大学物理化学3-化学平衡课后习题及答案

化学平衡课后习题

一、是非题

下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“”，错误的画“”。

1. 某一反应在定温、定压且无非体积功的条件下，当该反应的r G m <0时，则该反应能正向进行。 ( )

2. 如果某一化学反应的r H 0，该反应的K 随着温度升高而减小。（ ）

3. 对理想气体反应：0 = B

B B ，在定温定压下当B B >0时，随着惰性气体的加入

而平衡向左移动。（ ）

4. 对理想气体反应：0 = B

B

B ，在定温定压下当

B B

>0时，随着惰性气体的加入

而平衡向左移动。（9. 如果某一化学反应的r H 不随温度变化，那么其r S 也不随温度

变化，但是其r G 却与温度有关。（ ）

5. 对于真实气体混合物的反应，该反应的标准平衡常数K 仅仅是温度的函数。（ ）

二、选择题

选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：

1. PCl 5的分解反应PCl 5(g) == PCl 3(g) + Cl 2(g) 在473 K 达到平衡时PCl 5(g) 有%分解，在573 K 达到平衡时，有97 %分解，则此反应是（ ） （1）吸热反应； （2）放热反应； （3）反应的标准摩尔焓变为零的反应；

（4）在这两个温度下标准平衡常数相等的反应。

2. 设反应 a A(g ) == y Y(g) + z Z(g),在 kPa 、300 K 下，A 的转化率是600 K 的2倍，而且在300 K 下系统压力为101 325 Pa 的转化率是2×101 325 Pa 的2 倍，故可推断该反应 ( )

（1）标准平衡常数与温度，压力成反比； （2）是一个体积增加的吸热反应 ； （3）是一个体积增加的放热反应；

(4)标准平衡常数与温度成正比，与压力成反比。

3.理想气体反应N 2O 5（g ）== N 2O 4（g ）+1/2O 2（g ）的

r

H 为mol －1，∑=0)(,B C m

p B ν。

要增加N 2O 4（g ）的产率可以（ ）

（1）降低温度； （2）提高温度；

（3）提高压力； （4）定温定容加入惰性气体。 4. 影响任意一个化学反应的标准平衡常数值的因素为：（ ）。 (1) 催化剂 ；

(2) 温度 ； (3) 压力 。

5. 温度升高时，固体氧化物的分解压力（分解反应是吸热反应）：（ ） （1）降低；

（2）增大；

（3）恒定；

（4）无法确定。

6. 反应 2NO(g) + O2(g) == 2NO2(g) 是放热的, 当反应在某温度、压力下达平衡时，若使平衡向右移动。则应采取的措施是：（）

（1）降低温度和减小压力；（2）降低温度和增大压力；

（3）升高温度和减小压力；（4）升高温度和增大压力。

三、填空题

在以下各小题的“”处填上答案。

1. 某气相反应A ==Y+ Z是吸热反应, 在 25 ℃时其标准平衡常数K=1 , 则25 ℃时反应的r S0，此反应在40 ℃时的K25 ℃时的K。(选填，=，)

四、计算题

1．将丁烯脱氢制取丁二烯的反应如下：

C4H8(g)=C4H6(g)+H2(g)

f m m

物质C4H8(g)C4H6(g)H2(g)

△f H m/(kJ·mol-1)0

S m/(J·mol-1·K-1)

(1)计算该反应298K的△r m和△r m;

(2)计算该反应在298K的△r G m和K;

(3)计算该反应830K的K（假定该反应的△r H m不隨温度而变）;

(4)为提高丁烯的转化率，在反应时加入惰性气体水蒸气。若反应开始时，丁烯与水

蒸气物质的量之比为1:15,反应在830K,条件下进行，C4H8(g)的平衡转化率为多

少？

2．在1500K下，金属Ni土存在总压为的CO(g)和CO2(g)混合气体，可能进行的反应为：Ni(s)+CO2(g)=NiO(s)+CO(g)

为了不使Ni(s)被氧化，在上述混合气体中CO2(g)的分压力p(CO2)不得大于多大的压力？已知下列反应的△r G m与温度T的关系为：

(ⅰ)2Ni(s)+O2(g)=2NiO(s), △r G m,i=(－+K)kJ·mol-1

(ⅱ)2C(石墨)+O2(g)=2CO(g), △r G m,ii=(－－K)kJ·mol-1

(ⅲ)C(石墨)+O2(g)=CO2(g), △r G m,iii=(－－×10-3T/K)kJ·mol-1

3．已知下列反应在373Ｋ时，K=×108

CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g)

（１）已知上述反应的△r S m(373k)=·mol-1·K-1，求COCl2(g)的解离反应在373Ｋ下的△r H m=___;

(２) 设反应的∑B C p,m=0,且反应开始时系统中只有COCl2(g)，则保持系统压力的条件下，若要COCl2(g)的解离度为，则反应温度为_______(p=100kPa)。

4．在200K~400K湿度范围内，反应

NH 4Cl(s)=NH 3(g)+HCl(g)的标准平衡常数与T 的关系为:

K

/9127

2.16lg T K -

= (1)计算300K 时，反应的△r H m ,△r G m ,△r S m ；

(2)在300K 时，若反应开始只有NH 4Cl(s)放在一真空容器内，求平衡时HCl(g)的分压；

化学平衡习题答案

一、是非题

1. 2. 3. 4. 5.

