第五章 化学平衡 习题-解范文

第五章物理化学习题及答案

1、已知四氧化二氮的分解反

应

在298.15 K 时，

175.4-Θ

⋅=∆mol kJ G m r 。试判断在此温度及下列条件下，反应进行的方向。

（1） N 2O 4(100 kPa), NO 2(1000 kPa); （2） N 2O 4(1000 kPa), NO 2(100 kPa); （3） N 2O 4(300 kPa), NO 2(200 kPa); 解： 由J p 进行判断

1472.0)]15.298314.8/(1075.4exp[)/exp(3=⨯⨯-=∆-=ΘΘRT G K m r

()()Θ

Θ=p

O N p p NO p J p /]/[422

2

2、Ag 可能受到H 2S （气）的腐蚀而发生如下反应： )()()(2)(222g H s S Ag s Ag g S H +⇔+

今在298K 、100kPa 下，将Ag 放在等体积的H 2和H 2S 组成的混合气体中。 试问（1）Ag 是否可能发生腐蚀而生成Ag 2S ？

（2）在混合气体中，H 2S 的百分数低于多少才不致发生腐蚀？ 已知298K 时，Ag 2S 和H 2S 的标准生成吉布斯函数分别为–40.25和–32.93kJ ／mol 。 解：（1）判断Ag 能否被腐蚀而生成Ag 2S ，就是判断在给定的条件下，所给的反应能否自发进行。可以计算∆r G m 值，由∆r G m 的正、负来判断， 也可以计算反应的平衡常数K ө，再比较K ө与J p 的大小来判断。 Jp 为指定条件下的压力商，其值为

其中摩尔分数之比等于体积百分数之比。 ∆r G өm = ∆f G ө (Ag 2S,s) – ∆f G ө (H 2S,g)

222222H H H H S

H S H S

1

p p x p x J p x p

x =

=

=

=

＝ (– 40.25 + 32.93) kJ/mol ＝ – 7.32 kJ/mol

θ

θ

θ

<=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛∆-=K J 2.19298314.87320exp RT G exp K P m

r 故在该条件下，Ag 能被腐蚀而生成Ag 2S 2）Ag 不致发生腐蚀，要求J P >K θ

2S 2H S

2H S

2H S 2H 2H P 1095.4x 2.19K x x 1x x J -θ⨯<⇒=>-==

3、 在288K 将适量CO 2（g ）引入某容器测得其压力为0.0259p ө，若再在此容器中加入过量)(24s COONH NH ，平衡后测得系统总压为0.0639p ө，求 （1）288K 时反应)()(2)(2324g CO g NH s COONH NH +⇔的Θ

K 。 （2）288K 时上述反应的Θ

∆m r G 。（3分） （1）)()(2)(2324g CO g NH s COONH NH +⇔ 开始 0.0259p ө 平衡 2p 0.0259p ө+ p 平衡时总压

ΘΘΘ=⇒=+=p p p p p p 01267.00639.030259.0总

53

21048.2)(3

2-ΘΘ⨯==

p p p K NH

CO

（2）ln 25.39/r m G RT K kJ mol Θ

Θ

∆=-=

4、将一个容积为1.0547dm 3的石英容器抽空，在温度为297.0K 时导入一氧化氮直到压力为24136Pa 。然后再引入0. 7040g 溴，并升温到323.7K 。达到平衡时压力为30823Pa 。求323.7K 时反应)()(2)(22g Br g NO g NOBr +⇔的K Θ。

解：323.7K 时NO 和Br 2的原始分压分别为

0()24136(323.7297.0)26306p NO Pa Pa =⨯=

02222()()/()

()11241n Br RT RTm Br M Br p Br Pa V V =

==

若NOBr 平衡时的分压为x ，则

)()(2)(22g Br g NO g NOBr +⇔

原始 0 26306Pa 11241Pa 平衡 x (26306-x)Pa (11241-0.5x)Pa 总压

5、已知298.15K ，CO （g ）和CH 3OH （g ）的标准摩尔生成焓Θ

∆m f H 分别为-110.52及-200.7 KJ·mol -1。CO （g ）、H 2（g ）、CH 3OH （g ）的标准摩尔熵Θ

m S 分别为197.67，130.68及239.4111--⋅⋅mol K J ，试根据上述数据求298.15K 时反应 CO （g ）+2 H 2（g ）== CH 3OH （g ）的Θ∆m

r G

及Θ

K 。

解：118.90-Θ

Θ⋅-=∆=

∆∑mol kJ H H m f B

B

m r ν

1162.219--Θ

Θ⋅⋅-==∆∑mol K J S S m B

B m r ν

124700-ΘΘΘ⋅-=∆-∆=∆mol J S T H G m r m r m r

41013.2⨯==Θ

∆-ΘRT

G m r e

K

6、用丁烯脱氢制丁二烯的反应如下：

CH 3CH 2CH=CH 2(g) →CH 2=CHCH=CH 2(g) + H 2(g)

反应过程中通入水蒸气，丁烯与水蒸气的摩尔比为1:15，操作压力为52.010Pa ⨯。已知298.15K 下数据：

（1）计算298.15K 时反应的r m H θ∆、r m S θ∆和r m G θ∆。

（2）问在什么温度下丁烯的平衡转化率为40%。假设反应热效应和过程熵变不

1

(2630611241)308232

13448p x x x Pa Pa

x Pa

=+-+-=⇒=B

νeq 2B

2Θ2B

p ()()K 0.04129p ()p NO p Br p NOBr p

ΘΘ

⎛⎫=∏== ⎪

⎝⎭