(3)当反应系统的总压力为106Pa时,纯N2O4的解离度又为若干? 解:(1)N2O4(g)
2NO2(g)
1?? 2?
K??ni?1??
?Kxp/p????Kx?4?22(1??)?1.33
??0.50
(2)?ni?3??
K??Kxp/p2????Kx?4?2(1??)(3??)?1.33
4??2??3?0
??0.652
(3)K??Kxp/p????4?22(1??)(p/p)??1.33
??0.181
22. 630K时反应2HgO(s)
2Hg(g)+ O2(g)的△rGθm= 44.3kJ.mol-1,试
求算此温度时反应的Kθ及HgO(s)的分解压。若反应开始前容器中已有105Pa的O2,试求算630K达到平衡时与HgO固相共存的气相中Hg(g)的分压。
??4/RT)?2.12?10 解:K??exp(??rGmK??Kp(p)??3?p(Hg)p(O2)(p)2??3?4p(O2)(p)3??3?2.12?10?4
p(O2)?3.80kPa
p(分解)?3p(O2)?11.4kPa
反应开始前容器中已有105Pa的O2时:
K??2.12?10?4?p(Hg)(10?p(Hg))(p)25??3
解得p(Hg)?1.49kPa
23. 若将NH4I固体迅速加热到375℃,则按下式分解
NH4I(s)
NH3(g) + HI(g)
分解压力为3.67×104Pa。若将反应混合物在375℃时维持一段时间,则HI进一步按下式解离
2HI(g)
H2(g)+ I2(g)
该反应的Kθ为0.0150。试求算反应系统的最终压力为多少?
解:取n mol NH4I固体起始反应,设系统达到平衡时,含x mol NH3(g)和y mol HI(g),则平衡组成为 (1) NH4I(s)
NH3(g) + HI(g)
n-x x y (2) 2 HI(g) y
12 H2(g) + I2(g) (x-y)
12(x-y)
1122平衡时系统中气相总物质的量 n总= x+ y +(x-y)+由反应(1)的分解压可得该反应的标准平衡常数 K(1)=
θ
(x-y)=2xmol
14(
pP?)=
2
14(
3.67?10101325x2x4)2 = 0.0328
y2xpP?设平衡时反应系统的最终压力为p,则 Kθ(1)=
p(NH3)P(HI)P?.
P?= (=
y)(
pP?)(
)2
4x(
)2 =0.0328
?θ
K(2)= Kn =
12?x?y?y2?2=
?x?y?24y2=0.0150
由Kθ(2)式可解得x=1.245y,然后代入Kθ(1)式解之可得: p = 4.10×104 Pa 同时反应必须同时达到平衡。
24. 某合成氨厂用的氢气是由天然气CH4与H2O(g)反应而来,其反应为
CH4(g)+ H2O(g)
CO(g)+ 3H2(g)
已知此反应在1000K进行,此时Kθ=26.56.如果起始时CH4与H2O的物质的量之比为1:2,试求算欲使CH4的转化率为78%,反应系统的压力应为多少? 解:CH4(g)+ H2O(g)
1?x CO(g)+ 3H2(g)
2?x x 3x
?ni?1?x
K??25.56?Kxp/p???2?27x32(1?x)(2?x)(3?2x)?(p/p)?2
当x?0.78时,解得: p=3.90×105 Pa
25. 将固体NH4HS放在25℃的抽空容器中,求NH4HS分解达到平衡时,容器
内的压力为多少?如果容器中原来已盛有H2S气体,其压力为4.00×104Pa,则达到平衡时容器内的总压力又将是多少? 解:NH4HS的分解反应为 NH4HS(s) 查表可得,298K时
△fGmθ(NH4HS,s)= -55.17 kJ.mol-1 △f Gmθ(H2S,g)= -33.02 kJ.mol-1 △f Gmθ(NH3,g)= -16.64 kJ.mol-1 所以,分解反应的
△rGmθ=[(-16.64-33.02)-(-55.17)] kJ.mol-1= 5.51 kJ.mol-1
由△rGmθ = -RTlnKθ知 K=exp(
θ
NH3(g)+H2S(g)
?5.51?1038.314?298)= 0.108
如果反应起始时,只有NH4HS一种固体物质而没有气体,当分解反应达到平衡时 p(NH3)= p(H2S) 此分解反应的分解压为
p = p(NH3)+ p(H2S) 所以达到平衡时,p(NH3)= p(H2S)=
12p
该反应的标准平衡常数与分解压力之间的关系为 Kθ=
p(NH3)p?.
p(H2S)p?=
14(pp?)2
p =?4K??.p? = [(4×0.108)1/2×101325]Pa = 6.67×104 Pa
1/2如果原容器中已有4.00×104 Pa的H2S气体,设平衡时p(NH3)= x 则p(H2S)= x + 4.00×104 Pa
此时温度仍然是298K,Kθ不变,所以 K=
θ
p(NH3)p?.
p(H2S)p?=
xp?.
(x?4.00?10)p?4=0.108
即 x2 + 4.00×104x-1.11×109=0 x = 1.89×104Pa p(NH3)= x =1.89×104Pa
p(H2S)= x + 4.00×104 Pa = (1.89×104+4.00×104)Pa = 5.89×104 Pa
此时容器内的总压力应为
p = p(NH3)+ p(H2S)= 1.89×104Pa + 5.89×104 Pa = 7.78×104 Pa 26. 试利用标准生成吉布斯自由能数据,求算298K时,欲使反应
KCl(s)+
32O2(g)== KClO3(s)
得以进行,最少需要氧的分压为多少?
?(KCl,s)??408.32kJ?mol解:查表得298K时,?fGm?1
?fGm(KClO3,s)??289.91kJ?mol?????1
?1?rGm??fGm(KClO3,s)??fGm(KCl,s)?118.41kJ?molK?
?exp(??rGm/RT)?1.75?10??21?[p(O2)/p]??3/2
解得:
p(O2)?6.98?1018Pa
27. 实验测知Ag2O(s)在445℃时的分解压为2.10×107Pa,试求算该温度时Ag2O(s)的标准生成吉布斯自由能△rGθm。 解:Ag2O(s)=2Ag(s)+1/2O2(g)
K??[p(O2)/p]??1/2?14.4
???fGm(Ag2O,s)???rGm?RTlnK?15.9kJ?mol?1
28. 反应NH4HS(s)
NH3(g)+ H2S(g)的△rHθm =94 kJ.mol-1,
△Cp=0, 298K时NH4HS(s)的分解压为6.08×104Pa,(1) 试计算308K时, NH4HS(s)的分解压; (2) 若将各为0.6mol的H2S(g)和NH3(g)放入20dm3容器中,试计算308K时生成NH4HS(s)为多少? 解:(1)K1??K2K1????p(NH3)p??p(H2S)p??(p2p?)?9.00?102?2
ln?H?11??rm???
R?298308?K2?0.308?(p2p?)2
p= 1.12×105 Pa (2)n(总)?pVRT?1.12?10?20?108.314?3085?3?0.88mol