化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡

1、第4章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡1計(jì)算下列反應(yīng)的rHmy，rSmy。 N2(g) + O2 (g) = 2NO(g)Pt CaO(s) + H2O(l) = Ca(OH) 2 (s) 4NH3(g) + 5O2 (g) = 4NO(g) + 6H2O(l)V2O5 Fe2O3 (s) + 3CO(g) = 2Fe(s) + 3CO2 (g) 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g)答：N2(g) + O2 (g) = 2NO(g)rHmy=2fHmy（NO，g）=290.25=180.5kJ/molrSmy=2Smy（NO）- Smy（O2）- Smy（N2）=2210.761-

2、191.61-205.138=24.774J CaO(s) + H2O(l) = Ca(OH) 2 (s)rHmyfHmy（Ca（OH）2）-fHmy（H2O，l）-fHmy（CaO）-986.09+285.830+635.09 -65.17 kJ/molrSmySmy（Ca（OH）2）-Smy（H2O，l）-Smy（CaO）83.39-69.91-39.75-26.27 kJ/mol 4NH3(g) + 5O2 (g) = 4NO(g) + 6H2O(l)rHmy4fHmy（NO）+6fHmy（H2O，l）-4fHmy（NH3） 490.25+6（-285.83）-4（-46.11）-116

3、9.54 kJ/molrSmy6Smy（H2O，l）+4Smy（NO）-4Smy（NH3）5 Smy（O2） 669.91+4210.7614192.4551.k1 Fe2O3 (s) + 3CO(g) = 2Fe(s) + 3CO2 (g)rHmy3fHmy（CO2）3fHmy（CO）fHmy（Fe2O3） 3（393.509）3（110.525）+824.224.752 kJ/molrSmy3Smy（CO2）+2Smy（Fe）-3Smy（CO）Smy（Fe2O3） 3213.74+227.283197.67487.415.358 J.mol1.k1 2SO2 (g) + O2 (g) =

4、2SO3 (g)rHmy2fHmy（SO3 ，g）2fHmy（SO2） 2（395.72）2（296.830） 197.780 kJ/molrSmy2Smy（SO3 ，g）2Smy（SO2）Smy（O2）2256.762248.22205.138188.058 J.mol1.k12已知下列反應(yīng)的rHmy，求C2H2的fHmy=？ C(s) + O2 (g) = CO2 (g), rHmy (1) = 394 kJ·mol-1 H2 (g) + O2 (g) = H2O(l), rHmy (2) = 285.8 kJ·mol-1 C2H2 (g) +O2 (g) = 2CO2

5、 (g) + H2O(l), rHmy (3) = 1300 kJ·mol-1答：（1）+2得：C2H2 (g) O2 (g)+ H2 (g)+ O2 (g)+2 C(s)+2 O2 (g)0整理得：H2 (g)+ 2 C(s) C2H2 (g) fHmyrHmy（）rHmy（）+rHmy（）+2rHmy（） 1300285.82394226.2 kJ·mol-13計(jì)算下列反應(yīng)的rHmy，rGmy(298K)和rSmy，并用這些數(shù)據(jù)討論利用該反應(yīng)凈化汽車尾氣中NO和CO的可能性。 CO(g) + NO(g) = CO2 (g) + 1/2N2 (g)解：rHmyfHmy（C

6、O2）fHmy（NO）fHmy（CO） 393.50990.25+110.525 373.234 kJ·mol-1rGmyfGmy（CO2）fGmy（NO）fGmy（CO） 394.35986.55+137.168 343.741 kJ·mol-1rSmySmy（CO2）+1/2Smy（N2）Smy（NO）Smy（CO） 213.74+1/2191.61210.761197.674 98.89 J.mol1.k14計(jì)算下列反應(yīng)的rGmy(298K)，并判斷反應(yīng)能否自發(fā)向右進(jìn)行。 2CO(g) + O2 (g) = 2CO2 (g) 4NH3(g) + 5O2 (g) = 4

7、NO(g) + 6H2O(g) 4Al2O3 (s) + 9Fe(s)= 8Al(s) + 3Fe3O4 (s)解： 2CO(g) + O2 (g) = 2CO2 (g)rGmy(298K)2fGmy（CO2）2fGmy（CO） 2（394.359）2（137.168） 514.382 kJ·mol-1 自發(fā)進(jìn)行 4NH3(g) + 5O2 (g) = 4NO(g) + 6H2O(g)rGmy4fGmy（NO）+6fGmy（H2O，g）4fGmy（NH3） 486.55+6（228.572）4（16.45） 959.432 kJ·mol-1自發(fā)進(jìn)行 4Al2O3 (s) +

