第四章：化学平衡 习题解答

第四章 化学平衡
习题4-1 为什么说化学反应的平衡态是反应进行的最大限度？
答：反应达到平衡之前，∆r G m <0，当反应平衡时， ∆r G m =0，如果反应要继续向正反应方向进行，则 ∆r G m >0。

而定温定压，不作非体积功的条件下， ∆r G m >0 的反应是不能自发进行的。

所以化学反应的平衡态是反应进行的最大限度。

习题4-2 影响化学平衡的因素有哪些？那些因素不影响平衡常数？
答案：温度、压力的变化；反应体系中各组分的浓度变化；添加惰性气体等因素都可以使化学平衡发生移动，但只有温度的变化才能影响标准平衡常数。

习题4-3 已知反应N 2O 4 === 2NO 2 在298K 时的14.78r m G kJ mol θ-∆=⋅，
试判断在该温度及下列条件下的反应方向。

（1） 242561.01310, 1.01310N O NO p Pa p Pa =⨯=⨯
（2） 2425151.01310, 1.01310N O NO p Pa p Pa =⨯=⨯
（3） 242553.03910, 2.02610N O NO p Pa p Pa =⨯=⨯
解： 4780
ln =-=∆θθK RT G m r 得 K θ = 0.145 设反应体系为理想气体，则θθP P P P Q O N NO p 4222
)(=
根据公式： Q RT K RT G m r ln ln +-=∆θ 得
(1) Q =101.3 Q > K θ 反应向逆反应方向进行
(2) Q =1.013×1020 Q > K θ 反应向逆反应方向进行
(3) Q =1.35 Q > K θ 反应向逆反应方向进行
习题4-4 反应C(s) + H 2O(g) ==== H 2(g) + CO(g) 若在1000K 及1200K 时的K θ分别为
2.472及37.58。

试计算在此温度范围内的平均反应热r m H θ∆及在1100K 时的标准平衡常数。

解： )1200110001(472.258.37ln )
1000()1200(ln -∆==R H K K K K m r θθθ 1
76.135-⋅=∆mol kJ H m r θ )1100
110001(314.8135760472.2)1100(ln -=K K θ 91.10)1100(=K K θ
习题4-5 已知298K 时反应 N 2O 4(g) === 2NO 2(g) 的K θ1=0.141，求
（1）N 2O 4(g) === 2NO 2(g) 的,1r m G θ∆;
（2） 12
N 2O 4(g) === NO 2(g) 的,2r m G θ∆、K θ2。

解：（1）16.4853141.0ln 298314.8ln )1(-⋅=⨯-=-=∆mol J K RT G m r θθ
（2） ∆r G m θ ,2 = 2
1∆r G m θ ,1 = 2.427 KJ/mol K θ2 = (K θ1)1/2 = 0.375
习题4-6 在27o C 时，理想气体反应A === B 的K θ=0.10。

计算 （1）r m G θ∆；（2）由压力为
2.02×106Pa 的A 生成压力为1.01×105Pa 的B 时的r m G θ∆，判断能否自发？
解: (1) ∆r G m θ = - RT ln K =5.743KJ/mol
(2) A ============ B
t = 0 2.02⨯ 106pa 0
t = t (2.02 ⨯106-1.01 ⨯105)pa 1.01 ⨯105pa
得 ∆r G m =∆r G m θ + RT ln Q =-1.6071 KJ/mol < 0
反应向正反应方向进行
习题4-7 已知 PCl 5(g) ==== PCl 3(g) + Cl 2(g) , 在200 o C 时K θ=0.308。

求
（1）200 o C 、101.3kPa 下PCl 5(g)的分解率；
（2）组成为1:5的PCl 3(g) 和Cl 2(g)的混合物在200 o C 、101.3kPa 下PCl 5(g)的分解率。

解: 设离解度为α 反应物PCl 5的起始摩尔数为1， 起始摩尔数已分解的摩尔数=
α )()()(235g Cl g PCl g PCl +→
平衡时摩尔数 )1(α-
α α α+=1总n 平衡时B x
αα+-11 αα+1 αα+1 平衡时B P
总P αα+-11 总P αα+1 总P αα+1 308.0100
3.1011/22523=-==ααθP P P P P P K PCl Cl PCl 483.0=α
(2) 设离解度为a ， 反应前PCl 5 、Cl 5的物质量为1mol 、5mol 。

