物理化学第五版课后习题答案解析

《物理化学第五版课后习题答案解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学第五版课后习题答案解析（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第五章 化学平衡51在某恒定的温度和压力下，取n01mol的A(g)进行如下化学反应：A(g) B(g) 若，试证明，当反应进度x0.5mol时，系统的吉布斯函数G值为最小，这时A，B间达到化学平衡。解： 设反应进度x为变量A(g) B(g)t0 nA, 0n 0 0 x00tt平 nA nB xx nBnB x，nAn 0nBn 0nB x，nnAnBn 0气体的组成为：yA ，yB各气体的分压为：pApyA ，pBpyB各气体的化学势与x的关系为：由 GnA mAnB mB (nAnB)n 0xxn0因为 ，则Gn0() 0令 x0.5 此时系统的G值最小。52已知四氧化二氮的分解反应 N

2、2O4 (g) 2 NO2(g) 在298.15 K时，4.75kJmol1。试判断在此温度及下列条件下，反应进行的方向。(1) N2O4(100 kPa)，NO2(1000 kPa);(2) N2O4(1000 kPa)，NO2(100 kPa);(3) N2O4(300 kPa)，NO2(200 kPa);解：由Jp进行判断exp()exp()0.1472 Jp(1) Jp100 Jp 反应向左进行。或rGm16.1654 kJmol1(2) Jp0.1 Jp 反应向右进行。或rGm0.9677 kJmol1(3) Jp1.3333 Jp 反应向左进行。或rGm5.4631 kJmol15

3、3一定条件下，Ag与H2S可能发生下列反应： 2Ag (s) H2S (g) Ag2S (s) H2(g)25,100 kPa下，将Ag置于体积比为101的H2(g)与H2S (g)混合气体中。 (1) Ag是否会发生腐蚀而生成Ag2S？ (2) 混合气体中H2S气体的体积分数为多少时，Ag不会腐蚀生成Ag2S？已知25时，H2S (g)和Ag2S (s)的标准生成吉布斯函数分别为33.56 kJmol1和40.26 kJmol1。 解：设反应体系中气相为理想气体，则 rGmRTln(1) rGm(40.2633.56)R298.15103ln106.75.7080.992kJmol1rGm0

4、，Ag会发生腐蚀而生成Ag2S。(2) 当rGm0时，Ag不会发生腐蚀而生成Ag2S，因此 ln()2.7029 14.9229 0.0628 54已知同一温度，两反应方程及其标准平衡常数如下： CH4 (g)CO2 (g) 2CO (g)2H2(g) CH4 (g)H2O(g) CO (g)3H2(g) 求下列反应的： CH4 (g)2H2O (g) CO2(g)4H2(g)解： (2) 2(1) (3) 55在一个抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫，若它们之间没有发生反应，则在375.3 K时的分压分别为47.836 kPa和44.786 kPa。将容器保持在375.3 K，经一定时间后，总

5、压力减少至86.096 kPa，且维持不变。求下列反应的。SO2Cl2(g) SO2(g) Cl2(g) 解：反应各组分物料衡算如下SO2Cl2(g) SO2(g) Cl2(g)0 p0(SO2) p0(Cl 2)px p0(SO2)px p0(Cl 2) px p p0(SO2)p0(Cl 2) px86.096 px44.78647.83686.0966.526 kPap (Cl 2)47.8366.52641.31 kPa p (SO2) 44.7866.52638.26 kPa2.421956900，3106Pa下，使一定量摩尔比为31的氢、氮混合气体通过铁催化剂来合成氨。反应达到平衡

6、时，测得混合气体的体积相当于273.15 K，101.325 kPa的干燥气体(不含水蒸气)2.024dm3，其中氨气所占的体积分数为2.056103。求此温度下反应的。解： 0.2495 0.74854.48910857 PCl5分解反应 PCl5(g)PCl3 (g) Cl2(g) 在200 时的0.312，计算： （1）200，200 kPa下PCl5的解离度。 （2）摩尔比为1：5的PCl5与Cl2的混合物，在200，101.325 kPa下，求达到化学平衡时PCl5的解离度。 解：（1）设200，200 kPa下五氯化磷的解离度为，则PCl5(g) PCl3 (g) Cl2(g)1