8、 9Fe(s)= 8Al(s) + 3Fe3O4 (s)rGmy(298K)3fGmy（Fe3O4）4fGmy（Al2O3） 3（1015.4）4（1582.3） 3283 kJ·mol-1不能自發(fā)進(jìn)行5反應(yīng)CO2 (g) + C(s) = 2CO(g) 在298.15K時(shí)能否自發(fā)進(jìn)行？如不能自發(fā)進(jìn)行，則需要在什么溫度條件下才能自發(fā)進(jìn)行？（不考慮rHmy、rSmy隨溫度的變化）解：CO2 (g) + C(s) = 2CO(g)計(jì)算rGmy(298.15K)rGmy(298.15K)2fGmy（CO）fGmy（CO2） 2（137.168）+394.359 120.023 kJ

9、3;mol-1 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行rHmy2fHmy（CO）fHmy（CO2） 2（110.525）+393.509 172.459 kJ·mol-1rSmy2Smy（CO）Smy（C）Smy（CO2） 2197.6745.74213.74 175.868 J.mol1.k1不考慮rHmy、rSmy隨溫度的變化，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，需要rGmy(T)rHmyTrSmy<0故T>rHmy/rSmy=103K=980.62K需要在980.62K以上的溫度下反應(yīng)才可以自發(fā)進(jìn)行6試分別計(jì)算反應(yīng)Hg(l) +O2 (g) = HgO(s)在25，600時(shí)的rGmy。并由計(jì)算結(jié)果給出關(guān)于

10、氧化汞熱穩(wěn)定性的結(jié)論。解：Hg(l) +O2 (g) = HgO(s)T298K時(shí)：rHmyfHmy（HgO）90.46 kJ·mol-1rSmySmy（HgO）1/2Smy（O2）Smy（Hg，l） 71.1205.13876.02 107.489 J.mol1.k1rGmy（298K）fGmy（HgO）58.409 kJ·mol-1由此可見HgO是穩(wěn)定的T873K時(shí)：假設(shè)rHmy，rSmy不隨溫度變化而變化rGmy(873K)rHmyTrSmy 90.46873（107.489）103 3.378 kJ·mol-1此時(shí)HgO不穩(wěn)定7反應(yīng)2Ca(l) +ThO2

11、 (s) = 2CaO(s) +Th(s) 在T =1373K時(shí)，rGmy= 10.46 kJ·mol-1，T = 1473K時(shí)，rGmy= 8.37 kJ·mol-1，試估計(jì)Ca(l)能還原ThO2 (s)的最高溫度。解：2Ca(l) +ThO2 (s) = 2CaO(s) +Th(s)由于rHmy，rSmy隨溫度變化很小，此題中忽略不計(jì)T11373K：rGmy(1373K)rHmyT1rSmy T21473K：rGmy(1473K)rHmyT2rSmy 聯(lián)立解得：rHmy39.156 kJ·mol-1，rSmy20.9 J.mol1.k1設(shè)Ca(l)還原ThO

12、2 (s)的最高溫度是TrGmy(T)rHmyTrSmy<0，rSmy<0所以T<rHmy/rSmy=39.156/20.9=1873.5K8已知H2和Cl2生成HCl的反應(yīng)速率與c(H2)成正比，又與c(Cl2)1/2成反比。寫出反應(yīng)的速率方程式。解：vkC（H2）C(Cl2)-0.59在一定的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)2NO(g) + Cl2 (g)= 2NOCl(g)為基元反應(yīng)。 寫出該反應(yīng)的速率方程式； 其它條件不變，如果將容器的體積增加到原來的2倍，反應(yīng)速率如何變化？ 如果容器體積不變，將NO的濃度增加到原來的3倍，反應(yīng)速率又將如何變化？解：vkC（Cl2）C(NO)2體積增

13、加到原來的2倍，濃度則相應(yīng)減少到原來的0.5vk0.5C（Cl2）0.5C(NO)20.125kC（Cl2）C(NO)2vkC（Cl2）3C(NO)29kC（Cl2）C(NO)2 10A(g) B(g)為二級(jí)反應(yīng)。當(dāng)c(A)= 0.50 mol·L-1時(shí)，其反應(yīng)速率為1.2 mol·L-1·min-1。 寫出該反應(yīng)的速率方程； 計(jì)算速率常數(shù)； 溫度不變時(shí)，欲使反應(yīng)速率加倍，A的濃度應(yīng)是多少？解：A(g) B(g)二級(jí)反應(yīng)，速率方程是：vkc(A)2,v=1.2 mol·L-1·min-1時(shí)c(A)= 0.50 mol·L-1，代入方程

