。

6. 反应 2NO(g) + O2(g) == 2NO2(g) 是放热的, 当反应在某温度、压力下达平衡时，若使平衡向右移动。则应采取的措施是：（ ）

（1）降低温度和减小压力；（2）降低温度和增大压力； （3）升高温度和减小压力；（4）升高温度和增大压力。

三、填空题

在以下各小题的“?????????”处填上答案。

1. 某气相反应A ==Y+ Z是吸热反应, 在 25 ℃时其标准平衡常数K=1 , 则25 ℃时

反应的?rS?????0，此反应在40 ℃时的K?????25 ℃时的K。(选填 ? ，=，?)

四、计算题

1．将丁烯脱氢制取丁二烯的反应如下： C4H8(g)=C4H6(g)+H2(g) 各物质在298K的△fHm?和Sm?的数值为：

物质 △fHm?/(kJ·mol-1) Sm?/(J·mol-1·K-1) C4H8(g) 0.125 305.3 C4H6(g) 110.06 278.5 H2(g) 0 130.6 (1) 计算该反应298K的△rHm?和△rSm?; (2) 计算该反应在298K的△rGm?和K?;

(3) 计算该反应830K的K?（假定该反应的△rHm?不隨温度而变）;

(4) 为提高丁烯的转化率，在反应时加入惰性气体水蒸气。若反应开始时，丁烯与水

蒸气物质的量之比为1:15,反应在830K,202.65kPa条件下进行，C4H8(g)的平衡转化率为多少？

2．在1500K下，金属Ni土存在总压为101.325kPa的CO(g)和CO2(g)混合气体，可能进行的反应为：

Ni(s)+CO2(g)=NiO(s)+CO(g)

为了不使Ni(s)被氧化，在上述混合气体中CO2(g)的分压力p(CO2)不得大于多大的压力？已知下列反应的△rGm?与温度T的关系为：

(ⅰ)2Ni(s)+O2(g)=2NiO(s), △rGm,i?=(－489.1+0.1917T/K)kJ·mol-1 (ⅱ)2C(石墨)+O2(g)=2CO(g), △rGm,ii?=(－223.0－0.1753T/K)kJ·mol-1 (ⅲ)C(石墨)+O2(g)=CO2(g), △rGm,iii?=(－394.0－0.84×10-3T/K)kJ·mol-1

3．已知下列反应在373Ｋ时，K?=1.25×108 CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g) （１）已知上述反应的△rSm?(373k)=-125.52J·mol-1·K-1 ，求COCl2(g)的解离反应在373Ｋ下的△rHm?=___;

(２) 设反应的∑?BCp,m=0,且反应开始时系统中只有COCl2(g)，则保持系统压力的条件下，若要COCl2(g)的解离度为0.001，则反应温度为_______(p?=100kPa)。

4．在200K~400K湿度范围内，反应 NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)的标准平衡常数与T的关系为:

lgK??16.2?9127 T/K(1)计算300K时，反应的△rHm?,△rGm?,△rSm?；

(2)在300K时，若反应开始只有NH4Cl(s)放在一真空容器内，求平衡时HCl(g)的分压；

化学平衡习题答案

一、是非题

1. ? 2. ? 3. ? 4. ? 5. ?

二、选择题

1.(1) 2.(2) 3.(1) 4.(2) 5.(2) 6(2)

三、填空题 1. ＞， ＞

四、计算题 1．【题解】：(1) △rHm?(298K)=∑?B△fHm?(B,298K)

=[110.6－(－0.125)]kJ·mol-1

=110.19kJ·mol-1

△rSm?(298K) =∑?B Sm?(B,298K)

=103.8J·mol-1·K-1

(2) △rGm?(298K)= △rHm?(298K)－298K×△rSm?(298K)

=(110.19-298×103.8×10-3)kJ·mol-1 =79.26kJ·mol-1

由 △rGm?(298K)=－298RlnK?(298K)

79.26?103J?mol?1 ㏑K?(298K)= ?298K?8.314J?mol?1?K?1

解得 K?=1.278×10-14 (3)由

K?(830K)?rHm(298K)11?(?) ㏑?R298K830KK(298K)?110.19?103J?mol?111?(?) ?1?1298K830K8.314J?mol?K解得 K?(830K)=3.07×10-2

(4) C4H8(g) = C4H6(g) + H2(g)

开始：n/mol 1 0 0 平衡：neq/mol 1－xA xA xA 平衡：∑neq=[(1－xA)+xA+xA+15]=(16+xA)mol

xAp/p?)216?xAK?(830K)??3.07?10?2

1?xA()p/p?16?xA(

代入p=202.65kpa,解得，C4H8(g)的平衡转化率xA=0.389

【剖析】：本题从物质的热力学数据△fHm?(298K)、Sm?(298K)出发计算反应的△????

