物理化學(xué)上冊(cè)第五版天津大學(xué)出版社第五章化學(xué)平衡習(xí)題答案

物理化學(xué)上冊(cè)第五版天津大學(xué)出版社第五章化學(xué)平衡習(xí)題答案5-1在某恒定的溫度和壓力下，取的A（g）進(jìn)行如下反應(yīng)：若，試證明，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度時(shí)，系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)G值為最小，這時(shí)A，B間達(dá)到化學(xué)平衡。證明：設(shè)開(kāi)始時(shí)，A的物質(zhì)的量為，B的物質(zhì)的量為，而反應(yīng)過(guò)程中A、B的物質(zhì)的量分別為與，此時(shí)系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)為設(shè)反應(yīng)從A開(kāi)始時(shí)，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度時(shí)，，，及代入上式得或這就證明了若，反應(yīng)進(jìn)度時(shí)，系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)G值為最小，此時(shí)，A，B間達(dá)到化學(xué)平衡。5-2已知四氧化二氮的分解反應(yīng)在298.15K時(shí)，。試判斷在此溫度及下列條件下，反應(yīng)進(jìn)行的自發(fā)方向：（1）；（2）；（3）。解：（1），反應(yīng)向左；（2），反應(yīng)向右；（3），反應(yīng)向左。5-31000K時(shí)，反應(yīng)的?，F(xiàn)有與碳反應(yīng)的氣體，其中含有（CH4）=0.10，（H2）=0.80，（N2）=0.10。試問(wèn)：（1）T=1000K，p=100kPa時(shí)，等于多少，甲烷能否形成？（2）在T=1000K下，壓力需增加到若干，上述合成甲烷的反應(yīng)才能進(jìn)行？解：先求反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（1），＞0（），反應(yīng)向左，甲烷不能形成。（2）只有時(shí)，才能形成甲烷：解得p≥161.1kPa5-4已知同一溫度，兩反應(yīng)方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡闡述如下：求下列反應(yīng)的。解：已知如下三個(gè)反應(yīng)：（1）（2）（3）顯然（3）=（2）-（1）因而有故得=/5-5已知同一溫度，兩反應(yīng)方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡闡述如下：求下列反應(yīng)的。解：已知如下三個(gè)反應(yīng)：（1）（2）（3）顯然（3）=2×（2）-（1）因而有故得=（）2/5-6在一個(gè)抽空的容器中引入氯和二氧化硫，若它們之間沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)，則在375.15K時(shí)分壓分別為47.836kPa和44.786kPa。將容器保持在375.15K，經(jīng)一定時(shí)間后，壓力變?yōu)槌?shù)，且等于86.096kPa。求反應(yīng)的Kθ。解：平衡時(shí)：∑pB=p總5-7使一定量1∶3的氮、氫混合氣體在1174K，3Mpa下通過(guò)鐵催化劑以合成氨。設(shè)反應(yīng)達(dá)到平衡。出來(lái)的氣體混合物緩緩地通入20cm3鹽酸吸收氨。用氣量計(jì)測(cè)得剩余氣體的體積相當(dāng)于273.15K，101.325kPa的干燥氣體（不含水蒸氣）2.02dm3。原鹽酸溶液20cm3需用濃度為52.3mmol·dm-3的氫氧化鉀溶液18.72cm3滴定至終點(diǎn)。氣體通過(guò)后則需用同樣濃度的氫氧化鉀溶液15.17cm3。求1174k時(shí)反應(yīng)2的Kθ。