7、10.3120.156 7.4103 0.3674或 0.3674（2）设混合物的物质的量为n，五氯化磷的解离度为，则平衡时PCl5(g) PCl3 (g) Cl2(g)1 5 60.3121.307926.53951.84740 0.267958在994K，使纯氢气慢慢地通过过量的CoO(s)，则氧化物部分地被还原为Co(s)。出来的平衡气体中氢的体积分数j(H2)0.025。在同一温度，若用CO还原CoO(s)，平衡后气体中一氧化碳的体积分数j(CO)0.0192。求等物质的量的CO和H2O(g)的混合物，在994K下通过适当催化剂进行反应，其平衡转化率为多少？解：(1) CoO(s)H2

8、(g) Co(s)H2O (g) 39(2) CoO(s)CO(g) Co(s)CO2(g) 51.08(3) CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) 1.311.31 0.533759。 在真空的容器中放入固态的NH4HS，于25下分解为NH3(g)与H2S(g)，平衡时容器内的压力为66.66 kPa。(1) 当放入NH4HS时容器内已有39.99 kPa的H2S(g)，求平衡时容器中的压力。(2) 容器内原有6.666 kPa的NH3(g)，问需加多大压力的H2S，才能形成NH4HS固体？解：反应的化学计量式如下 NH4HS(s) NH3(g) H2S(g) p p p33.33

9、 kPa 由题给条件，25 C下 ()2()20.1111(1) NH4HS(s)NH3(g) H2S(g) 39.990.1111 39.991111018.874 kPa p239.9977.738 kPa(2) NH3(g )H2S(g) NH4HS(s)当 Jp 能形成NH4HS固体166.67 kPa51025,200 kPa下，将4 mol的纯A(g)放入带活塞的密闭容器中，达到如下化学平衡A(g) 2B(g)。已知平衡时，nA1.697mol，nB4.606mol。(1) 求该温度下反应的和；(2) 若总压为50 kPa，求平衡时A，B的物质的量。解：(1) 3.9669R298

10、.15ln3.96693.416 kJmol1(2) A(g) 2B(g)n0x 2x n0x3.9669 x3.2615 mol nA0.7385 mol nB6.5229 mol511已知下列数据(298.15K)：物 质C(石墨)H2(g)N2(g)O2(g)CO(NH2)2(s)Jmol1K15.740130.68191.6205.14104.6kJmol1393.51285.8300631.66物 质NH3(g)CO2(g)H2O(g)kJmol116.5394.36228.57求298.15 K下CO(NH2)2(s)的标准摩尔生成吉布斯函数，以及下列反应的。CO2 (g)2NH3

11、(g) H2O(g)CO(NH2)2(s)解： CO(NH2)2(s)的生成反应为：C(石墨)N2(g)2H2(g)O2(g) CO(NH2)2(s)(C)2(H2)CO(NH2)2393.512285.83631.66333.51 kJmol1CO(NH2)2 (C) (N2)2(H2)(O2)104.65.740191.62130.68205.14456.67 Jmol1K1CO(NH2)2 333.51298.15456.67103197.35 kJmol1197.35228.57394.36216.51.44 kJmol10.5594512 已知298.15K，CO(g)和CH3OH(

12、g)的分别为110.52及200.7 kJmol1，CO(g)、H2(g)、CH3OH(l)的分别为197.67、130.68及127JK1mol1。又知298.15K甲醇的饱和蒸气压为16.59kPa，38.0 kJmol1，蒸气可视为理想气体。求298.15K时，下列反应的及。CO(g)2 H2(g) CH3OH(g)解： 200.7110.5290.18 kJmol1CO(g)2 H2(g) CH3OH(g,)CH3OH(l,) CH3OH(l,) CH3OH(g ,)127197.672130.68Rln332.03127.4514.94219.52 JK1mol1或 ( CH3OH,

