第6章习题解答(共33页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第6章 化学平衡热力学原理1. 1000 K，101.325kPa时，反应2SO() = 2SO2()O2()的3.54 molm-3。(1)求此反应的和K；(2)求反应SO3()= SO2()1/2O2()的和K。（答案：Kp= 29.43 kPa，KY= 0.29， Kp= 171.6 kPa，Kc= 1.88 mol1/2m-3/2）解： (1) 2SO3()= 2SO2()O2()Kp=Kc(RT)=3.548.3141000=29.43103 Pa=29.43kPaKy= KpP-=29430()-1=0.29(2) SO3()= SO2()1/2O2()=

2、2在温度容积V的容器中，充入1mol H和3mol I，设平衡后有x mol HI生成。若再加入2mol H，则平衡后HI的物质的量为2xmol。试计算值。（答案：4）解：已知平衡时生成HI摩尔数为xH2(g) + I2(g) = 2HI反应前摩尔数 1 3 0平衡时摩尔数 1-0.5x 3-0.5x x总摩尔数 n=1- 0.5x +3- 0.5x + x = 4mol B = 0若在上述平衡体系中再加入2摩尔H2H2(g) + I2(g) = 2HI重新平衡时摩尔数 3x 3x 2x总摩尔数 =3x+3x+2x = 6在同一温度T， ，解此方程得： x =1.5，故 3将含有50% CO、

3、25% CO、25% H(均为摩尔分数)的混合气体通入1 173 K的炉子中，总压为202.65 kPa。试计算平衡气相的组成。已知反应CO()H()=HO()CO()在1 173 K时，1.22。（答案：CO2：18.03%，H2：18.03%，H2O：6.97%；CO：56.97%）解： CO() H() = HO()CO()反应前物质的量 0.25 0.25 0 0.5 mol平衡时 0.25x 0.25x x 0.5+xn1= 0.25x + 0.25x + x + 0.5+x =10.22x21.11x + 0.07625 = 0 ，x = 0.0697所以 H2O%=6.97%CO

4、% = (0.5+0.0697)100% = 56.97%CO2% = H2% = (0.25-0.0697)100% = 18.03%4PCl的分解反应为PCl5() = PCl3()Cl2()，在523.2 、101.325 kPa下反应达到平衡后，测得平衡混合物的密度为st1:chmetcnv UnitName=kg SourceValue=2.695 HasSpace=False Negative=False NumberType=1 TCSC=02.695kgm。试计算：(1)PCl()的离解度；(2)该反应的；(3)反应的。（答案： = 0.80，1.778， -2502 Jmol

5、-1）解：(1) PCl() = PCl()Cl()反应前mol 1 0 0平衡 mol 1 n总= 1 + + = 1+由气态方程：pV = (1+)RT，又有物质平衡有V = 1M1，式中M1为反应物分子量，故二式之比得 ， 对PCl5(g)分解：MPCl5 = 208.310-3kgmol-1(2) (3)5将1 mol的SO2与1 mol O2的混合气，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SO和SO3，最后测得余下的氧气在101.325 kPa，273.15 K下体积为13.78 L。试计算反应SO

6、0.5O2 = SO3 在903 K时的及。（答案：12.7 kJmol-1）解： SO 0.5O2 = SO反应前各物质量/ mol 1 1 0平衡时各物质量/ mol 1x 10.5x x n总 = nSO3 + nO2 + nSO2= 0.7703 + 0.6148 + 0.2297 = 1.6149mol6某气体混合物含HS的体积分数为51.3%，其余是CO，在298.15K和101.325 kPa下，将1.75 L此混合气体通入623 K的管式高温炉中发生反应，然后迅速冷却。当反应流出的气体通过盛有CaCl的干燥管(吸收水气)时，该管的质量增加了34.7mg。试求反应HS (g)CO

