北师大版物理化学化学平衡习题答案

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