第4章化学反应速率和化学平衡_1.pdf

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1、 第4章化学反应速率和化学平衡 1.计算下列反应的 ArHm,A-Sm N2(g)+O2(g)=2NO(g)CaO(s)+H 2O(l)=Ca(OH)2(s)Pt 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H 2O(l)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO 2(g)V2O5 2SO2(g)+O2(g)=2SO 3(g)答：N2(g)+O2(g)=2NO(g)ArHm=2 AfHm(NO,g)=2 90.25=180.5kJ/mol ArSm=2Sm(NO)-Sm(O2)-Sm(N2)=2 210.761-191.61-205.138=24.774J CaO(s)+H2O(l

2、)=Ca(OH)2(s)ArHm=AfHm(Ca(OH)2)-AfHm(H2O,l)-AfHm(CaO)=-986.09+285.830+635.09=-65.17 kJ/mol ArSm=Sm(Ca(OH)2)-Sm(H2O,l)-Sm(CaO)=83.39-69.91-39.75=-26.27 kJ/mol 4NH 3(g)+5O 2(g)=4NO(g)+6H 2O(l)ArHm=4 A fH m(NO)+6 A fH m(H2O,l)-4AHm(NH3)=4 90.25+6(-285.83)-4(-46.11)=-1169.54 kJ/mol ArSm=6Sm(H2O,l)+4Sm(NO

3、)-4Sm(NH3)-5 Sm(。2)=6 69.91+4 210.761-4 192.45-5 205.138=-532.986J.mol 1.k 1 Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO 2(g)ArHm=3 A fH m(CO2)3 AH m(CO)AfHm(Fe2O3)=3(-393.509)-3(-110.525)+824.2=-24.752 kJ/mol ArSm=3Sm(CO2)+2Sm(Fe)-3Sm(CO)Sm(Fe2O3)=3 213.74+2 27.28 3 197.674 87.4=15.358 J.mol 1.k 1 2SO2(g)+O2(g)=2SO

4、 3(g)ArHm=2 A fHm(SO3,g)2 AHm(SO2)=2(-395.72)-2(-296.830)=197.780 kJ/mol ArSm=2Sm(SO3,g)2Sm(SO2)Sm(。2)=2 256.76-2 248.22 205.138 D 4Al 2O3(s)+9Fe(s)=8Al(s)+3Fe 3O4(s)=188.058 J.mol 1.k 1 2.已知下列反应的 ArHm，求 C2H2的AfHm=?C(s)+O2(g)=CO 2(g),ArHm(1)=H394 kJ mol-1 H2(g)+1。2(g)=H 2O(l),ArHm(2)=T285.8 kJ mol-1

5、 2 C2H2(g)+5 O2(g)=2CO 2(g)+H 2O(l),ArHm(3)=-1300 kJ mol-1 2 答：(1)+2 得：C2H2(g)2 O2(g)+H 2(g)+2 O2(g)+2 C(s)+2 O 2(g)0 整理得：H2(g)+2 C(s)C2H2(g)AfHm=&H m()=&H m()+&Hm()+2&H m()=1300 285.8-2 394=226.2 kJ mol-1 3.计算下列反应的 Ar Hm,Ar Gm(298K)和A Sm,并用这些数据讨论利用该反应净化 汽车尾气中NO 和 CO 的可能性。CO(g)+NO(g)=CO 2(g)+1/2N 2(

6、g)解：&Hm=AHm(CO2)AfHm(NO)AHm(CO)=393.509-90.25+110.525=373.234 kJ mol-1 ArGm=A fGm(CO2)-AfGm(NO)-Af Gm(CO)=394.359-86.55+137.168=343.741 kJ mol-1 ArSm=Sm(CO2)+1/2Sm(N2)Sm(NO)-Sm(CO)=213.74+1/2 191.61-210.761-197.674=98.89 J.mol 1.k 1 4.计算下列反应的 ArGm(298K),并判断反应能否自发向右进行。2CO(g)+O 2(g)=2CO 2(g)D 4Al 2O3(

7、s)+9Fe(s)=8Al(s)+3Fe 3O4(s)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H 2O(g)解：2CO(g)+O 2(g)=2CO 2(g)ArGm(298K)=2AfGm(CO2)2AfGm(CO)=2(-394.359)2(-137.168)=514.382 kJ mol-1 自发进行 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H 2O(g)ArGm=4 AfGm(NO)+6 A fGm(H2O,g)4&Gm(NH3)=4 86.55+6(-228.572)-4(-16.45)=959.432 kJ mol-1 自发进行 4Al 2O3(s)+9Fe(s)=8Al