)()()(235g Cl g PCl g PCl +→
平衡时摩尔数 )1(α-
α 5+α α+=6总n 平衡时B P 总P αα+-61 总P αα+6 总P α
α++65 308.0100
3.101)1)(6()5(/523=-++==ααααθθθθP P P P P P K PCl Cl PCl 266.0=α
习题4-8 298K 时 NH 4HS(s) 在抽真空的容器内按下式分解： NH 4HS(s) === NH 3(g) + H 2S(g)
达平衡时，测得反应体系的总压力为66.66kPa ，求K θ
解: p (NH 3) = p (H 2S) =33.33kPa
111.0)100
33.33(223===
θθθP P P P K S H NH 习题4-9 已知反应 (1) 2 === H 2 + O 2 , ∆r G m θ,1 = 136.8kJ·mol -1 ;
(2) 丙氨酸 + H 2O === 丙酮酸盐 + NH 4+ + H 2 , ∆r G m θ,2 = 54.4kJ·mol -1. 计算pH=7时下列反应的∆r G m θ ：丙氨酸 + O 2 + H 2O === 丙酮酸盐 + NH 4+ + H 2O 2
解：1
1,2,4.828.1364.54-ΘΘΘ⋅-=-=∆-∆=∆mol kJ G G G m r m r m r
习题4-10 已知I - 和 I 3- 在298K 时的 ∆f G m θ 分别为 -51.67 kJ·mol -1 和 -51.50 kJ·mol -1，I 2在水中的溶解度为 0.00132 mol·dm -3,求反应 I - + I 2 ==== I 3- 在298K 时的K θ。

解：
1427.16100132.0ln
298314.80-⋅=⨯⨯-=mol kJ ),(),(),(23θθθθθθθC I G C I G C I G G m r m f m f m r ∆-∆-∆=∆--
126.16427.16)67.51(50.51-⋅-=----=mol kJ 16260ln 298314.8ln -=⨯-=-=∆θ
θθK K RT G m r 708=θK
θθθθC C RT I G C I G sat m f m f ln ,(),(22-∆=∆纯态）
习题4-11 At 1500K , p θ , reaction (1) H 2O(g) === H 2(g) + 0.5O 2(g) degree of dissociation of H 2O(g) was 2.21×10-4 , reaction (2) CO 2(g) === CO(g) + 0.5O 2(g) degree of dissociation of CO 2(g) was 4.8×10-4 , Calculate K θ of reaction (3) CO + H 2O(g) === CO 2 + H 2 . 解: H 2O(g) = H 2(g) + 0.5O 2(g) t=0 1 mol 0 0 t = t eq 1-α α 0.5α n tal = 1+0.5α x B (1-α)/(1+0.5α) α /(1+0.5α) 0.5α /(1+0.5α)
211)5.015.0(1ααααθ
+-=K 将 α = 0.000221代入上式得：K θ1 = 2.323⨯10-6
同理得 K θ 2 = 7.44×10-6
反应3式可由1式减2式得:
K θ 3= K θ1/ K θ2= 2.323⨯10-6/ 7.44⨯10-6 = 0.312
习题4-12 6%(mole fraction) of SO 2 and 12% O 2 was mixed with inert gas ,reacted at 100kPa . Calculate the temperature that 80% of SO 2 was transformed into SO 3 at equilibrium . It is known
that r m H θ∆=-98.86 kJ·mol -1 , r m S θ∆=-94.03 J·mol -1·K -1 .
解： SO 2 + 0.5O 2 = SO 3 惰性气体 n 0 / mol 6 12 0 82 n eq /mol 6-6⨯0.8=1.2 12-6⨯0.8⨯0.5=9.6 6⨯0.8=4.8 82 n tal = 1.2+9.6+4.8+82 = 97.6mol
p B / p θ 1.2/97.6 9.6/97.6 4.8/97.6
0.54.8(
)97.612.761.29.6()()97.697.6K θ==
T =857.94K
398.861094.03r m r m r m G H T S T θθθ∆=∆-∆=-⨯+9886094.038.314ln12.76
T T -+=-⨯⨯ln r m G RT K θθ
∆=-。