14、中，得k4.8 L·mol-1·min-1所以v4.8c(A)2k4.8 L·mol-1·min-1c(A)=0.5=0.7 mol·L-111在660K時(shí)，反應(yīng)2NO + O2 = 2NO2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：序 號(hào)起始濃度/ mol·L-1起始速率/ mol·L-1·s-1c(NO)c(O2)1230.0100.0100.0300.0100.0200.0202.5×10-35.0×10-34.5×10-2寫出該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式,并確定反應(yīng)級(jí)數(shù)是多少。解：2NO + O2 = 2NO2

15、設(shè)速率方程是vkc(NO)ac(O2)bc1(O2)=0.010 mol·L-1時(shí)v12.5 mol·L-1·s-1c2(O2)=0.020 mol·L-1時(shí)v25.0 mol·L-1·s-1v2/ v1=c2(O2)b/c1(O2)b=2b=2所以b1c1（NO）/ c2（NO）=1/3時(shí)v1/ v25/45=c1(NO)a/c2(NO)a=()a所以a2反應(yīng)級(jí)數(shù)na+b3所以此反應(yīng)是3級(jí)反應(yīng)12設(shè)某反應(yīng)的溫度在室溫下升高10，反應(yīng)的速率增加1倍，問該反應(yīng)的活化能是多少？解：v1/ v2k1/k21/2=exp(-)所以0.5exp

16、(-)對(duì)上式兩邊去自然對(duì)數(shù)可得到lnT1298K，T2308K代入上式解得Ea52.885 kJ·mol-113在T=298K時(shí)，反應(yīng)2N2O(g) 2N2(g) + O2(g)，Ea=240 kJ·mol-1。若以Cl2作為該反應(yīng)的催化劑，催化反應(yīng)的Ea=140 kJ·mol-1。問：催化后反應(yīng)速率提高了多少倍？催化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能是多少？解：由lg得：lg17.534所以3.42×1017rHmy=E正E逆rHmy=fHmy(O2)+2fHmy(N2)-2fHmy(N2O)=-2×82.05=-164.1kJ/molE正=140 kJ/m

17、ol所以E逆=140+164.1=304.1 kJ/mol 14密閉容器中CO和H2O在某溫度下反應(yīng) CO(g) + H2O(g) CO2 (g) + H2 (g)平衡時(shí)，設(shè)c(CO)=0.1 mol·L-1，c(H2O)=0.2 mol·L-1，c(CO2)=0.2 mol·L-1，問此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Ky=？反應(yīng)開始前反應(yīng)物的濃度各是多少？平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率是多少？解：平衡時(shí)各組分的分壓根據(jù)公式PViniRT計(jì)算可知： PciRT103平衡時(shí)H2的濃度應(yīng)該等于CO2的濃度，那么PCOcCORT1030.1RT103P H2Oc H2O RT1030.2RT

18、103P CO2c CO2RT1030.2RT103P H2cH2RT1030.2RT103對(duì)應(yīng)的相對(duì)分壓為：PCO= PCO/P= 0.1RT103/PP H2O= P H2O /P= 0.2RT103/PP CO2= P CO2/P= 0.2RT103/PP H2= P H2/P= 0.2RT103/PKy= 2從方程式可知，1molCO可以生成1molCO2所以反應(yīng)開始前反應(yīng)物的濃度為：cCO0.1+0.20.3 mol·L-1c H2O0.2+0.20.4 mol·L-1平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率是：CO的轉(zhuǎn)化率66.715要使上例平衡時(shí)系統(tǒng)中CO的轉(zhuǎn)化率為80%，問反應(yīng)前

19、CO 和H2O的物質(zhì)的量之比應(yīng)為多少？解：設(shè)開始時(shí)CO的濃度為1 mol·L-1，H2O的濃度為x mol·L-1平衡常熟K2，解得x2.4所以反應(yīng)前CO和H2O的物質(zhì)的量之比=16已知反應(yīng)CO(g) + Cl2(g)COCl2 (g)在密閉容器中進(jìn)行，373K時(shí)Ky = 1.5×108， 反應(yīng)開始時(shí)c(CO)=0.035 mol·L-1，c(Cl2)=0.027 mol·L-1，c(COCl2)=0mol·L-1。計(jì)算373K反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓及CO的轉(zhuǎn)化率。解：設(shè)平衡時(shí)COCl2的濃度xmol·L-1平衡常數(shù)Ky