8、(s)+3Fe 3。4(s)ArGm(298K)=3AfGm(Fe3O4)4AfGm(Al 2O3)=3(-1015.4)-4(-1582.3)=3283 kJ mol-1 不能自发进行 5.反应 CO2(g)+C(s)=2CO(g)在 298.15K 时能否自发进行？如不能自发进行，则 需要在什么温度条件下才能自发进行？(不考虑 AHm、ArSm随温度的变化)解：CO2(g)+C(s)=2CO(g)计算 ArGm(298.15K)ArGm(298.15K)=2 AfGm(CO)-AfGm(CO2)=2(-137.168)+394.359=120.023 kJ mol-1反应不能自发进行 Ar

9、Hm=2 A fHm(CO)-AfHm(CO2)=2(-110.525)+393.509=172.459 kJ mol-1 ArSm=2Sm(CO)-Sm(C)Sm(CO2)=2 197.674 5.74-213.74=175.868 J.mol 1.k 1 不考虑 ArHm、ArSm随温度的变化，反应可以自发进行，需要 ArGm(T)=ArH m T ArSm ArHm/ArSm=-103K=980.62K 175.868 需要在 980.62K 以上的温度下反应才可以自发进行 6.试分别计算反应 Hg(l)+1O2(g)=HgO(s)在 25C,600C 时的ArGm。并由计算 2 结果给

10、出关于氧化汞热稳定性的结论。解：Hg(l)+1 O2(g)=HgO(s)2 T=298K 时：ArHm=AfHm(HgO)=90.46 kJ mol-1 ArSm=Sm(HgO)-1/2Sm(O2)Sm(Hg,l)=71.1 1 205.138-76.02 2=107.489 J.mol 1.k 1 Ar Gm(298K)=Af Gm(HgO)=58.409 kJ m ol-1 由此可见 HgO 是稳定的 T=873K 时：假设 AHm,ArSm不随温度变化而变化 ArGm(873K)=ArHm T ASm=90.46 873(-107.489)10 3=3.378 kJ mol-1 此时 H

11、gO 不稳定 7.反应 2Ca(l)+ThO 2(s)=2CaO(s)+Th(s)在 T=1373K 时，ArGm=-10.46 kJ mol-1,T=1473K 时，ArGm=837 kJ mol-1,试估计 Ca(l)能还原 ThO2(s)的最高温度。解：2Ca(l)+ThO 2(s)=2CaO(s)+Th(s)由于&Hm,ArSm随温度变化很小，此题中忽略不计 T1=1373K:ArGm(1373K)=ArHm T1 NSm T2=1473K:ArGm(1473K)=ArHm T2 ASm 联立解得：&Hm=39.156 kJ mol-1,ArSm=20.9 J.mol 1.k 1 设

12、Ca(l)还原 ThO2(s)的最高温度是 T ArGm(T)=ArH m T ASm 0,ArSm 0 所以 T373 刈 03 Pa=83.6kPa 17.已 知反应 H2(g)+12(g)2HI(g)的 K(698K)=54.5，若将 2.0 X0-3mol H 2 气，5.0 10-2molI 2 蒸气和 4.0 10-3molHI 气体放 在 2L 的密闭容器中，试通过计算说明此时将有 更多的 HI 气体生成，还是有更多的 HI 分解。解：平衡时各物质的分压：P H2=c H2RT 103=0.001RT 103 P I2=c I2RT 103=0.025RT 103 P HI=c

13、HI RT 103=0.002RT 103 对应的相对分压为：P H2=P H2/P-0.001RT 103/P 0 P I2=PI2/P0.025RT 103/Pe P HI=P HI/P e=0.002RT 103/P。_ 2 P HI2(0002 反应冏 Q=P H2P|2=0.025 0.001=0.64 K(4200K),反应向逆方向进行。设平衡时 NO 转化了 2x,解得 x=10.52kPa 或 x=14.71(舍)由此得至 U:P(N2)=35.52kPa,p(O2)=35.52kPa p(NO)=3.96kPa 19.已知在 937 C 时，下列两平衡反应：Fe(s)+CO2

