第5章化學平衡原理習題及全解答

第5章化學平衡原理習題及全解答(2)PbI2(2)PbI2(s)==Pb2+(aq)+2I-(aq)(1)CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H20(1)2(g)+H2O(l)==HCl(aq)+HClO(aq)-2(g)+H2O(l)==HCl(aq)+HClO(aq)-(aq)+H2O(l)==HCN(aq)+OH-(aq)相對壓力)相對濃度)(5)ZnS(s)+2H +(aq)==Zn2+(aq)+H2s(g)(6)CNTOC\o"1-5"\h\zK0_ PCO2/P _ PCO2答：⑴(2)(4)⑸(6)P一(PCH4/P0)(P02/P)2-P答：⑴(2)(4)⑸(6)2 —2Kc—(CPb2+/c)4%/c)—cPb2+cI- (i/B/ /八2Kp=(Pc。/P)K =cH+Cci-Chcio/(Pc"p)I，e u / e\/ 2K =cZn2+(Ph2s/P)/cH+K =CHCNcOH-/cCN-2.填空題，一_.r—,—-.、， 一，、一一，、一一一，、 .___.. .-1rr--~如—.~.r.⑴對于反應(yīng)：C(s)+CO2(g)==2CO(g),aHm(298.15K)=172.5kJmol,填與下表:k正k逆U逆K平衡移動力向增加總壓力升高溫度加催化劑(2)一定溫度下，反應(yīng)PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)達到平衡后，維持溫度和體積不變,向容器中加入一定量的惰性氣體，反應(yīng)將移動。(3)對化學反應(yīng)而言，AGm是的判據(jù)，ArGm是的標志，若&Gm=&Gm,則反應(yīng)物和生成物都處于狀態(tài)。答：⑴k正k逆u正U逆K平衡移動力向增加總壓力小艾小艾增加增加小艾向左升高溫度增加增加增加增加增加向右加催化劑增加增加增加增加小艾小艾(2)不。充入惰性氣體，總壓增大，但溫度和體積不變，參與反應(yīng)的各物種的分壓不變，平衡不移動。(3) 反應(yīng)方向；反應(yīng)進行傾向性；平衡。3.氧化亞銀遇熱分解： 2Ag2O(s)==4Ag(s)+O 2(g)。已知A&O的&Hm=-31.1kJmol-1,-1&Gm=-11.2kJ-mol。求：(1)在298K時Ag2O-Ag體系的pO2=?(2)Ag2。的熱分解溫度是多少(在分解溫度,Po=100kPa)?-1 -1解.(1) 4Hm=乙比AHm—62.2kJmOl 4Gm 隨AfGm—22.4kJmOlKp—Po2/p,根據(jù)lnK=—4Gm(T)/RT,當T=298K時，lnK--22.4103/(8.314298)--9.04K=1.210，pO2=1.2104100=1.2102kPa=12Pa(2) 在分解溫度，PO2=100kPa,K=1.0,△rGm(T)=0根據(jù)Gibbs方程：AGm(T)=4Hm-TASm,T=&Hm/&Sm根據(jù)3Hm、4sm隨溫度變化不大，故： &rHm(T)%&rHm(298)—62.2kJ，mol

.?『Sm(T):?????rSm(298)=」rHm(298)frGm(298)=0.134kJmol-1K-1

298T分解=&Hm/&Sm=465KIK2(T2) .、HmT2—1ln； 二 二 或者：根據(jù)van'tHoff方程： K1(T1) R町1安，_ _ _4_ _ 、 _ Ki(298)=1.2X10一,K2(T分解)=1,解得：口解=465K。4.已知反應(yīng)4.已知反應(yīng)C(s)+CO2(g)==2CO(g)K1=4.6(1040K),k2=0.50(940K)⑴(2)⑶解:上述反應(yīng)是吸熱還是放熱反應(yīng)？ &Hm在940K的&G⑴(2)⑶解:上述反應(yīng)是吸熱還是放熱反應(yīng)？ &Hm在940K的&Gm=?該反應(yīng)的&Sm=?溫度降低,向放熱方向移動，又平衡常數(shù)減小，即向左移動，故而此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。lnK2(T2)=,Hm根據(jù)vani_rHm二RlntHoff方程:K2(T2)/K-TKi(T)TiT25 1=1.8010JmolK1(T1) R T1最，代入數(shù)據(jù)，得:0.50940-1040=8.314ln/4.69401040一一2.. .-1=1.8010kJmol(2)⑶5.已知lnK- ；r(2)⑶5.已知lnK- ；rGm(T)/RT.\Gm(940)-FTlnK=8.314940ln0.5根據(jù). =5417J/mol=5.417kJ/molGibbS方程：AGm(T)=ArHm-T△Sm,2rHm-rGm1.810-5.4 -1 -1 2 -1 -1.rSm 0.19kJmolK=1.910JmolK9402NO(8)+Br2(g)==2NOBr(g)是放熱反應(yīng)， K=1.16102(298K)。判斷下列各種起始狀態(tài)反自發(fā)進行的方向。狀態(tài)溫度T/K起始分壓p/kPaPNOPB「2PNOBrI2980.010.010.045II2980.100.010.045III2730.100.010.1082q二(PNOBr/P)

