物理化学答案 - 第四章 - 化学平衡习题解答[1]

又 △rGmθ=-RT ln Kθ

∴ △rGmθ=-8.314×523×ln1.82 =-2603.8 J.mol1

- =-2.60 kJ.mol1

-10.(1)写出以下反应的Kp表示式: (a) S(菱形)+ O2(g)== SO2(g) (b) 2SO2(g) +O2(g)==2SO3(g) (c) 1/2 N2(g) + 1/2 O2(g) == NO(g) (d) SO2(g) + 1/2 O2(g) ==SO3(g)

(2) 计算上述各反应的熵变△Sθm并作说明。

(3)计算上述各反应的标准自由能变化△Gθm和K?值,并判断在标准态的条件下反应的方向。 解:(1)(a)Kp?2

p(SO2)p(O2)

(b)Kp?(c)Kp?p(SO3)p(SO2)p(O2)2

p(NO)p1/2(O2)p1/2(N2)(d) Kp?p(SO3)p(SO2)p1/2(O2)(2)查表得298K时:

Sm/J?K???1S(菱形) O2(g) ?mol?1SO2(g) 248.22 SO3(g) 256.76 N2(g) 191.61 0 NO(g) 210.761 86.55 31.8 0 205.138 0 ?fGm/kJ?mol?1 -300.194 -371.06 (a)

?rSm?Sm(SO2)?Sm(S)?Sm(O2)?248.22?31.8?205.138?11.282J?K?????1?mol?1(b)

?rSm?2Sm(SO3)?2Sm(SO2)?Sm(O2)?2?256.76?2?248.22?205.138??188.058J?K?????1?mol?1(c)

?rSm?Sm(NO)???12Sm(N2)??12Sm(O2)?210.761??12?191.61?12?205.138?12.387J?K?1?mol?1(d)

?rSm?Sm(SO3)?Sm(SO2)????12?Sm(O2)?256.76?248.22??12?205.138??94.029J?K?1?mol?1(3) (a)

?rGm??rGm(SO2)??rGm(S)??rGm(O2)??300.194?0?0??300.194kJ?mol?????1 K?????rGmRT??4.4?1052

?rGm?0,反应正向进行;

(b)

?rGm?2?rGm(SO3)?2?rGm(SO2)??rGm(O2)?2?(?371.06)?2?(?300.194)?0??141.732kJ?mol????? K?????rGmRT??3.4?1024

?rGm?0,反应正向进行;

(c)

?rGm??rGm(NO)???12?rGm(N2)??12?rGm(O2)?86.55?0?0?86.55kJ?mol??1

K?????rGmRT??6.4?10?16

?rGm?0,反应不能正向进行;

(d)

?rGm??rGm(SO3)??rGm(SO2)????12?rGm(O2)??371.06?(?300.194)?0??70.866kJ?mol??1 K?????rGmRT??1.9?1012

?rGm?0,反应正向进行;

11. 试根据NH3的标准生成自由能,求反应

1/2 N2(g) + 3/2H2(g) → NH3(g) 在PN2=3 Pθ,PH2=1 Pθ和PNH3=4 Pθ时的

△rGm值。

?(NH3)??16.45kJ?mol解:查表得?fGm?1

??rGm??16.45kJ?mol???1

4p/p[p/p]??3/2????1/2?rGm??rGm?RTlnQp??16.45?RTln[3p/p]??14.4kJ?mol?112. 在容积为5.00L的容器中装有等物质的量的PCl3和Cl2,于250℃反应。反应PCl3(g) + Cl2(g) = PCl5(g)达平衡时,P PCl5=1.00 Pθ,此时反应的K??0.57。

求(1)开始装入的PCl3和Cl2的物质的量。(2)PCl3的平衡转化率。 解:(1) 因为装入的PCl3和Cl2的物质的量相等,平衡时的分压必然相等,设为p则

K??[p(PCl5)/p][p(PCl3)/p][p(Cl2)/p]????(p)p2?2?0.57

p?101.325?101.3250.57?134kPa

PCl5、PCl3和Cl2平衡时物质的量由pV=nRT求得 PCl5为 n?PCl3、Cl2为 n?pVRT?pVRT?101.325?58.314?523?0.117mol

134?58.314?523?0.154mol

所以原来放入系统PCl3和Cl2的物质的量0.117+0.154084=0.271(mol) (2)PCl3的平衡转化率=

0.1170.271?100%?43.2%

13. 某体积可变的容器中放入1.564g N2O4气体,此化合物在298K时部分解离.实验测得,在标准压力下,容器的体积为0.485dm3。求N2O4的解离度α以及解离反应的Kθ和△rGθm。

解:N2O4解离反应为

N2O4

2NO2

设反应前的物质的量: n 0 平衡时的物质的量: n(1-?) 2n?

其中?为N2O4的解离度。N2O4的摩尔质量M=92.0g.mol-1。所以反应前N2O4的物质的量

n =

1.56492.0= 0.017mol

解离平衡时系统内总的物质的量为 n总= n(1-?)+ 2n?= n(1+?) 设系统内均为理想气体,由其状态方程 pV=n总RT = n(1+?)RT 所以,N2O4的解离度 ?=

pVnRT?1=

101325?0.485?10?30.017?8.314?298?1= 0.167

Kn=

θ

nNO2nN2O42=

(2n?)2n(1??)=

4n?2

1??1

4?22 K= Kn(

Pn总P?) =

22△γ

4n?2

1??.

n(1??)=

1??

=

4?(0.167)1?(0.176)= 0.115

△rGmθ=-RT ln Kθ=(-8.314×298ln0.115)J.mol-1 = 5.36×103 J.mol-1 查表可得,298K时

△f Gmθ(NO2,g)= 51.84 kJ.mol-1 △f Gmθ(N2O4,g)= 98.286 kJ.mol-1 由标准生成吉布斯自由能可计算解离反应的 △rGmθ=(2×51.84-98.286)=5.394 kJ.mol-1 由标准平衡常数算得的△rGmθ与此值吻合较好。 14. A+B

C+D反应,开始时用A与B均为1mol,在25℃下,反应达平衡

时,A与B的量各为1/3mol。

(1)求此反应的平衡常数Kp; (2)若开始用1molA与2molB;

(3)若开始用A与B各1mol及0.5molC; (4)若开始用1molC与2molD;

分别求反应达平衡时C的摩尔数。 解:(1) A + B 平衡时

13 C + D

23

13

23

Kp?K?22?33??4 11?33(2) A + B C + D

平衡时 1?n 2?n n n

n2(1?n)(2?n)?4解得n?0.845mol

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