7、2(g)= COS(g)H2O(g)的平衡常数。（答案： 3.24910-3）解：设该气体混合物为理想气体，反应前气体总摩尔数为n：反应前H2S和CO2的摩尔数分别为，= 0.0715351.3% = 0.03669mol= 0.07153(151.3%) = 0.03484mol平衡时各物质摩尔数分别为：= 0.034718 = 0.00192mol= 0.00192mol= 0.036690. = 0.03476mol= 0.034840. = 0.03291mol 7(1) 在0.5 L的容器中，盛有1.588 g的N2O4气体，在298 K部分分解:N2O4(g)=2NO2(g) 平衡

8、时压强为101.325 kPa，求分解反应的；(2)在50 662.5 Pa下，N2O4的离解度为若干?(3)离解度为0.1时的压强应是多大? （答案： 0.140， 0.256，351.843）解： (1) N2O4(g) = 2NO2(g)离解前 0平衡时 = ，而 = 1.588 92 = 0.01726 mol故 1+ = 0.0.01726， = 0.1841(2) 若 p = 50662.5Pa，则(3) 若 = 0.1，则8在1393 K下用H2气还原FeO(s)，平衡时的混合气体中H2摩尔分数为0.54，求FeO的分解压。已知在1393 K，反应：2H2O(g)= 2H2(g)

9、O2(g) 的3.410-13。（ 答案：p分(FeO)=2.510-8 Pa）解： (1) H2(g) + FeO(s) = Fe(s) + H2O(g) B= 0 (2) H2O(g) = H2(g)0.5O2(g)(3) = (1)+ (2) FeO(s) = Fe(s) + 0.5O2(g)因为，所以 9在真空的容器中放入固态的NH4HS，于298 K下分解为NH3与H2S，平衡时容器内的压强为66662 Pa。(1)当放入NH4HS时容器中已有39993 Pa的H2S，求平衡时容器中的压强。(2)容器中原有6666 Pa的NH3，问需加多大压强的H2S，才能开始形成NH4HS的固（答

10、案： 1.111109Pa2，Pa）解： NH4HS(s)= NH3(g)+ HS(g)(1) 分解前已有39993Pa的H2S(2) 形成NH4HS(s)的条件：rG Kp6666 pH2S 1.111109，pH2S Pa10298 K时， NH4HS与NH2(CH3)2HS的分解压分别为36680与11044 Pa，试计算在容器中一同投入这两种硫化物后，298 K时体系的总压。（答案：38306Pa）解：(1) NH4HS(s)= NH3(g)+ HS(g)(2) NH2(CH3)2HS(s)= NH(CH3)2(g)+ H2S(g)289K在同一容器中同时平衡：解之：，解得：11将10

11、 g的Ag2S(s)与890 K，101.325 kPa的1 L H2气相接触，直至反应平衡。已知此反应在890 K时的平衡常数0.278。(1)计算平衡时Ag2S(s)和Ag(s)各为多少克；(2) 平衡气相混合物的组成如何?（答案：(1 )Ag2S：9.26810-3，Ag：0.64710-3kg，(2) H2S：0.0030，H2：0.0107 mol）解：(1) 反应前： (MAg =107.868，MS =32.06, MAg2S=247.796)Ag2S(s) + H2(g) = 2Ag(s) + H2S(g)反应前： 0.04036 0.01369 0 0平衡时： 0.04036

12、x 0.01369x 2x x mol x = 0. mol则平衡时 ：nAg = 0.molWAg = 0.107.068 = 0.642 gnAg2S = 0.040360. = 0.03738molWAg2S = 0.03738247.796 = 9.26 g(2) 平衡时气相组成：12反应 MgO(s)H2O(g)= Mg(OH)2(s)， 100.42-46024 Jmol-1，试问：(1) 在293 K、相对湿度64%的空气中MgO(s)是否会水解成Mg(OH)2(s)? (2) 在298 K，为避免MgO的水解，允许的最大相对湿度为多少? 已知298 K时水的饱和蒸气压为2338

13、 Pa。（ 答案：(1) 会水解；(2) 4.76%）解： (1) MgO(s)H2O(g)= Mg(OH)2(s)= 100.42T 46024 = 100.4229346024 = -16601 Jmol-1相对湿度 , 故 MgO(s)会水解(2) 为避免MgO的水解，必须有： 即：解得：相对湿度 13(1)试计算1000 K时下列反应的平衡常数：FeO(s)CO(g)= Fe(s)CO2(g)已知反应：FeO(s)H2(g)= Fe(s) H2O(g) 的 (131807.74)Jmol-1；CO2(g)H2(g)= CO(g) H2O(g) 的(3598232.63)Jmol-1(2