反應(yīng)商：[PNO/P)2(PBr2/P)Qi(PNOBr/p) 2(0.045/100)Qi(PNOBr/p) 2(0.045/100)I:向左自發(fā)進行;II(Pno/P)2(Pb,2/P)一(0.01/100)240.01/100)=2.025105K(298)=1.16102Qii(PNOBr1P) 2(0.045/100)"(Pno/P)2(PBr2/p)一(0.1/100)240.01/100)=2.025103K(298)=1.16102,向左自發(fā)進行;QIII(PNOBr/QIII(PNOBr/p)II2(Pno/p)(PBr2/p)一__ 2(0.108/100) 4= 7 1 =1.166104(0.1/100)2(0.01/100),又此反應(yīng)為放熱反，但具體高出多少，無法判斷！因此無法判斷自發(fā)方△，但具體高出多少，無法判斷！因此無法判斷自發(fā)方△fGm(CO)=-137.2kJmol-1，試求:應(yīng)，只能定性判斷K(298)<K(273)向！-16.已知4Gm(COC2=)204.6kJmol,

(1)下述反應(yīng)在25c時的平衡常數(shù)&:CO(g)+Cl2(g) COCl2(g)(2)若△Hm(COCl2)=-218.8kJmol-1,—Hm(CO)=-110.5kJmol-1,問以上反應(yīng)在373K時平衡常數(shù)是多少？(3)由此說明溫度對平衡移動的影響。-1解.(I) ；rGm='、-..B.\fGm-204.6(_1)(-137.2)--67.4kJmol根據(jù)：lnK=_&Gm(T)/RT,lnK=27.2,K=6x1011(2) ；,Hm="；，B*Hm--218.8(_1)(-110.5)--108.3kJmol-1-1 ._-1△rSm=(."：rHm-.VGm)/T=-0.137kJmolK.\Gm(373)=.*Hm-T.\rSm=-57.2kJmol-1K=1108可見，溫度升高，平衡向吸熱即逆反應(yīng)方向移動。對于此放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)減小。7.某溫度下，Br2和C12在CC14溶劑中發(fā)生下述反應(yīng)： Br2+Cl2=2BrCl,平衡建立時，端=琮：2=0.0043molL-1，cBqC=0.0114molL-1,試求:（1）反應(yīng)的平衡常數(shù)K。（2）如果平衡建立后，再加入0.01molL-1的Br2至系統(tǒng)中（體積變化可忽略），計算平衡再次建立時， 系統(tǒng)中各組分的濃度。（3）用以上結(jié)果說明濃度對化學平衡的影響。K=cBrCl=7.0解：（1） 52a（2） 設(shè)平衡再次建立時，Cl2的濃度為xmolL-1,則濃度關(guān)系為：Br2+Cl2=2BrCl初次平衡時： 0.0043 0.0043 0.0114變化量： 0.0043-x 0.0043-x 2 （0.0043-x）再次平衡時： 0.01+xx0.02-2x0.01-x 0.0043-x 0.0114+2xTOC\o"1-5"\h\z2 2 2=7.0=7.0K—" - -- T~(0.043—x)(0.01—x) 0.00043-0.043x一0.0僅x _ ____ 20.000130.0456x4xK= -=70.00043-0.053xx_ 2 — —20.000130.0456x4x=0.00301-0.371x7x23x-0.3254x0.00288=0?一一一、2(0.02-2x)TOC\o"1-5"\h\zK=( -=7.0 3 3x(0.01+x) ,解得：x=2.5X10-moldm2 -1c2 -1cRrC 1.510-molLBrClocCl=2.510-molL cBr=1.2510-molL2 ； 2 ；可見，增加反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，以消除這種影響。但不能完全消除，被增加的物種 Br2的濃度比初次平衡濃度高，其轉(zhuǎn)化率也是降低的。相應(yīng)Cl2的轉(zhuǎn)化率提高了。8.下列反應(yīng)：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在427c和527c時的K分別為1.0M05和1.1M02,求在該溫度范圍內(nèi)應(yīng)倉的 HHOrmlnk2(T2)=AHmT2-T1解： 根據(jù)van'tHoff方程：ki(工)R、甌，代入數(shù)據(jù)，得：1.1102,527-427jHm=8.314ln5/-1.010800700=-3.17105Jmol-1=-3.17102kJmol-19.已知1000K時，CaCO3分解反應(yīng)達平衡時CO2的壓力為3.9kPa,維持系統(tǒng)溫度不變,

在以上密閉容器中加入固體碳， 則發(fā)生下述反應(yīng)：(1)C(s)+CO2(g)=2CO(g);(2)CaCO3(s)1.9求反應(yīng)(2)的平衡常數(shù)以及平衡時+C(s)=CaO(s)+2CO(g),若反應(yīng)1.9求反應(yīng)(2)的平衡常數(shù)以及平衡時CO的分壓。解：(1)C(s)+CO 2解：(1)C(s)+CO 2(g)=2CO(g)CaCO3(s)+C(s)=CaO(s)+2CO(g)K1=1.9CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