再忽略温度对△rHm?rHm(298K)及△rSm(298K),继而算出△rGm(298K),并算得K(298K)，

的影响，由范特荷夫方程算出830K时的K?(830K),最后利用K?(830K),计算C4H8(g)脱氢制取丁二烯时，C4H8(g)的平衡转化率。比较全面考察了标准平衡常数的热力学计算及其应用。这一整套热力学计算的思路，是必须掌握的重点内容。

2．【题解】：可能进行的反应=反应(i)?11?反应(ii)??反应(iii), 2211????故可能进行的反应的 ?rGm(T)???rGm,i???rGm,ii??rGm,iii

22则

11?rGm?(T)?[?(?489.1?0.1917T/K)??(?223.0?0.1753T/K)22

　　　　　?(?394.0?0.84?10?3T/K)] kJ?mol?1?(37.9?0.0117T/K)kJ?mol?1

得 △rGm?(1500K)=55.45kJ·mol

由 △rGm?(T)=－RTlnK?(T)

△rGm?(1500K)=－1500KRlnK?(1500K) 55.45kJ·mol-1=-1500K×8.0314J·mol-1·K-1K?(1500K)

解得 K?(1500K)=0.0117

p(CO)/p?101.325kPa?p(CO2)?而 J(1500K)? ?p(CO2)p(CO2)/p?为使可能进行的反应不发生，则根据范特荷夫定温方程

△rGm(1500K)=－RTlnK?(1500K)+RTlnJ?(1500K)

J?>K?, △rGm(1500K)>0才行。 故

101.325kPa?p(CO2)?0.0117

p(CO2)即p(CO2)不得大于100.15kPa

【剖析】：本题所给反应是理想气体纯固体的多相反应。(i)先由给定的三个反应△rGm?

与温度T的关系式通过线性组合求出可能发生的反应的△rGm?(1500K) ，进而求出K?(1500K)；(ii)再列出J? (1500K)的表达式，此时应注意对有纯固体参加的多相反应的表达式，式中只出现气体的分压；(iii)最后根据范特荷夫定温方程，确定防止可能进行的反应发生，CO2(g)分压的最大值。 3．【题解】：（１）已知COCl2(g)的合成反应K?(373K)=1.25×108，则其解离反应的

?K?(373K)?11?8 ??0.8?10?8K(373K)1.25?10故COCl2解离反应的△rGm?’(373K)=-RTlnK?’(3773K)

=-8.314J·mol-1·K-1×373Kln(0.8×10-8) =57816.8J·mol-1 而解离反应的△rSm?’(373K)=-△rSm?(373K)=125.52J·mol-1·K-1

所以解离反应△rHm?’(373K)= △rGm?’(373K)+373K△rSm?’(373 K)

=57816.8J·mol-1+373K×125.52J·mol-1·K-1

=104635J·mol-1

（２） COCl2(g)=CO(g)+Cl2(g) 开始n/mol： 1 0 0

平衡neq/mol：1-0.001 0.001 0.001 平衡 ∑neq/mol=1-0.001+0.001+0.001=1+0.001

K??[p(CO)/p?][p(Cl2)/p?](T)? ?p(COCl2)/p0.001p/p?)2 ?1.0011?0.001(p/p?)1.001(代入p=200kPa,解得K?’(T)=2×10-6

因解离反应的△rCp,m=0，即△rHm?’与温度无关，则由范特荷夫方程：

????rHmK?(T)11ln?(?)

?R373KTK?(373K)代入K?’(373K)=0.8×10-8, △rHm?’(373K)=104635J·mol-1,

解得 T=446K 【剖析】：解本题需要正确应用最基本的热力学公式外，关键还在于要把COCl2(g)解离反应与合成反应的标准平衡常数的关系(互为倒数，即K??(T)??1)以及热力学函数变化

K?(T)????值的关系[正、负号相反，如 ?rSm(T)??rSm(T), ?rHm(T)??rHm(T), ????rGm(T)??rGm(T)]理顺，这是是否得到正确结果的关键所在，稍不留神就会铸成错

?误。

4．【题解】：（１）若视△rHm?与温度无关，可视为常数，则 △rHm?=9127K×8.314J·mol-1·K-1 =75882 J·mol-1

300K时，由K?=f(T)关系式，代入T=300K ,得

K?=6.65×10-7

△rGm?(300K)=-RTln K?(300K)

=-8.314 J·mol-1·K-1×300Kln(6.65×10-7) =35476 J·mol-1

△rGm? (300K)= △rHm?(300K)-300K×△rSm?(300K)

则 △rSm?(300K)=134.69 J·mol-1·K-1 (2)

K??[p(NH3)p(HCl)?] ??pp?[p(HCl)2]?6.65?10?7 ?p解得 p(HCl)=81.55Pa

【剖析】：所给反应为纯固体与理想气体的反应，１应明确其标准平衡常数表示式的表示法；

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