14、) 如果薄钢板在1000 K下于含有10% CO、2% CO2和88% N2(均为体积分数)的气氛中退火，会不会生成FeO? （答案： 0.78， 不会生成FeO）解：(1) 已知 1000K 时： FeO(s)H2(g) = Fe(s) H2O(g)(1) = 131807.741000 = 5440 JCO2(g)H2(g) = CO(g) H2O(g) .(2)= 35 98232.631000 = 3350 J由(1)(2) 得 (3)：FeO(s)CO (g) = Fe(s)CO2(g)(3) = 54403352 = 2088 J(2) 钢板在所给气氛下退火不会生成FeO。14反应

15、器中盛有液态Sn和SnCl2，相互溶解度可以忽略，在900 K通入总压为101.325 kPa的H2-Ar混合气体。H2与SnCl2起反应，实验测出逸出反应器的气体组成是：50% H2，7% HCl，43% Ar(均为体积分数)，试问在反应器中气相与液相达到平衡没有?已知： H2(g)Cl2(g) = 2HCl(g) (-)13.134 /Jmol-1Sn (l)Cl2(g) = SnCl (l) (-)118.4 /Jmol-1（答案：未达到平衡）解：反应： SnCl2(l) +H2(g)= Sn (l)2HCl(g) （1） =？已知： H2(g)Cl2(g) = 2HCl(g) （2）=

16、 (-)13.134900= -.6 JSn (l)Cl2(g) = SnCl2 (l) （3）=(-)118.4900= - J由（2）（3）得（1）： = (-) (-) = 26392.4 J 与 相差很远， 未达平衡。15已知298 K时气相异构化反应，正戊烷 = 异戊烷的13.24。液态正戊烷和异戊烷的蒸气压与温度的关系可分别用下列二式表示：正戊烷： 5.977 1异戊烷： 5.914 6式中为绝对温度，p的单位为千帕(kPa)。假定形成的液态溶液为理想溶液，计算298 K时液相异构反应的Kx。（答案：Kx = 9.8607）解： 已知气相平衡 ，根据拉乌尔定律得：液相平衡 16在1

17、113 K和101.325 kPa下，含85.4% Fe(摩尔分数)的FeNi合金同由57.5% H2和42.5% H2O组成的气体混合物平衡时，合金中的铁比镍氧化得快，其反应为：Fe(合金中)H2O(g)= FeO(s)H2(g) (-13 1807.74)Jmol-1假定所生成的FeO不溶解于铁中，试计算合金中铁的活度及活度系数。（答案：a= 0.8261， = 0.9673）解：对题给反应在1113 K下有：= ( -13180)7.741113 = -4565.4 J所以：又因： 故： aFe = 0.8261，17在1200 K，液态PbO的分解压pO2为3.88110-4 Pa。在

18、1200 K，液态纯Pb与液态PbO-SiO2溶液平衡时氧的分压为9.70710-5 Pa，试求：氧化物熔体中PbO的活度。(答案：= 0.5)解：考虑1200K时下述两反应： (1) PbO(l) = Pb(l)0.5O2(g) (2) PbO-SiO2(l,aPbO) = Pb(l)0.5O2(g) 若熔体中PbO的标准态选纯PbO(l)为标准态，则两反应的相同，即： 对反应（2）有：18298 K时将1 mol乙醇与0.091 mol乙醛混合，所得溶液的体积为0.063 L，当反应达到平衡时90.72% 的乙醛已按下式进行反应：2C2H5OHCH3CHO = CH3CH(OC2H5)2H

