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）