物理化学答案 - 第四章 - 化学平衡习题解答[1] 下载本文

n(NH3)?n(H2S)?0.44mol

n(NH4HS)?0.6?0.44?0.16mol

29. 石灰石的分解反应为

CaCO3(s)== CaO(s)+ CO2(g)

要使该反应以一定速度进行,所需最低温度为若干?(假定该反应的△Cp=0) 解:查表得298K时:

?fHm/kJ?mol?fGm/kJ?mol?CaCO3(s) ?1CaO(s) -635.5 -604.2 ?1CO2(g) -393.5 -394.4 ? -1206.9 -1128.8 ??1?rGm(298K)??604.2?394.4?1128.8?130.2kJ?mol K(298K)?1.52?10???23

?1?rHm(298K)??635.5?393.5?1206.9?177.9kJ?mol

?由于△Cp=0,故?rHm不随温度变化。设分解温度为T2,则K?(T2)?1。

?rHm?11??? ln????R?298T2?K?298K??K??T2??解得:T2?1112K

30. 在高温下,水蒸气通过灼热煤层反应生成水煤气;

C(s)+ H2O(g)

H2(g)+ CO(g)

已知在1000K及1200K时,Kθ分别为2.472及37.58。 (1)求算该反应在此温度范围内的△rHθm; (2)求算1100K时该反应的Kθ。 解:(1)ln?1200?K?1000K???K?K?rHm?11?????2.72R?10001200??

△rHθm=1.36×105 J.mol-1

1.36?10?11??(2)lnK(1100K)????ln2.472?2.392

R1100??1000?5K(1100K)?10.94?

31.若将空气加热至2500K,则有反应

1/2 N2(g) + 1/2 O2(g)

NO(g)

试计算该温度下空气中NO的物质的量分数。假定空气中所含O2及N2的物质的量之比为20.8:79.2。已知298K时NO(g)的△fGθm=86.69 kJ.mol-1,

△fHθm=90.37kJ.mol-1,设反应的△CP = 0。

??31解:K?(298K)?exp(??rGm /RT)?4.056?10lnK?2500K???K?298K???rHm?11????

R?2982500??解得:

K(2500K)?3.249?10??3

2NO(g)

N2(g) + O2(g)

平衡时 0.792?x 0.208?x 2x

K??Kx?4x2(0.792?x)(0.208?x)

因K?(2500K)很小,所以上式可简化为:

K(2500K)?3.249?10x?0.012??3?4x20.208?0.792

则空气中NO的摩尔分数为0.024。

32. 潮湿的Ag2CO3需要在110℃的温度下在空气流中干燥去水。试计算空气中应含CO2的分压为多少才能防止Ag2CO3的分解? 解:查表得298K时:

?fHm/kJ?mol?fGm/kJ?mol?Ag2CO3(s) ?1Ag2O(s) -30.568 -10.820 CO2(g) -393.5 -394.4 ? ?1-506.16 -437.14

??12.89

??1?rGm(298K)?31.963kJ?mol?lnK(298K)?????rGm(298K)R?298?1?rHm(298K)?82.058kJ?mol

ln?383K???K?298K?K?82.058?10?11?????7.35R298383??3解得:

K(383K)?3.93?10??3?p(CO2)/p?

p(CO2)?393Pa

即空气中CO2的分压为393Pa才能防止Ag2CO3的分解。 33. FeO分解压与温度的关系为

ln(p/Pa) = ?6.16×10T/K4+26.33

试确定FeO能在空气中分解的最低温度(空气中氧的体积分数为21%)。 解:FeO分解压力为:p(O2)?0.21p??21kPa 代入ln(p/Pa) = ?T=3764K

34.200~400K时,反应NH4Cl(s)温度T 的关系为

lgKθ= 16.2-

9127T6.16×10T/K4+26.33解得:

NH3(g)+HCl(g)的标准平衡常数与

(1)计算300K时反应的△rHmθ、△rGmθ、△rSmθ;(2)在300K时若反应开始时只有NH4Cl(s)放在一真空容器中,求平衡时HCl(g)的分压。

?解:(1)若视?rHm与温度无关,则

?rHm?2.303?9127?8.314?174.76kJ?mol??1

?1????RTlnK?81.68kJ?mol300K时,K??5.98?10?15 ?rGm

△rSmθ= 310.2 J.K-1.mol-1 (2)K??p(NH3)p??p(HCl)p??[p(HCl)p?]?5.98?102?15

解得p(HCl)= 7.73×10-3Pa 35.石灰窖中烧石灰的反应为

CaCO3(s)→ CaO(s)+ CO2(g)

欲使石灰石能以一定速率分解为石灰,分解压最小须达到大气压力,此时所对应的平衡温度称为分解温度。设分解反应的△Cp=0,试求CaCO3的分解温度。 解:查表得298K时:

CaCO3(s) CaO(s) CO2(g) ?fHm/kJ?mol?fGm/kJ?mol???1 -1206.9 -1128.8 -635.5 -604.2 ?1-393.5 -394.4 ??1?rGm(298K)??604.2?394.4?1128.8?130.2kJ?mol

K(298K)?1.52?10???23

?1?rHm(298K)??635.5?393.5?1206.9?177.9kJ?mol

?由于△Cp=0,故?rHm不随温度变化。设分解温度为 T2,则K?(T2)?1。

?H?11?? ln??rm???R?298T2?K?298K??K??T2??解得:T2?1112K

36.试根据下列数据求算反应 C2H4(g)+ H2(g)在1000K时的标准平衡常数Kθ。已知:

(1)298K时,乙烯和乙烷的标准燃烧热分别为-1411和-1560 kJ. mol-1,液态水的标准生成热为-286 kJ. mol-1;

(2)298K时,C2H4(g)、C2H6(g)和H2(g)的标准熵分别为219.5、229.5和130.6 J.K-1.mol-1;

(3)在298~1000K范围内,反应的平均热容差△Cp=10.8 J.K-1.mol-1。 解:298K时:

?rHm??cHm(C2H4)??cHm(C2H6)??fHm(H2O)??137kJ?mol?rSm?Sm(C2H6)?Sm(C2H4)?Sm(H2)??120.6J?K?????1C2H6(g)

?????1

?mol?1

1000K时:

?rHm??137?10??3?10.8(1000?298)??129.4kJ?mol?1?1

?rSm??120.6?10.8ln(1000/298)??107.5J?K?rGm??129.4?10?3?mol?1?1?107.5?1000??21.88kJ?mol

K??13.9