14、(g)FeO(s)+CO(g)K(1)=1.47 FeO(s)+H2(g)Fe(s)+H2O(g)K(2)=0.420 问在该温度下，反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H 2。(g)的 K 为多少？解：反应 CO2(g)+H 2(g)=CO(g)+H2O(g)是+，根据多重平衡规则可知：K=K1?K 2=1.47 0.420=0.62 20.N2O4按下式解离：N2O4(g)2NO2(g)已知 52 C达到平衡时有一半 N2O4解离，并知平 衡系统的总压力为 100kPa。问 Kp、K 各为多 少？解：设平衡时，N2O4的物质的虽为 n,根据题意可知，NO2的虽 为 2n 平衡时系统中

15、物质的总 H 为：n 总=n+2n=3n PN2O4=n N2O4 P总 nNO2 P ntt 一 心、PNO2=PNO22 PN2O4】(2 100 kPa/100 kPa)2 A 3 4 1=133 100kPa/100kPa 3：心。3 21.已知反应：C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)。在 T=298K,p(C2H6)=80kPa,p(C2H4)=p(H2)=3.0kPa 时，判断反应自发进行的方向。解：C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)ArGm=AfGm(C2H4)AfGm(C2H6)=68.15+32.8=100.95 kJ mol-1 ArGm=2.303RTlgK

16、0 100.95 103 IgK-ArGm/(2.303RT)=-=-17.7 2.303 8.31 298 所以 K0=1.99 10 18 反应商 Q=P 喝4/P=4=1.125 10F PC2H6/P 80 10 所以反应向逆反应方向进行 (PNQ)2 Kp=pN2o4 1P总 3 fa=133.3kPa K0(乒总/P)2 3P/P K(350K)。解：N2O4(g)2NO2(g)ArHm=2 m(NO 2)一 AH m(N 2O4)=2 33.18-9.16=57.2 kJ mol-1 ArSm=2Sm(NO 2)Sm(N2O4)=2 240.06 304.29=175.83 J.

17、mol 1.k 1 ArGm(298K)=2 AfGm(NO2)Af Gm(N2O4)=2 51.31-97.89=4.73 kJ mol-1 Ar Gm(298K)=2.303RTlg K 0(298K)=4.73 kJ mol-1 lg K 0(298K)=0.829 所以 Ke(298K)=0.148 ArGm(350K)=ArHm TArSm=57.2 350X175.83 刈 0 3=4.34 kJ mol-1 Ar Gm(350K)=2.303RTlg K 0(350K)=4.34 kJ mol-1 解得：K 0(350K)=4.45 23.计算反应 2Ag2O(s)4Ag(s)+

18、O 2(g)在 298KAg 2O 分解时氧气的分压。若 要使 Ag2。的分解压为 10kPa,反应的温度应是多少？解：2Ag 2O(s)4Ag(s)+O2(g)ArGm(298K)=2 AfGm(Ag2O)=2X(11.20)=22.4 kJ mol-1 ArGm(298K)=2.303RTlg K 0(298K)=22.4 kJ mol-1 解得：K 0(298K)=1.18 10 4 n _ _ _ PO 2 _ _ K 0(298K)=L=1.18 X10 4 所以 PO2=11.8Pa ArHm(298K)=2AfHm(Ag2O)=62.1 kJ mol-1 ArSm=Sm(O2)+

19、4Sm(Ag)2Sm(Ag 2O)=205.138+4 42.55-2 刈 21.3=132.738 J.mol 1.k 1 22.查有关热力学数据，计算反应:N2O4(g)2NO2(g)的 K(298K)和 .P。K0(TK)=。=0.1 Ar Gm(TK)=2.303RTlg K 0(TK)=A rHm T A-Sm 由此解得：T=408.9K 24.已知反应 CaCO(s)CaO(s)+CO(g)在 937K 时，K=2.8 和-8,在 1730K 时，K=1.0 103,问：该反应是吸热的还是放热的？反应的&Hm是多少？解：温度对平衡常数影响的公式为：.K2-Hm T2-T1 lg-=-K1 2.303R T1T2 由公式可知，温度升高 K2增大，系统为吸热反应 反应的 A-Hm可以用公式进行计算=4 K1 2.303R T1T2 3 1.0 10 rHm 1730-937 lg 2.8 10 8 2.303 8.314 1730 937 解得 A-Hm=413.034kJ mol-1