第三章 化学平衡

第三章 化学平衡 练习参考答案

1. 已知298.15K 时，反应H 2 (g)+

2

1O 2 (g) ==== H 2O (g)的Δr G m o 为－228.57

kJ •mol -1。298.15K 时水的饱和蒸气压为3.1663 kPa ，水和密度为997 kg •m -3。求298.15K 反应H 2 (g)+

2

1O 2 (g) ==== H 2O (l)的Δr G m o 。

解: 设计下列过程计算Δr G m o 。

H 2(g)+1/2O 2(g)，298.15K ，101.325kPa

H 2O (g)，298.15K ，101.325kPa

H 2O (l)，298.15K ，3.1663kPa

H 2O (g)，298.15K ，3.1663kPa

Δ G o

G ΔG ΔG 1

23

ΔG 1 = -228.57 (kJ •mol -1) ΔG 2 =

⎰2

1

p p V d p = nRT ln

1

2p p

= 1×8.314×298.15×ln(3.1663/101.325) = -8591 ( J ) ΔG 3 = 0

Δr G m o = ΔG 1 +ΔG 2 +ΔG 3

=(-228.57) +(-8591×10-3) +0 = -237.17 (kJ •mol -1)

此题解答有误。H 2O 的压力为101.325KPa 。因此还有应计入液态水压力变化引起的G 变化，但此数值可忽略不计。

解2：

o

o

o

o

r m 2221(2)(H O ,l)(H ,g )(O ,g )2G μμμ∆=--

o

o

o

o -1

r m 2221(1)(H O ,g )(H ,g )(O ,g )228.57 kJ m ol 2

G μμμ∆=--

=-

在298.15K 时，液态水的化学势与其平衡的水蒸气化学势相等。即

22o o

222o

223

o

23

o

2(H O ,l,3.1663 kPa )(H O ,g,3.1663 kPa)

(H O ,l,3.1663kPa )(H O ,l)(H O ,l)(H O ,l)(H O ,g,3.1663 kPa)

3.166310Pa (H O ,g )ln 101.32510Pa

(H O ,g )8.6kJ

Vdp RT μμμμμμμμμ==+≈≈⨯=+⨯=-⎰

所以 o o

r m

r m (2)(1)8.6kJ -237.2kJ G G ∆=∆-=

2. 1000K 时，反应C (s)+ 2H 2 (g) ==== CH 4 (g)的Δr G m o

为19397 J •mol -1。现有与碳反应的气体，其中含有CH 4 (g) 10%，H 2 (g) 80%，N 2 (g)10% (体积%)。试问:

(1) T =1000K ，p =101.325kPa 时，甲烷能否形成？

(2) 在(1)的条件下，压力需加到若干，上述合成甲烷的反应才可能进行？ 解: 体积分数等于物质的量分数，p B =x B p ，p = p o

(1) Δr G m = Δr G m o + RT ln Q p = Δr G m o + RT ln

2

)

/()

/(2

4

o H o

CH p p p p

=19397+ 8.314×1000×ln

2

8

.01.0=3963.7 (J •mol -1)

Δr G m

＞0，甲烷不能形成。

(2) Δr G m = Δr G m o + RT ln Q p

=19397+ 8.314×1000×ln 1

28.01.0-⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛o p p 当Δr G m ＜0时，该合成甲烷的反应才可能进行。

解得 p ＞163220(Pa ) =163.22(kPa )

3. 在一个抽空的容器中引入氯和二氧化硫，若它的之间没有发生反应，则在375.3 K 时的分压应分别为47.836 kPa 和4

4.786 kPa 。将容器保持在37

5.3 K ，经一定时间后，压力变为常数，且等于8

6.096 kPa 。求反应SO 2Cl 2 (g) ==== SO 2(g)

+ Cl 2 (g)的K o

。

解: 根据pV = nRT ，各气体的分压之比等于摩尔数之比。设平衡时SO 2Cl 2的分压为x Pa ，故

SO 2Cl 2 (g) ==== SO 2(g) + Cl 2 (g)

开始(Pa ) 44786 47836 平衡(Pa ) x 44786 -x 47836-x

平衡时的总压力(Pa ): 86096 = x +(44786 -x )+(47836-x )

解得 x = p SO 2Cl 2 = 6526 (Pa )

p SO 2 = 44786 –x = 38260 (Pa ) p Cl 2 = 47836-x = 41310 (Pa )

K o =

)

101325/6526()

101325/41310)(101325/38260(=2.39

4. 445℃时，反应: H 2 (g)+ I 2 (g) ==== 2HI (g)的标准平衡常数为50.1。取

5.3 mol I 2与7.94 mol H 2，使之发生反应，计算平衡时生产的HI 的量。

解: 设平衡时HI 的量为x mol ，常压下(p = 101325Pa )。

H 2 (g) + I 2 (g) ==== 2HI (g)

开始(mol ) 7.94 5.3 0 平衡(mol ) 7.94- x/2 5.3- x/2 x

平衡后混合物总量 = (7.94- x/2)+(5.3- x/2) + x =13.24 (mol )