解：5-8五氯化磷分解反應(yīng)在200℃時(shí)的Kθ=0.312，計(jì)算：（1）200℃、200kPa下PCl5的離解度；（2）組成1∶5的PCl5與Cl2的混合物，在200℃、101.325kPa下PCl5的離解度。解：平衡時(shí)各物質(zhì)的設(shè)為，p總=200kPa（2）平衡時(shí)各物質(zhì)的量設(shè)為，，p總=101.325kPa5-9在994K，使純氫氣慢慢地通過(guò)過(guò)量的CoO（s），則氧化物部分地被還原為Co（s）。流出來(lái)的平衡氣體中氫的體積分?jǐn)?shù)（H2）=2.50%。在同一溫度，若用CO還原CoO（s），平衡后氣體中一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)（CO）=1.92%。求等摩爾的一氧化碳和水蒸氣的混合物在994K下，通過(guò)適當(dāng)催化劑進(jìn)行反應(yīng)，其平衡轉(zhuǎn)化率為多少？解：平衡時(shí)2.50%97.5%平衡時(shí)1.92%98.08%由反應(yīng)（2）-（1）得++平衡時(shí)（1-α）mol（1-α）molαmolαmol5-10在真空的容器中放入故態(tài)的NH4HS，于25℃下分解為NH3與H2S，平衡時(shí)容器內(nèi)的壓力為66.66kPa。（1）當(dāng)放入NH4HS時(shí)容器中已有39.99kPa的H2S，求平衡時(shí)容器中的壓力；（2）容器中原有6.666kPa的NH3，問(wèn)需多大壓力的H2S，才能形成NH4HS固體？解：（1）NH4HSH2S（g）+NH3（g）初始分壓39.99kPa0平衡分壓p+39.99kPap（2）只有時(shí)，才能形成NH4HS：解得≥166kPa5-11現(xiàn)有理想氣體間反應(yīng)A（g）+B（g）C（g）+D（g），開(kāi)始時(shí)，A與B均為1mol，25℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，A與B的物質(zhì)的量各為。（1）求此反應(yīng)的Kθ；（2）開(kāi)始時(shí)，A為1mol，B為2mol；（3）開(kāi)始時(shí)，A為1mol，B為1mol，C為0.5mol；（4）開(kāi)始時(shí)，C為1mol，D為2mol。分別求反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)C的物質(zhì)的量。解：（1）（2）（3）（4）5-12將1molSO2與1molO2的混合氣體在101.325kPa及903K下通過(guò)盛有鉑絲的玻璃管，控制氣流速度，使反應(yīng)達(dá)到平衡，把產(chǎn)生的氣體急劇泠卻，并用KOH吸收SO2及SO3，最后量得余下的氧氣在101.325kPa、273.15K下體積為13.78dm3，試計(jì)算反應(yīng)在903K時(shí)的及。解：5-13383.15K、60.483kPa時(shí)，從測(cè)定醋酸蒸氣的密度所得到的平均摩爾質(zhì)量是醋酸單分子摩爾質(zhì)量的1.520倍。假定氣體分子中含有單分子及雙分子。求下列反應(yīng)的。解：設(shè)蒸氣中雙分子的摩爾分?jǐn)?shù)為x2，單分子摩爾質(zhì)量為M15-14（1）在1120℃下用H2還原FeO（s），平衡時(shí)混合氣體中H2的摩爾分?jǐn)?shù)為0.54。求FeO（s）的分解壓。已知同溫度下（2）在煉鐵爐中，氧化鐵按如下反應(yīng)還原求1120℃下，還原1moLFeO起碼需要CO若干摩爾？已知同溫度下解：（1）（1）平衡時(shí)：（2）由反應(yīng)（1）+（2）得（2）（3）（4）由反應(yīng)（3）-（4）得初始時(shí)1moln00平衡時(shí)n-1mol1mol1mol所以起碼需要CO的物質(zhì)的量為3.38mol。5-15求下列反應(yīng)在298.15K下平衡的蒸氣壓：（1）(2)(3)已知各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)（298K）如下：物質(zhì)-1879.6-1399.8-917.0-661.8-228.6解：（1）（2）（3）5-16已知下列數(shù)據(jù)（298.15K）：物質(zhì)C（石墨）H2（g）N2（g）O2（g）CO（NH2）2（s）5.740130.68191.6205.14104.6-393.51-285.8300-631.66物質(zhì)NH3（g）CO2（g）H2O（g）-16.5-394.36-228.57求298.15K下CO（NH2）2（s）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)以及下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ。解：5-17已知25℃時(shí)AgCl（s），水溶液中Ag+，Cl-的分別為–109.789kJ·mol-1，77.107kJ·mol-1，-131.22kJ·mol-1。求25℃下AgCl（s）在水溶液中的標(biāo)準(zhǔn)溶度積及溶解度s。解：溶解反應(yīng)方程為bb1.763×10-101.763×10-10=所以;b=1.3279×10-5mol·kg-1AgCl的摩爾質(zhì)量為143.32g，所以，s=13.279×10-5×143.32·kg-1=0.00190g/1000g=0.019g/100g5-18利用附錄十、附錄十一的數(shù)據(jù)計(jì)算25℃水溶液中碳酸解離反應(yīng)的，。解：由附錄十、附錄十一得-623.08-699.65187.4-586.77691.9991.2-527.81677.14-56.94.35×10-74.685×10-11（由及求，進(jìn)而求及略）5-19利用附錄十、附錄十一的數(shù)據(jù)計(jì)算25℃水溶液中配離子如下反應(yīng)的不穩(wěn)定常數(shù)。解：由附錄十、附錄十一得77.107105.57972.68-26.50-80.29111.30-17.12-111.29245.25.9×10-8（由及求，進(jìn)而求略）5-20已知298.15K時(shí)，CO(g)和CH3OH(g)的分別為-110.52和-200.7kJ·mol-1。CO(g)、H2(g)、N2(g)、CH3OH(l)的分別為197.67、130.68、127J·mol-1·K-1。又知298.15K時(shí)甲醇的飽和蒸氣壓為16.59kPa，=38.0kJ·mol-1，蒸氣可視為理想氣體。利用上述數(shù)據(jù)，求298.15K時(shí)反應(yīng)的及Kθ。解：據(jù)題意畫(huà)出如下方框圖：CH3OH(l)CH3OH(l)298K，100kPa1molCH3OH(g)298K，100kPa1molCH3OH(l)298K，16.59kPa1molCH3OH(g)298K，16.59kPa1mol△S1△S2△S3△S1≈0△S2=/T=（38.0×103/298.15）J·mol-1·K-1=127.45J·mol-1·K-1△S3={8.314ln（16.59/100）}J·mol-1·K-1=-14.94J·mol-1·K-15-21在高溫下水蒸氣通過(guò)灼熱的煤層，按下式生成水煤氣：若在1000K及1200K時(shí)，Kθ分別為2.505及38.08，試計(jì)算此溫度范圍內(nèi)平均反應(yīng)熱△rHm及在1100K時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ。解：5-22在100℃下，下列反應(yīng)的。計(jì)算：（1）100℃、總壓為200kPa時(shí)的離解度；（2）100℃上述反應(yīng)的；（3）總壓為200kPa、離解度為0.1%時(shí)之溫度，設(shè)。解：（1）設(shè)的離解度為α（1-α）molαmolαmoln總=（1+α）mol（2）（3），為常數(shù)5-23反應(yīng)在不同溫度時(shí)的平衡總壓如下：t/℃30507090100110p/kPa0.8273.99915.9055.2397.47167.0設(shè)反應(yīng)的與溫度無(wú)關(guān)。求：（1）上述反應(yīng)的；（2）lg（p/kPa）與T的函數(shù)關(guān)系式；（3）的分解溫度。