19、2O(1)计算反应平衡常数(设溶液为理想溶液)；(2)若溶液用0.300 L惰性溶剂冲稀，试问乙醛作用的百分数若干?（答案： 7.23610-2， 70.3%）解：（1）设乙醛的作用量为a，则有：a = 0.09190.72% = 0.08252C2H5OHCH3CHO = CH3CH(OC2H5)2H2O1mol 0.091 0 01-2a 0.091-a a aKc= (2) 当溶液被惰性溶剂冲稀时，体积变化引起a亦将变化设乙醛作用百分数为x，则a =0.091x 由Kc=得：7.23610-2 =解上列方程得：x = 0.703 乙醛作用的百分数x = 70.3%19在1000 K，SO

20、2氧化为SO3的平衡常数1.85。(1)设平衡时氧的分压为30397.5 Pa，则物质的量之比为多少? (2)若把氧分压为30397.5 Pa的平衡混合物压缩，使总压加增加一倍，则对值有何影响? (3)若在上述平衡混合物中通入N2气，使总压加倍，对值又有何影响? （ 答案： 1.01， 1.43， 无影响）解： 题给反应为：SO2(g)0.5O2(g) = SO3(g)(1) (2) 按题意，总压增加一倍，即为2p，由此可见,在一定温度下使总压增加一倍，则的值增加约1.4倍.(3) 根据公式在等T、V一定的条件下通入N2使总压增加一倍，使总摩尔数亦增加一倍.不变，也可以说pO2也不变，故之值也

21、不变。 当通入N2使总压增加一倍， 对之值没影响。20. 反应CaF2(s)H2O(g)= CaO(s)2HF(g) 在900K的1.83410-11，在1000 K的7.49510-10。若反应的在9001 000 K之间可视为常数，(1)求此温度区间与的关系式；(2)求与。（答案： 102.93T / Jmol-1）解：(1) 在900K1000K之间，=常数 即 = -102.93T(2) 因为= J/mol=-T = 102.93 Jmol-1K-121固态HgO在298 K的标准生成热为-90.21 kJmol-1，固态HgO、液态Hg和气态O2在298 K的标准熵分别为73.22、

22、77.41、205.03 Jmol-1K-1。假设和不随温度而变化，求固态HgO在标准压强下分解为Hg(l)和O2(g)的温度。（答案：T分= 845.6K）解： 分解反应：HgO(s) = Hg(l) +0.5O2(g)= -(-90.21) = 90.21 kJmol-1=0.5205.02 + 77.41 - 73.22 = 106.7 Jmol-1K-1= 90210 - 106.7T 0在标准压强下,可认为= 90210 -106.7T 当0时，反应有可能发生。所以：T 90210 106.7= 845.6K22潮湿的AgCO3在383 K时于空气流中干燥，为防止分解，空气中CO2的

23、分压应为多少?已查得有关热力学数据如下：物质/(Jmol-1K-1)/(Jmol-1)/(Jmol-1K-1)Ag2CO3(s)Ag2O(s)CO2(g)167.4121.75213.68-501 660-30 543-393 510109.665.737.6（答案：1545Pa）解： 相关反应：Ag2CO3(s) = AgO(s) + CO2(g)(298) = (-)30543 + = 77607 Jmol-1(298) = 213.68 +121.75167.4 = 168.03 Jmol-1K-1= 37.6 + 65.7109.6 = -6.3 JK-1 (298) = 776.71

24、68.03298 = 27534 J因为：(T)= 77607+= 794846.3T (T) = 79484 + 6.3TlnT210.22T2则：(383)= 13322 Jmol-1, 所以Ag2CO3(s)的分解压为：pCO2 = 1545Pa，故CO2的压力应大于1545 Pa。23反应3CuCl(g)= Cu3Cl3(g)的与的关系式为：(-528 858)52.34TlgT438.0TJmol-1求：(1)在2000 K时此反应的和；(2)在2000 K、101.325 kPa反应平衡混合物中Cu3Cl3的摩尔分数。（答案： - Jmol-1， -242.5 Jmol-1K-1）

25、解： 因为：所以：(2000 K) = 52.34lg2000415.273= -242.5 Jmol-1K-1(2000 K) = (-)52.342000lg2000 + 438.02000 = 1590.18 Jmol-1(2000 K) = (2000 K) + T(2000 K)= 1590.18 + 2000(-242.5) = -483.4 kJmol-1(2) 设在2000K，Pa下平衡混合物中，Cu3Cl3(g)的摩尔数为y:3CuCl(g)= Cu3Cl3(g)平衡： 1y y即，平衡时Cu3Cl3(g)的摩尔数为y = 0.305mol24甲醇合成反应：CO2H2= CH