13、 g)127127.4514.94239.51 JK1mol1239.51197.672130.68219.52 JK1mol190.18298.15(219.51) 10390.1865.4524.73 kJmol1exp()exp(9.9765) 2.15104513已知25时AgCl(s)，水溶液中Ag，Cl的分别为109.789kJmol1，77.107kJmol1和131.22kJmol1。求25下AgCl(s)在水溶液中的标准溶度积及溶解度s。解： AgCl(s) AgCl 77.107131.22109.78955.676 kJmol1exp()exp(22.4607) 1.76

14、1010s0.19 mg100g514体积为1dm3的抽空密闭容器中放有0.03458 molN4O2(g)，发生如下分解反应：N4O2(g)2 NO2(g)50时分解反应的平衡总压为130.0kPa。已知25时N4O2(g)和NO2(g)的分别为9.16kJmol1和33.18kJmol1。设反应的0。 (1) 计算50时N4O2(g)的解离度及分解反应的； (2) 计算100时反应的。解：(1) N4O2(g)2 NO2(g)n0(1a) 2n0a n0(1a)0.04839 mol a0.39940.986955.80kPa74.21kPa0.9869(2) 233.189.1657.2

15、 kJmol12.8528 17.33580.986917.11515已知25时的下列数据物 质Ag2O(s)CO2(g)Ag2CO3(s)kJmol131.05393.509505.8Jmol1K1121.3213.74167.4求110时Ag2CO3(s)的分解压。设0。解： Ag2CO3(s) Ag2O(s)CO2(g)31.05393.509505.881.241 kJmol1121.3213.74167.4167.64 Jmol1K1(383.15K)81.241383.15167.6410317.01 kJmol1exp()exp(5.3397) 4.79721030.480 kP

16、a516在100下，下列反应的8.1109，125.6JK1mol1。计算：COCl2(g) CO (g) Cl2(g)(1) 100，总压为200kPa时COCl2的解离度；(2) 100下上述反应的；(3) 总压为200kPa，解离度为0.1%时的温度。设Cp,m0。解：(1) COCl2(g) CO (g) Cl2(g)1a a a n1a8.1109a6.364105(2) RTlnR373.15ln8.110957.80 kJmol1T57.80373.15125.6103104.67 kJmol1(3) 2106 2.2423103T445.97 K517在5001000K温度范围

17、内，反应A(g)B(s)2C(g)的标准平衡常数与温度T的关系为 。已知原料中只有反应物A(g)和过量的B(s)。(1) 计算800K时反应的；若反应系统的平衡压力为200 kPa，计算产物C(g)的平衡分压；(2) 计算800K时反应的和。解：(1) 2 0.1353 45.69 kPa(2) 7100R59.03 kJmol1 6.875R57.16 Jmol1K1518反应2NaHCO3(s) Na2CO3(s)H2O(g)CO2(g)在不同温度时的平衡总压如下：t30507090100110pkPa0.8273.99915.9055.2397.47167.0设反应的与温度无关。求：(1

18、) 上述反应的；(2) lg(pkPa)与T的函数关系式；(3) NaHCO3的分解温度。解：(1) TK303.15323.15343.15363.15373.15383.15lnp0.19001.38602.76634.01154.57955.1180 7706.42R128.14kJmol1(2) (3) 371.64K519已知下列数据：物 质Cp,mabTcT2CO(g)110.52197.6726.5377.68311.172H2(g)0130.6826.884.3470.3265CH3OH (g)200.7239.818.40101.5628.68求下列反应的lg与T的函数关系式

19、及300时的。CO(g) 2H2 (g) CH3OH (g)解： 298.15K时 200.7110.5290.18kJmol1239.8197.672130.68219.23 Jmol1K190.18298.15219.2310324.817 kJmol1exp()exp(10.0116) 2.228104反应的 a18.4026.537226.8861.897b(101.567.683124.437)10385.1829103c(28.681.17220.3265) 10626.855106 (T)aTT2T390.1810361.897298.1542.5915103298.1528.9

20、517106298.1537.5274104 Jmol1IIln2.22810410.011430.356042.41811.52740.0478520.594020.59407.445lnT2.224103T0.2338106T 28.942(573.15K)7.445lg573.152.224103573.150.2338106573.15 28.9426.859120.53551.27470.076808.9423.5365(573.15K)2.907104520 工业上用乙苯脱氢制苯乙烯C6H5C2H5 (g) C6H5C2H3 (g)H2(g)如反应在900K下进行，其1.51。试分