20、=1.5×108解得x0.027或0.035(舍)CO的轉(zhuǎn)化率: 平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓：PCOcCORT103(0.0350.027)×8.314×373×103Pa24.8kPaP Cl2c Cl2RT103（0.0270.035×0.771）×8.31×373×103 Pa0.046kPaP COCl2c COCl2RT1030.035×0.771×8.31×373×103 Pa83.6kPa17已知反應(yīng) H2(g) + I2(g) 2HI(g)的Ky(698K) = 54

21、.5，若將2.0×10-3mol H2 氣，5.0×10-2molI2蒸氣和4.0×10-3molHI氣體放在2L的密閉容器中，試通過計(jì)算說明此時(shí)將有更多的HI氣體生成，還是有更多的HI分解。解：平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓：P H2c H2RT1030.001RT103P I2c I2RT1030.025RT103P HIc HI RT1030.002RT103對(duì)應(yīng)的相對(duì)分壓為：P H2= P H2/P= 0.001RT103/PP I2= P I2/P=0.025RT103/PP HI= P HI /P= 0.002RT103/P反應(yīng)商Q0.64< Ky(698K

22、) = 54.5所以反應(yīng)向生成HI的方向進(jìn)行，將由更多的HI氣體生成。 18已知平衡反應(yīng)：N2(g) + O2(g) 2NO(g)。在T=4200K時(shí)測(cè)得平衡系統(tǒng)中各氣體的分壓分別是： p(N2)=51kPa，p(O2)=75kPa，p(NO)=6.9kPa，試問： Ky(4200K) = ? 若將N2、O2和NO的分壓均為25kPa的氣體混合物加熱至4200K，平衡時(shí)各氣體的分壓是多少?解：Ky(4200K) =0.0124Q(4200K) =1> Ky(4200K),反應(yīng)向逆方向進(jìn)行。設(shè)平衡時(shí)NO轉(zhuǎn)化了2x， Ky(4200K)=0.0124=解得x10.52kPa或x14.71(舍

23、)由此得到：p(N2)=35.52kPa，p(O2)=35.52kPa p(NO)=3.96kPa 19已知在937時(shí)，下列兩平衡反應(yīng)： Fe(s) + CO2 (g) FeO(s) + CO(g) Ky (1) = 1.47 FeO(s) + H2 (g) Fe(s) + H2O(g) Ky (2) = 0.420問在該溫度下，反應(yīng)：CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g)的Ky為多少？解：反應(yīng)CO2 (g) +H2(g) =CO (g)H2O(g) 是，根據(jù)多重平衡規(guī)則可知：KyK121.470.4200.6220N2O4按下式解離： N2O4(g) 2NO2 (

24、g)已知52達(dá)到平衡時(shí)有一半N2O4解離，并知平衡系統(tǒng)的總壓力為100kPa。問Kp、Ky各為多少？解：設(shè)平衡時(shí)，N2O4的物質(zhì)的量為n，根據(jù)題意可知，NO2的量為2n平衡時(shí)系統(tǒng)中物質(zhì)的總量為：n總n+2n3nKPkPa133.3kPaK1.3321已知反應(yīng)：C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)。在T=298K，p(C2H6)=80kPa，p(C2H4)=p(H2)=3.0kPa時(shí)，判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。解：C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)rGmyfGmy（C2H4）fGmy（C2H6） 68.15+32.8 100.95 kJ·mol-1rGmy2.303RTlgKlgKrGmy/(2.303RT)=-17.7所以K1.991018反應(yīng)商Q1.125103>K所以反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行22查有關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，計(jì)算反應(yīng)： N2O4(g) 2NO2 (g) 的 Ky(298K) 和 Ky (350K)。解：N2O4(g) 2NO2 (g)rHmy2fHmy（NO2）fHmy（N2O4） 233.189.1657.2 kJ·mol-1rSmy2Smy（NO2）Smy（N2O4）2240.06304.29175.83 J.mol1.k1rGmy（298K）2fGmy（NO2）fGmy（N2O4） 251.3197.89 4.