26、3OH，(-90642221.3T)Jmol-1，同时存在一个重要的副反应：CH3OHH2= CH4H2O (-6.7T)Jmol-1。若无高选择性催化剂存在，在700 K进行上述反应，此体系平衡时产物是什么? 提高反应体系的压强，对此体系有何影响? （ 答案：CH4，H2O，有利于反应正向进行）解：在700K时：(1)： CO2H2 = CH3OH0，所以产生CH3OH趋势较小(2) ：CH3OHH2= CH4H2O(1) + (2) = (3)： CO3H2= CH4H2O0所以反应平衡时产物是CH4和H2O反应(3)的，所以在一定温度下，Kp为定值。故增大反应体系的总压p, Ky即增大，

27、即有利于CH4和H2O的生成。25将组成为30% CO，10% CO2，10% H2和50% N2(均为体积分数)混合气体置于1200 K的反应器中，当反应器内总压为101.325 kPa时，气体混合物的平衡组成为何值? 已知：C(s)O2(g)= CO(g) (-)87.86T Jmol-1C(s)O2(g)= CO2(g) (-) 0.84T Jmol-1H2(g)O2(g)= H2O(g) (-) 54.39T Jmol-1（答案：H2O：2.4%，H2：7.6%，CO：32.4%，CO2：7.6%，N2：56%）解：题给三个反应中，独立的反应只有一个：CO(g) + H2O (g) =

28、 CO2(g) + H2(g)= = (-) 0.84T (-)87.86T(-) 54.39T= (-35892) +32.63T(1000 K) = 3264 Jmol-1，即： - -（1）设气体混合物质的量为n总 = 1mol，根据原子守恒原理，反应前C、H、O的n1应等于平衡时C、H、O的n1，即C元素：H元素：O元素：以代入各式：（注意：p = p =Pa，n总=1mol） -（2） -（3） - （4）将式(1)、(2)、(3)、(4)联立求解，由于 -（5）比较(4)和(5)得(6)： -（6）(2)(3) = (7)： -（7） 将(6)、(7)代入(1)求得：因此平衡组成为

29、 H2O：2.4%，H2：7.6%，CO：32.4%，CO2：7.6%，N2：56%26600 K时，由CH3Cl和H2O作用生成CH3OH，但CH3OH可继续分解为 (CH3)2O，即下列平衡同时存在： CH3Cl (g)H2O (g)= CH3OH (g)HCl(g) 2CH3OH (g)= (CH3)2O (g)H2O (g)已知600 K时0.00154，10.6，今以等物质的量的CH3Cl和H2O开始反应，求CH3Cl的转化率。（答案：4.8%）解：设开始时CH3Cl和H2O(g)，均为1mol，平衡后生成x mol的HCl(g)和y mol的(CH3)2O，即两个同时进行着的反应达

30、平衡时有：(1) CH3Cl (g) H2O (g) = CH3OH (g) HCl(g)平衡时的摩尔数 1x 1x+ y x2y x(2) 2CH3OH (g)= (CH3)2O (g)H2O (g) x2y y 1x + y 反应(1) .(A) 反应(2) , .(B)将方程(A)(B)联立求解得：x = 0.048，y = 0.009 CH3Cl的转化率为：0.048/1100%=4.8%解法之二：(1) CH3Cl (g)H2O (g)= CH3OH (g)HCl(g)(2) 2CH3OH (g)= (CH3)2O (g)H2O (g)设反应开始时，CH3Cl和H2O(g)各为1 m