可見，(2)=⑴+(3) ,故而：K2=(PcO/P)k2=?K3=pCO2/p=3.9/100=0.039K2=Ki=0.074根據(jù)平衡表達式：pCO=0.074100=27(KPa).PC15遇熱按PCl5(g)==PCl3(g)+Cl2(g)式分解。2.695gPC15裝在1.00L的密閉容器中,在523K達平衡時總＞壓力為100kPa。(1)求PCI5的摩爾分解率及平衡常數(shù) K。(2)當總壓力l000kPa時，PC%的分解率(mol)是多少？(3)要使分解率低于l0%,總壓力是多少？解：⑴PCl設(shè)C12的平衡時物質(zhì)的量為5(g)起始：2.695/208.2=0.0129mol平衡時：0.0129-xPCl0x根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：pV1001.00 ,—= =0.0230molRT8.314523xmol。3(g)0xpV=nR「+Cl2(g)p總=100kPa,n總(0.0129PCl-x)+x+x=0.0230x=0.0101mol5的摩爾分解率為：d%=0.0101/0.0230pPCl3=pCq2=p^=100x-0^101=43.9kPa pPC0.0230 ,15100%=78.3%…0.0129-0.0101,=100 =12kPa0.0230(pPCb/p)(pC：/p)(43.9/100)(pPCl,/p)12/1002-=1.6(2)pV1001.000根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT,p總=1000kPa,n總=0.230molRT8.314523可見即使(1)中裝入的PCl5完全分解也是不夠的,PCl5或者容器體積被大幅度壓縮了。好在題目要求的是這表明此問可能裝入了更多的PCl5的分解率(mol),因此可以假設(shè)起始裝入PC15的量為a,摩爾分解率為x。PCl起始：平衡時:平衡時,eq eqPpc13=Pc12=郎xi=P竭+x5(g)aa(1-x)n總=a(1xeq

pPCl(pPC/p)(pCh/p)p'總(}解得:,eq(pPCl5/p)x=0.37,p1-x1-x即分解率為PCl0ax3(g) +0axCl2(g)-x)+ax+ax=a(1+x)1-x=P喟+x2生二J=1.6p1-x37%當分解率x當分解率xp總=1.6父104kPa2K衛(wèi)_j=1.6

M10%時，根據(jù)： p1—x,解得:即要使分解率低于10%總壓力應(yīng)大于1.6父104kPa。K1K1(292K)=85.5。若在O2在水中溶解度為2.3M0-4moiL-1,試求反應(yīng)Hb(aq)+.已知血紅蛋白(Hb)的氧化反應(yīng)292K時，空氣中po2=20.2kPa,HbO2(aq)+O2(g) HbO2(aq)的O2(aq)HbO2(aq)的p(292K)和AGm(292K)。解:HbO2(aq)+O2(g) HbO2Hb(aq)+O2(aq) HbO2(aq)O2(g) O2(aq)K1(292K)=85.5K2(292K)=?eq/Co,/CK3(292K)=—2一P5__一4,一2.310-/1.00…“3 =1.1410-20.2/100可見，=&(292K)=K2=K1/K385.5 43=7.5101.1410- ._ __ _3 ___ _4 .-1-RTlnK=8.31410—292ln7.510=-27.2JkJmol12.已知：CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)的K=62(1500K),在此溫度下CO2又有部分分

解成CO,即CO2==CO+1/2O2。若將1.0mo1CaCO3裝入1.0L真空容器中，加熱到1500K達平衡時，氣體混合物中 O2的摩爾分數(shù)為0.15。計算容器中的nCaO。解:CaCQs)==CaO(s)+COK二(PCO2/p)=622(g) K=62pCO2=6.2103kPa根據(jù)：又y,平衡時nO2xO2二pV=nRTCO20.50moly/2n總 0.50+y+y/2nCO2CO=0.50mol+ 1/2O1/2y=0.15y=0.27mol2,設(shè)平衡時CO的物質(zhì)的量%a。=%。2-nCO=0.77mol13.已知反應(yīng)CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的AHm-1=-41.2kJmol)kPa、溫度為373K時，將等物質(zhì)的量的CO和H2O反應(yīng)。待反應(yīng)達平衡后,在總壓為10013.已知反應(yīng)CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的AHm-1=-41.2kJmol)kPa、溫度為373K時，將等物質(zhì)的量的CO和H2O反應(yīng)。待反應(yīng)達平衡后,在總壓為100測得CO2的分壓為49.84kPa,解:設(shè)起始反應(yīng)時求該反應(yīng)的標準摩爾嫡變。CO和H2O的物質(zhì)的量均為n,14.起始/mol：平衡/mol：CO(g)nn-a+Hnn-a2O(g)0a平衡時生成H2a,則：H2(g)+CO2(g)aPco2=P總XCO2=p總一2n=49.84kPa解得：a=0.9968n 。n-a n-0.9968npCO=Ph2O=P總c=%c22n 2n0.0032n=100 =0.16kPa2n(Ph2/P)(Pco2/p) (49.84/100)22(Pco/P)(PH2O/P) (0.16/10