物理化学第五版课后习题答案2

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1、物理化学第五版课后习题答案 - 第五章 化学平衡 -?51在某恒定的温度和压力下，取n01mol的A(g)进展如下化学反响：A(g)-? B(g) 00假设?B?A，试证明，当反响进度?0.5mol时，系统的吉布斯函数G值为最小，这时A，B间到达化学平衡。 解： 设反响进度?为变量 -?A(g)-? B(g) t0 nA, 0n 0 0 ?00 tt平 nA nB ? ?nB?B nB?B ?，nAn 0nBn 0?B ?，nnAnBn 0 nAnn-?0B1?，yBB nnn0n0n0气体的组成为：yA?各气体的分压为：pApyA?p(1-n0)，pBpyBp? n00各气体的化学势与?的关

2、系为：?A-A?RTlnpAp?0-?RTln(1?) Ap0p0n0pBp?0-?RTln? B00ppn0p?p?(1?)nRTln? B00pn0pn00?B-B?RTln00由 GnA-AnB-B (nA?AnB?B)nARTln00n 0-A-Bn0RTlnp- (n-)RTln(1?)?RTln0p0n0n0p-) (n-)RTln(1?)?RTln00pn0n0000因为 ?B?A，那么Gn0(?ARTlnnRT?G-2G (2)T,p-00 T,p?RTln-n0-?(n0-)令 (?G-)T,p?0 -1 ?0.5 此时系统的G值最小。 -n0-1- 51 -?52四氧化二氮

3、的分解反响 N2O4 (g)-? 2 NO2(g) 0 在298.15 K时，?rGm4.75kJmol1。试判断在此温度及以下条件下，反响进展的方向。 (1) N2O4(100 kPa)，NO2(1000 kPa); (2) N2O4(1000 kPa)，NO2(100 kPa); (3) N2O4(300 kPa)，NO2(200 kPa); 解：由Jp进展判断 0pNO2?rGm475000Kexp()exp()0.1472 Jp R?298.15pN2O4p0RT210002(1) Jp100 JpK0 反响向左进展。或rGm16.1654 kJmol1 100?1001002(2)

4、Jp0.1 JpK0 反响向右进展。或rGm0.9677 kJmol1 1000?1002023(3) Jp1.3333 JpK0 反响向左进展。或rGm5.4631 kJmol1 300?100 -?53一定条件下，Ag与H2S可能发生以下反响： 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？ 25时，H2S (g)和Ag2S (s)的标准生成吉布斯函数分别为33.5

5、6 kJmol1和40.26 kJmol1。 解：设反响体系中气相为理想气体，那么 rGm?rGRTln0mpH2pH2S (1) rGm(40.2633.56)R298.15103ln106.75.7080.992kJmol1 rGm0，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 ln1?yH2SyH2S01?yH2S?rGm6700()2.7029 14.9229 yH2SR?298.15RTyH2S0.0628 52 54同一温度，两反响方程及其标准平衡常数如下： 0-? CH4 (g)CO2 (g)-? 2CO (g)2H2(g) K1

6、0-?CH4 (g)H2O(g) -? CO (g)3H2(g) K2 -?求以下反响的K0： CH4 (g)2H2O (g)-? CO2(g)4H2(g) 解： (2) 2(1) (3) K0(K20)2?(K10)?1 55在一个抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫，假设它们之间没有发生反响，那么在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，总压力减少至86.096 kPa，且维持不变。求以下反响的K0。 SO2Cl2(g) SO2(g) Cl2(g) 解：反响各组分物料衡算如下 SO2Cl2(g) SO2(g) Cl2(g

7、) 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 kPa p (Cl 2)47.8366.52641.31 kPa p (SO2) 44.7866.52638.26 kPa K0pSO2pCl2pSO2Cl2p041.31?38.262.4219 6.526?10056900，3106Pa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。反响到达平衡时，测得混合气体的体积相当于273.15 K，.325 kPa的枯燥气体(不含水蒸气)2

8、.024dm3，其中氨气所占的体积分数为2.056103。求此温度下反响的K0。 解： 3yN2?yN2?yNH3?1 yN2?01?yNH341?2.056?10?3?0.2495 yH20.7485 42?Bypp?NH?2?3K(0)B?yBB(0) 3py?ypBH2N210022.0562?10?68)?(4.48910 30000.74853?0.2495-?57 PCl5分解反响 PCl5(g)-?PCl3 (g) Cl2(g) 在200 时的K00.312，计算： 1200，200 kPa下PCl5的解离度。 53 2摩尔比为1：5的PCl5与Cl2的混合物，在200，.325

9、 kPa下，求到达化学平衡时PCl5的解离度。 解：1设200，200 kPa下五氯化磷的解离度为，那么 -?PCl5(g) -? PCl3 (g) Cl2(g) 1 ?n1 K(0pp0?nB?)?BB200?2?0.312 nB?21001-B?B1?20.156 7.4103 0.3674 22?1-K0p?2或 K0? 2p1-K0?p0p00.3120.3674 0.312?22设混合物的物质的量为n，五氯化磷的解离度为，那么平衡时 -?PCl5(g) -? PCl3 (g) Cl2(g) 1 5 ?n6 K0(pp0?nB)?B?B?n?BBB.325?(5-?)?0.312 10

10、0(1-?)(6-?)1.307926.53951.84740 ?6.5395?7.2409?6.5395?6.53952?4?1.3079?1.84740.2679 2?1.30792?1.307958在994K，使纯氢气渐渐地通过过量的CoO(s)，那么氧化物局部地被复原为Co(s)。出来的平衡气体中氢的体积分数?(H2)0.025。在同一温度，假设用CO复原CoO(s)，平衡后气体中一氧化碳的体积分数?(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展反响，其平衡转化率为多少？ 1?0.025p?B?B?B0-?y解：(1) CoO(s)H2(

11、g) ? Co(s)HO (g) 39 K-2?B100.025pB1?0.0192p-B?0-?(2) CoO(s)CO(g) ?51.08 - Co(s)CO2(g) K2(0)B?yBB0.0192pB051.08K2-?(3) CO(g)H2O(g) ?1.31 - CO2(g)H2(g) K039K10354 ?21.31 0.5337 K(1-)20359。 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

12、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：反响的化学计量式如下 NH4HS(s) -? NH3(g) H2S(g) p由题给条件，25 C下 K0(33.332p2)0.1111 100p066.6633.33 kPa 2-?(1) NH4HS(s)-?NH3(g) H2S(g) pH2S 39.99pH2S K0pH2S?(pH2S?39.99)p0220.1111 pH39.99pH2S11110 2SpH2S18.874 kPa p2pH2S39.9977.738 kPa -?(2) NH3(g )H2S(g) -?NH4HS(s)

13、 p021当 Jp 能形成NH4HS固体 pH2S?6.6660.1111pH2S1111166.67 kPa 6.66651025,200 kPa下，将4 mol的纯A(g)放入带活塞的密闭容器中，到达如下化学平衡-?A(g)-? 2B(g)。平衡时，nA1.697mol，nB4.606mol。 0(1) 求该温度下反响的K0和?rGm； (2) 假设总压为50 kPa，求平衡时A，B的物质的量。 2nB200?4.6062解：(1) K03.9669 ?p?nBnA100?(4.606?1.697)?1.6970pB0R298.15ln3.96693.416 kJmol1 ?rGm 55 第 9 页 共 9 页