31、ol，反应(1)和(2)的平衡反应进度为和，则平衡时各物质的量为：nCH3Cl =1，nH2O=1+，nCH3OH =2，nHCl=，n(CH3)2O=，ni =2 mol两反应均有，所以联立求解以上两个方程，方法是设定值，代入两式得两个，一组对应的两组值作图，则两条曲线的交点就是答案。结果 =0.048 =0.009CHCl的转化率 0.048100%=4.8%271375 K时，将含有21.35% CO、77.95% CO2、0.7% N2(均为摩尔分数)的混合气体，以0.172 Lmin-1(标状态计)的速度通过焙烧着的ZnO固体块。由实验知，每分钟固体ZnO的质量减少0.005 49

32、g(由于还原成Zn蒸气)，实验压强是100 032 Pa。求反应ZnO ()CO()= Zn()CO()在1 375 K的。（答案：0.03287）解：气体混合物物质的量n总n总=其中 nCO = 0.2135n总=1.63810-3nCO2= 0.7795n总=5.98210-3Zn蒸气： nCO+ nCO2+ nZn= 0.反应 ZnO ()CO()= Zn()CO() 28若在抽空的容器中放入足够量的固体碘化铵，并加热到675.5 K，开始时仅有氨和碘化氢生成，并且压强在94030 Pa时停留一定时间保持不变，但是碘化氢会渐渐地分解为H和I2。已知675.5 K纯HI的离解度为21.5%

33、 ，若容器中一直有固体碘化铵存在，试求最后平衡压强为多少。（答案：.6Pa）解：反应(1)： NH4I(s) = NH3(g) + HI(g)平衡 pNH3 pHIpNH3 = pHI = 0.5 p总= 0.594030 = 47105PaKp,1 = pNH3 pHI = (47105)2 =2.2104109 Pa2反应(2)： HI(g) = 0.5H2(g) + 0.5I2(g)平衡 10.5 0.5 ，n总=1， 在675.5K时，上述两个反应同时在达到平衡时，各物质分压分别以、表示，则有：= ， = +Kp,1 = 2.2104109 = ，Kp,1Kp,2 = = Kp,1 =

34、 = () = ()2()22Kp,1Kp,2Kp,1 =0=53062.3 PaPap总= + + + =2 = 253062.3 =.6Pa29一个可能大规模制H的方法，是使CH4和H2O的混合气体通过热的催化床。设用H2O和CH4的摩尔比为51的混合气，T 873 K，p101.325 kPa，若只有下列反应发生： CH4() HO ()= CO()3H2() 4 435 Jmol-1 CO() HO ()= CO()() 6 633 Jmol-1求放出干的平衡气体(即除去HO气后的气体)的组成。（答案：CH4：2.0%，CO：5.9%，H2：77.2%，CO2：14.9%）解：两个气体

35、反应同时平衡(1)CH4() H2O ()= CO()3H2()(2) CO() H2O ()= CO2()H2()设开始时有5mol H2O和1mol CH4，两平衡反应进度为和，则：nCH4 =1，nH2O = 5，nCO=，nH2=3+，nCO2=，ni = 6+2 （1） （2）解上方程组得：=0.9115=0.6530干气总物质的量：n干= (6+2)(5)= 4.3875 ，30铁和水蒸气按下式反应达到平衡：Fe()HO ()= FeO()H2() 在T1298 K，p101.325 kPa平衡时，pH56.929 kPa，pHO44.396 kPa；而在21173 K，p101.

36、325 kPa平衡时， pH59.995 kPa， pHO41.330 kPa。已知纯水蒸气在1 000 K的分解百分数为6.4610%，求1 000 K时反应2 FeO () =2Fe()O2()的平衡氧压。 （答案：3.285510-15 Pa）解：此题涉及的化学反应有：（1） Fe()HO () = FeO() H2()（2） HO () = 2H2() + O2()(2)2(1) = (3) FeO () = 2Fe()O2()在1000K时，已知 2HO ()= 2H2() + O2()反应前 1 0 0平衡时 1- 0.5 ni =1 + 0.5 为求1000K时，利用已知条件：T1 =1298K T2 =1173K 令T3=1000K为，则 = 2.03931已知平衡体系CO()C() = 2CO()在T 1073 K时，总压强为260.405 kPa，含CO 26.4%；T 1473 K时，总压强为233.048 kPa，含CO 6.92%。而反应2CO= 2COO，在1173K的1.