物理化学计算习题 下载本文

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湖南工业大学物理化学简明教程复习题系列-计算题

解之:

p?98.6kPa

例题7:

已知700℃时反应CO(g)?H2O(g)?CO2(g)?H2(g) 的标准平衡常数为K?0.71 ,试问:(1)各物质的分压均为1.5p 时,此反应能否自发进行?

(2)若增加反应物的压力,使pCO?10p?,pH2O?5p?,pCO2?pH2?1.5p? ,该反应能否自发进行 ?

解:已知反应的标准平衡常数和参加反应的各物质的分压比(即Jp) ,欲判断反应的方向,应用化学反应的恒温方程可以解决此问题。

(1)?rGm??RTlnK?RTlnJp??RTln0.71?RTln??????1.5?1.5???

?1.5?1.5??2.77kJ?mol?1?0

故反应不能自发进行

?rGm??RTlnK??RTlnJp??8.314?973?ln0.71(2)

??1.5?1.5???1?8.314?973ln???22.3kJ?mol?0??10?5??

故反应能自发进行。

讨论:此题也可以通过直接比较Jp 与K大小来判断反应的方向,该题使化学反应恒温方程的典型应用,使最基本的题型之一。

例题8:

在55℃,p下 ,部分解离的N2O4平均分子量为 61.2g?mol,试计算: (1)解离度?;

(2)反应的N2O4(g)?2NO2(g)的Kp ;

(3)若总压将至10kPa,55℃时的解离度?又是多少?

解:根据反应方程式,利用达到平衡时的平均分子量的数据计算平衡组成,进而计算出解离度,又因为Kp仅是温度的函数,与系统压力无关,所以可用(2)计算出的KP值计算压力变化时的解离度。

(1) 设NO2的物质的量分数为x,N2O4的为1-x,

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xM(NO2)?(1?x)M(N2O4)?61.2,即46x?(1?x)?92?61.2,求得x?0.67

设初始时N2O4的物质的量为nmol ,则:

N2O4(g)?2NO2(g)

平衡时:n(1??) 2n?

?nB?n(1??)

x?2?n/?n(1??)??0.67,故??0.50

(2)

22Kp?p2(NO2)/p(N2O4)??4?/(1??)???p?133.33kPa

(3)当p?10kPa时,KP22?133.33kPa??4?/(1??)????10kPa,求得??0.877

讨论:利用平衡状态时的已知数据计算解离度?或Kp,是化学平衡章节中常见的题型,需要熟练掌握,此题也证明了在一定温度下,增加反应压力,平衡向气体分子数减少的方向移

动。

例题 9:

在200~400K,反应NH4CL(s)?为:

(1) 计算300K时反应的?rHm,?rGm,?rSm,

(2) 300K时,若反应开始只有NH4CL(s)放在一定真空容器内,求平衡时HCL(g)的分压;

(3) 求(2)中反应平衡系统的自由度数。

??1?解:(1)若?rHm 与温度无关,则?rHm?2.303?9127?8.314?174756J?mol由题给

NH3(g)?HCL(g) 的标准平衡常数与温度T的关系

?????15的lgK?T 的关系式得300K时K?5.98?10

?故

??rGm(300K)??RTlnK?(300K)??8.314?300ln(5.98?10?15)?81686J?mol?1

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由公式?rGm?????rHm?T?rSm得

??rSm(300K)?310.2J?mol?1?K?1

(2)

2?p(NH3)p(HCL)??p(HCL)??15K??????5.98?10 ??p????pp????解得:

p(HCL)?7.73?10?3Pa

说明 :该题涉及得主要问题有 ① 围绕 ,利用公式

??rGm(300K)??RTlnK???H?rm?C 以及 和lnK??RT?rG?m??rH?m?T?rS? m计算热力学函数G,H,S的改变值;

②利用分解压表示复相化学反应的标准平衡常数; ③组分数的计算,C?S?R?R'

例题10:

3?将10.00g Ag2S(s)与890K,p的1dmH2相接触,直至平衡,已知反应

Ag2S(s)?H2(g)?2Ag(s)?H2S(g)

在890K时的K?0.278,试问:

(1) 平衡时,系统中的Ag2S(s)及Ag(s) 各为多少克,气相组成如何? (2) 欲使10.00gAg2S(s)全部被还原,求算最少需要890K,p 下的H2体积? 解:(1)10.00g Ag2S(s)为 0.04052mol ,设反应达平衡时,H2S(g) 的压力为 xp, 有:

???Ag2S(s)?H2(g)?2Ag(s)?H2S(g)

?t=0时的气相分压 p 0 平衡时分压 (1?x)p xp

??xp/pK???0.278??(1?x)p/p

x/(1?x)?0.278,x?0.2175绿色包装与生物纳米技术应用湖南省重点实验室-贺全国主讲

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达平衡时气相组成为H2:78.25%(V);H2S:21.75%(V)

对气相而言,反应为等分子反应,故在恒温等压下,反应系统的体积不变,一直为1dm ,系统气相的总物质的量为:

3n?(pV)/(RT)??101325?0.01?/?8.314?890??0.01369mol达平衡时各组分的物质的量为:

nH2S?0.01369?0.2175?0.002978mol,nAg?0.005955mol,wAg?0.6425gnAg2S?0.04052?0.002978?0.03754mol,wAg2S?9.264g(3) 由(1)的计算结果可知,1dm的H2使0.736g的Ag2S(s)还原为Ag(s) ,若需

将10.00g的Ag2S(s)完全还原,所需H2 的量至少为:

3

10.0/0.736?1dm3?13.6dm3

讨论:该题使已知标准平衡常数求平衡时各组分的组成,此类题目有时会涉及标准平衡常数与各类平衡常数之间的转换。

例题11:

Na2CO3与水可生成Na2CO3?H2O,Na2CO3?7H2O,Na2CO3?10H2O,三种固体水合物。

(1) 在压力101.325kPa 下能与Na2CO3水溶液及冰共存的含水盐最多可有几种? (2) 指出在20℃时由多少水合物能与水蒸气呈平衡共存。

解:此类题的考点时相律的综合应用,要通过相律来进行计算,首先要计算系统的独立组分数,由于独立组分数不会由于物种的认定不同而发生变化,故尽可能用最简化的方法认定物种数有利于解决问题,另外在相律运用中必须注意隐含限制条件自由度的运用。

(1) 题意时求最大相数。可以认为系统的 物种数为2(Na2CO3和水)没有独立浓度限制条件合独立化学平衡数,故C=2,也可以认为物种数S=5,但此时存在3各独立化学平衡R=3,C=S-R=5-3=2,可以看出用最简化的方式认定物种数有利于简化问题。

由相律F=C-P+2可知,要得到最大相数,必须使自由度为0。

*因p= 101.325kPa 一定,所以F?C?P?1?3?P?0,Pmax?3

表示该体系最多只能三相共存,现已有Na2CO3 水溶液合冰两相,因而最多只能有一种含水盐与之共存。

(2) C=2,且因温度已指定(20℃),故:

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