二、选择题

1.(1)

2.(2)

3.(1)

4.(2)

5.(2) 6(2)

三、填空题 1. ＞， ＞

四、计算题 1．【题解】：(1) △r H m (298K)=∑

B

△f H m (B,298K)

=[－(－]kJ·mol -1

=·mol -1

△r S m (298K) =∑B S m (B,298K)

=·mol -1·K -1

(2) △r G m (298K)= △r H m (298K)－298K×△r S m (298K)

=××10-3)kJ·mol -1

=·mol -1

由 △r G m (298K)=－298Rln K (298K)

㏑K (298K)=

111

3K mol 8.314J 298K mol J 1079.26---?????-

解得 K =×10-14

(3)由

㏑)K 8301K 2981()K 298()

K 298()K 830(m r -?=R H K K

)K

8301

K 2981(K mol 8.314J mol J 10110.191113-????=---

解得 K (830K)=×10-2

(4) C 4H 8(g) = C 4H 6(g) + H 2(g)

开始：n /mol 1 0 0

平衡：n eq

/mol 1－x A x A x A 平衡：∑n eq

=[(1－x A )+x A +x A +15]=(16+x A )mol

2A

A 2A

A 1007.3/)161()/16()K 830(-?=+-+= p p x x p p x x K

代入p =,解得，C 4H 8(g)的平衡转化率x A =

【剖析】：本题从物质的热力学数据△f H m (298K)、S m (298K)出发计算反应的△r H m (298K)及△r S m (298K),继而算出△r G m (298K),并算得K (298K)，再忽略温度对△r H m 的影响，由范特荷夫方程算出830K 时的K (830K),最后利用K (830K),计算C 4H 8(g)脱氢制取丁二烯时，C 4H 8(g)的平衡转化率。比较全面考察了标准平衡常数的热力学计算及其应用。这一整套热力学计算的思路，是必须掌握的重点内容。

2．【题解】：可能进行的反应=11

(i)(ii)(iii)22

?

+?-反应反应反应, 故可能进行的反应的

iii m,ii m,i m,m r r 2

1r 21)(r G G G T G ?-??+??=?

则

11

()[(489.10.1917/K)(223.00.1753/K)

r m 2231

(394.00.8410/K)] kJ mol G T T T T ?=?-++?-------??

1m ol K)kJ /0117.09.37(-?+=T

得 △r G m (1500K)=·mol

由 △r G m (T )=－RT lnK (T )

△r G m (1500K)=－1500K R ln K (1500K)

·mol -1=-1500K×·mol -1·K -1

K (1500K)

解得 K (1500K)=

而 )CO ()

CO (kPa 325.101/)CO (/)CO ()K 1500(222p p p

p p p J -==

为使可能进行的反应不发生，则根据范特荷夫定温方程

△r G m (1500K)=－RT ln K (1500K)+RT ln J (1500K)

J >K , △r G m (1500K)>0才行。 故 0117.0)

CO ()

CO (kPa 325.10122>-p p

即p (CO 2)不得大于

【剖析】：本题所给反应是理想气体纯固体的多相反应。(i)先由给定的三个反应△r G m

与温度T 的关系式通过线性组合求出可能发生的反应的△r G m (1500K) ，进而求出K (1500K)；(ii)再列出J (1500K)的表达式，此时应注意对有纯固体参加的多相反应的表达式，式中只出现气体的分压；(iii)最后根据范特荷夫定温方程，确定防止可能进行的反应发生，CO 2(g)分压的最大值。

3．【题解】：（１）已知COCl 2(g)的合成反应K (373K)=×108

，则其解离反应的

8

8

108.010

25.11)K 373(1)K 373(-?=?==

'

K K 故COCl 2解离反应的△r G m ’

(373K)=-RT ln K ’

(3773K)

=·mol -1·K -1×373Kln×10-8

)

=·mol -1

而解离反应的△r S m ’(373K)=-△r S m (373K)=·mol -1·K -1

所以解离反应△r H m ’(373K)= △r G m ’(373K)+373K △r S m ’

(373 K)

=·mol -1+373K×·mol -1·K -1

=104635J·mol -1

（２） COCl 2(g)=CO(g)+Cl 2(g) 开始n /mol ： 1 0 0

平衡n eq

/mol ：

平衡 ∑n eq

/mol=++=1+

p

p p p p p T K

/)COCl (]

/)Cl (][/)CO ([)(22='

)

/(001.1001

.01)/001.1001

.0(

2

p p p p -= 代入p =200kPa,解得K ’(T)=2×10-6

因解离反应的△r C p ,m =0，即△r H m ’

与温度无关，则由范特荷夫方程：

)1

K 3731(r )

K 373()(ln m T R H K T K -'

?=''

代入K ’

(373K)=×10-8

, △r H m ’

(373K)=104635J·mol -1

,

解得 T =446K 【剖析】：解本题需要正确应用最基本的热力学公式外，关键还在于要把COCl 2(g)解离反应与合成反应的标准平衡常数的关系(互为倒数，即)

(1

)(T K T K

=

'

)以及热力学函数变化

值的关系[正、负号相反，如 )()(m r m r T S T S

?='?, )()(m r m r T H T H

?='

?,

)()(m r m r T G T G ?='?]理顺，这是是否得到正确结果的关键所在，稍不留神就会铸成错

误。 4．【题解】：（１）若视△r H m 与温度无关，可视为常数，则

△r H m =9127K×·mol -1·K -1

=75882 J·mol -1

300K 时，由K =f (T )关系式，代入T =300K ,得

K =×10-7

△r G m (300K)=-RT ln K (300K)

= J·mol -1·K -1×300Kln×10-7

)

=35476 J·mol -1

△r G m (300K)= △r H m (300K)-300K×△r S m (300K)

则 △r S m (300K)= J·mol -1·K -1

(2)

])

HCl ()NH ([

3

p

p p p K ?= 72

1065.6])HCl ([

-?==

p

p 解得 p (HCl)=

【剖析】：所给反应为纯固体与理想气体的反应，１应明确其标准平衡常数表示式的表示法；