北师大版物理化学化学平衡习题答案
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化学平衡习题解答
1. 有理想气体反应 2H 2(g) + O 2(g)
2H 2O(g),在2000 K 时,已知反应的71.5510K
=⨯
(1) 计算H 2和O 2分压各为×104 Pa ,水蒸气分压为×105 Pa 的混合气中,进行上述反应的r m G ∆,并判断反应自发进行的方向;
(2) 当H 2和O 2的分压仍然分别为×104 Pa 时,欲使反应不能正向自发进行,水蒸气的分压最少需要多大? 解:(1) 反应系统的分压比
2222222252H O H
O 243
H O H O (/)(1.0010)101325
1013.25(/)(/)(1.0010)p p p p p Q p p p p p p ''⋅⨯⨯====''''⋅⨯
由定温方程
1r m 7
51
1013.25
ln ln ln(/)(8.3142000ln )J mol 1.5510
1.6010J mol p p G RT K RT Q RT Q K --∆=-+==⨯⨯⋅⨯=-⨯⋅
由r m 0G ∆<,可判断此时反应能够自发正向进行。 (2) 欲使正向反应不能自发进行,p Q 至少需与K θ
相等,即
222
2H O
7
H O 1.5510p p p Q
K p p ⋅==⨯=
⋅
所以22
7
43
2142H O 1
1.5510(1.0010)Pa 1.5310Pa 101325
p =⨯⨯⨯⨯
=⨯
27H O 1.2410Pa p =⨯
2. 已知反应CO(g) + H 2O(g)
CO 2(g) + H 2(g)在700℃时K θ = ,(1) 若系统中四种气体
的分压都是×105 Pa ;(2) 若6CO 1.010 Pa p =⨯,25
H O 5.010Pa p =⨯,
225CO H ==1.510Pa p p ⨯;试判断哪个条件下正向反应可以自发进行?
解:(1) 由定温方程r m r m ln p G G RT Q ∆=∆+,知
11r m ln (8.314973.2ln 0.71)kJ mol 2.77 kJ mol G RT K --∆==-⨯⨯⋅=⋅
∵r m r m ln p G G RT Q ∆=∆+
=222CO (g)H (g)H
O(g)CO(g)(
)(
)
ln ln
(
)(
)
p p p
p RT K
RT p p p
p
''-+''
= 55
155
1.510 1.510(-8.314973.2ln 0.71+8.314973.2ln )J mol 1.510 1.510
-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⋅⨯⨯⨯ = 3
1
2.7710 J mol -⨯⋅
∴ ∆r G m = ×1031 J mol -⋅> 0 此反应不能正向自发进行。
(2) 当6
CO 1.010 Pa p =⨯,25H O 5.010Pa p =⨯,22
5CO H ==1.510Pa p p ⨯时
∆r G m
=551
65
1.510 1.510(-8.314973.2ln 0.71+8.314973.2ln ) J mol 1.010 5.010
-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⋅⨯⨯⨯ = -×1031 J mol
-⋅
∵ ∆
r G m =-×
103
1 J mol -⋅< 0
∴ 此反应可自发正向进行。 3. 已知合成氨反应
1/2 N 2(g) + 3/2 H 2(g)
NH 3(g)
在748 K 、300p p =时K p = ×10-3,当原料气不含惰气时,氨的产率为31%,现若以含氮18%、含氢72%和含惰气10%的原料气进行合成,问其产率为若干?
解:从题给K p 可求出K x ,然后根据反应式引出K x 和氮的平衡浓度的关系,即可求得产率。
21N 2(g) + 2
3
H 2(g) NH 3(g), 惰气
反应前
反应后 - - y
此处y 为平衡时氨的量,系统内物质的总量为各气体(包括惰气)的量总和,即 - + - + y + = 1-y ,故各组分的物质的量分数为
2N 0.18-0.5=
1-y x y 2H 0.72-1.51-y x y = 3NH 1-y
x y
=
K x =
3
23
NH 1/23/2N NH .x x x =
1/23/2
(1-)
(0.18-0.5)(0.72-1.5)
y y y y 根据公式K p = K x ν
∆p
求K x
K x = K p ν
∆-p
= ×10-3(p )-1×300p =
将此值代入上式可求的y = ,即氨的产率为
%1000.2
-10.2
⨯= 25% 没有惰气存在时氨的产率为31%,可见因惰气的存在使其产率降低了19%(即
19.00.31
0.25
-0.31=)
。 4. 在673 K 、总压为10p 的条件下,氢、氮气的体积比为3:1时,使其通过催化剂。反应到达平衡后,测得生成NH 3的体积百分数为,试计算(1) K 值;(2) 若总压为50p ,NH 3的平衡产率为若干?
解:(1) 3H 2(g) + N 2(g)
2NH 3(g)
平衡时 α33- α-1 α2 α24-=总n
%85.3%100242=⨯-α
α
解得074.0=α