21、别计算在下述情况下，乙苯的平衡转化率。(1) 反应压力为100kPa；(2) 反应压力为10kPa；(3) 反应压力为100kPa，且加入水蒸气时原料气中水与乙苯蒸气的物质的量之比为10：1。解： C6H5C2H5 (g) C6H5C2H3 (g)H2(g)1a a a n1a1.51(1) 1.51 0.7756(2) 1.51 0.9684(3) n111.51 (1) a 210a1102.52215.116.610 0.9495521在一个抽空的容器中放入很多的NH4Cl(s)，当加热到时340，容器中仍有过量的NH4Cl(s)存在，此时系统的平衡压力为104.67kPa。在同样的条件

22、下，若放入的是NH4I(s)，则测得的平衡压力为18.864kPa，试求当NH4Cl(s)和NH4I(s)同时存在时，反应系统在340下达平衡时的总压力。设HI (g)不分解，且此两种盐类不形成固溶体。解： 设在一定T、V下，两反应同时达到平衡时，HCl (g)和HI (g)的平衡分压分别为x和y。NH4Cl(s) NH3(g)HCl(g) NH4I(s) NH3(g)HI(g) 过量 xy x 过量 xy y两个反应同时存在并达到平衡时，系统的总压力为：p2(xy) 上述两式相加得： 4x(xy)4y(xy) xy所以 p106.36 kPa522在600，100kPa时下列反应达到平衡：C

23、O(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)现在把压力提高到5104kPa，问：(1) 若各气体均视为理想气体，平衡是否移动？(2) 若各气体的逸度因子分别为j(CO2)1.09，j(H2)1.1，j(CO)1.20，j(H2O)0.75，与理想气体相比，平衡向哪个方向移动？解：(1) 因为 所以平衡不移动。(2) 因为 1 所以与理想气体相比，平衡向生成反应物方向移动。523已知水溶液中甲酸HCOOH和乙酸HOAc的标准解离常数分别为1.82104和1.74105。求下列溶液中氢离子的质量摩尔浓度b(H)。(1) b1molkg1的甲酸水溶液；(2) b1molkg1的乙酸水溶液；(3) 质

24、量摩尔浓度均为b1molkg1的甲酸和乙酸的混合溶液。计算结果说明了什么？解：(1) HCOOHHHCOObxx x b(H)0.01340 molkg1(2) OHAc H AcObxx x 4.163103 molkg1(3) 设在质量摩尔浓度均为b1molkg1的甲酸和乙酸的混合溶液达到电离平衡时，HCOO和AcO的平衡浓度分别为x和y。 1.646104 x31.994104 x26.308108 x3.3121080x31.2112 x23.8324104 x2.01241040运用牛顿迭代法解上述一元三次方程，设初值x00.013 molkg1x0.01280 molkg1 y1.

25、2368103 molkg1524(1) 应用路易斯兰德尔规则及逸度因子图，求250，20.265MPa下，合成甲醇反应的Kj：CO(g)2H2 (g) CH3OH(g)(2) 已知250时上述反应的25.899kJmol1，求此反应的；(3) 化学计量比的原料气，在上述条件下达平衡时，求混合物中甲醇的摩尔分数。解：(1) T523.15K p20.265MpaCO(g)、CH3OH(g)：Tr，pr；H2 (g)：Tr，pr物 质CO(g)H2 (g)CH3OH(g)TC、pC132.92 K、3.499 Mpa33.25K、1.297Mpa512.58K、8.10MpaTr3.9412.71.02pr5.799.612.50j1.091.080.380.2989(2) exp()exp(5.9545) 2.5941103(3) CO(g)2H2 (g) CH3OH(g)1x 2(1x) x n32x 8.67881038.6788103 1425.651429.65 x34288.95x24285.95 x1425.650x33 x22.9979 x0.99720运用牛顿迭代法解上述一元三次方程，设初值x00.5 molx0.9006 mol n32x1.1988 moly(CH3OH)0.7513