解：（1）題目給反應(yīng)的由題目給數(shù)據(jù)算出1/T及對(duì)應(yīng)的lg（p/atm）列表如下：（K/T）1033.2993.0952.9142.7542.6802.610p/kPa0.8273.99915.9055.2397.47167.0lg（p/kPa）-0.08250.60201.20141.74221.98892.2227以lg（p/kPa）對(duì)（K/T）103作圖：由圖可見(jiàn)，直線的斜率為m=(2)取圖中的T、p值代入上式，可以算出：=10.899；故（3）p=101.325kPa時(shí)對(duì)應(yīng)的T稱(chēng)為的分解溫度5-24在454～475K溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ與T的關(guān)系式如下：已知473K時(shí)乙醇的。求乙酸乙酯的。解：題目給反應(yīng)的在454～475K溫度范圍內(nèi)與T無(wú)關(guān);5-25已知下列數(shù)據(jù)物質(zhì)Cp，m/（J·mol-1·K-1）=a+b（T/K）+c（T/K）2ab×103c×106CO（g）-110.52197.6726.5377.6831-1.172H2（g）0130.6826.884.347-0.3265CH3OH（g）-200.7239.818.40101.56-28.68求反應(yīng)的lgKθ與T的函數(shù)關(guān)系式及300℃時(shí)的Kθ。解：根據(jù)題目給的數(shù)據(jù)，計(jì)算如下：△a=(18.40-26.537-226.88)J·mol-1·K-1=-61.897J·mol-1·K-1△b=(101.56-7.6831-2×4.347)×10-3J·mol-1·K-1=85.183×10-3J·mol-1·K-1△c=(-28.68+1.172+2×0.3265)×10-6J·mol-1·K-1=-26.855×10-6J·mol-1·K-1將（298K）、△a、△b及△c值帶土上式后可得將此式代入下式中積分可得將、R、△a、△b及△c值代入上式，并換成常用對(duì)數(shù)，整理后可得當(dāng)T=573.15K時(shí)由上式可得=-3.5376所以Kθ=2.90×10-45-26反應(yīng)的與T的關(guān)系如下求：（1）2000K時(shí)此反應(yīng)的、；（2）此反應(yīng)在2000K、101.325kPa下平衡混合物中的摩爾分?jǐn)?shù)。解：（1）當(dāng)T=2000K時(shí)（2）上述方程式的形式簡(jiǎn)單，可用累試法求其近似根，因摩爾分?jǐn)?shù)y小于1，故可先從0.5試起，結(jié)果可得y=0.30535-27工業(yè)上用乙苯脫氫制苯乙烯如反應(yīng)在900K下進(jìn)行，其Kθ=1.51。試分別計(jì)算在下述情況下，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率：（1）反應(yīng)壓力為100kPa時(shí)；（2）反應(yīng)壓力為10kPa時(shí)；（3）反應(yīng)壓力為101.325kPa，且加入水蒸氣使原料氣中水與乙苯蒸氣的物質(zhì)的量之比為10∶1時(shí)。解：（1）初始物質(zhì)的量1mol00平衡物質(zhì)的量（1-α）molαmolαmoln總=（1+α）mol（2）解得α=96.8%（3）n總=（11+α）mol5-28在一個(gè)抽空的燒瓶中放很多的NH4Cl（s），當(dāng)加熱到340℃時(shí)，固態(tài)NH4Cl仍然存在，此時(shí)系統(tǒng)的平衡壓力為104.67kPa；在同樣的情況下，若放入NH4I（s），則量得的平衡壓力為18.846kPa，試求固態(tài)NH4Cl和固態(tài)NH4I的混合物在340℃時(shí)的平衡壓力。假設(shè)HI不分解，且此二鹽類(lèi)不形成固溶體。解：以上三式聯(lián)立求解得：=1.68kPa，=51.8kPa于是p總==106.96kPa5-29已知25℃水溶液中甲酸HCOOH和乙酸HAc的標(biāo)準(zhǔn)離解常數(shù)分別為1.82×10-4和1.74×10-5。求下列溶液中氫離子的質(zhì)量摩爾濃度b（H+）。（1）b=1mol·kg-1的甲酸水溶液；（2）b=1mol·kg-1的乙酸水溶液；（3）質(zhì)量摩爾濃度均為b=1mol·kg-1的甲酸和乙酸混合溶液。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明什么。解：（1）b=1m