第六章化学平衡习题及解答.docx
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第六章化学平衡习题及解答
习题及解答
第六章
$
1.反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的标准平衡常数与温度的关系为lgKp=2150K/T-2.216,当CO,H2O,H2,
CO2的起初组成的质量分数分别为0.30,0.30,0.20和0.20,总压为101.3kPa时,问在什么温度以下(或以上)反应才能向生成产物的方向进行?
解设反应体系的总量为1000g,已知M(CO)=28gm·ol-1,
M(H2O)=18g·mol-1,M(H2)=2g·mol-1,M(CO2)=44g·mol-1,
n(CO)=(300/28)mol=10.714moln(H2O)=(300/18)mol=16.667mol
n(H2)=(200/2)mol=100mol
n(CO2)=(200/44)mol=4.545mol
n=(10.714+16.667+100+4.545)mol=131.926mol
x(CO)=10.714mol/131.926mol=0.0812
x(H2O)=16.667mol/131.926mol=0.1263
x(H2)=100mol/131.926mol=0.7580
x(CO2)=4.545mol/131.926mol=0.0345
$
B=0,所以Kp=Kx,要使反应向生成产物方向进行,须Qx
2150K
815.1K,即在815.1K温度以下反应才能向生成产物方向进行。
2.PCl5的分解作用为PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
在523.2K、101.325kPa下反应达到平衡后,测得平衡混合物的密度为2.695kgm·-3,试计算
1)PCl5(g)的离解度。
解
(1)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)设α为解离度,
开始n00
平衡n(1-α)nαnα
平衡时物质的总量为n(1+α)
恒),故
所以
平衡体系中pV=
pMPCl5
RT
1molPCl
n(1+α)RT,从反应可以看出,反应前后的分子数虽然增加了,但总质量没有变(即质量守
WPCl5
W混
K$p
MPCl5
MPCl5
W混
5为基准
pPC3pCl2
pPCl5
101325Pa208.2103kgmol1
(2.695kgm3)(8.314J
mol1K1)(523K)
10.8
p1
=0.8时
K$p
1.778
G$
rGm
RTlnK$p
(8.314Jmol
1K1)(523K)ln1.778
2.502kJmol1
CO2(g)时,才能使Na2CO3(s)全部转变为NaHCO3(s)?
(2)在373K,总压为101325Pa时,要在CO2(g)及H2O(g)的混合气体中干燥潮湿的NaHCO3(s),问混合气体中的
H2O(g)分压应为多少才不致使NaHCO3(s)分解?
解
(1)使Na2CO3(s)转变为NaHCO3(s)的反应写作
Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)=2NaHCO3(s)
从本题所给数据看,平衡常数使用Kc更方便。
设反应刚开始时通
Kc
1
K$p
RT
p$
0.231
CO2(g)的量为xmol,则
8.314373
4.163103
100000
Qc
104
x0.2
0.2x,要使反应开始,需QcKc
102102
104
4.16310
0.2x
x≥0.12mol。
即在现有水气数量的情况下,通CO2(g)的量为0.12mol时反应
0.1mol的CO2(g)和
才刚刚要开始。
要使0.1molNa2CO3(s)全部转化,可能有两种情况。
一是需在此基础上各通
H2O(g)。
二是只通CO2(g)不通H2O(g),这样随着H2O(g)的消耗平衡左移,消耗CO2(g)的量要增加。
设0.1molNa2CO3(s)
全部转化后体系仍处于平衡,则此时H2O(g)的量只有0.1mol,设于此平衡的CO2(g)的量为ymol,成立
(2)考虑反应
此反应的Kp为
p(H2O),则CO2(g)分压为101325Pa-p(H2O),即Qp=p(H2O)×[101325Pa-p(H2O)],要使NaHCO3(s)
不分解,需Qp>Kp,即
p(H2O)×[101325Pa-p(H2O)]>2.31×109Pa2
结果为34641Pa
这告诉我们,水气分压低于34641Pa和高于66684Pa时,NaHCO3(s)会发生
分解,水气分压在34641Pa和66684Pa之间时,NaHCO3(s)不会发生分解。
4.合成氨反应为,3H2(g)+N2(g)2NH3(g),所用反应物氢气和氮气的摩尔比为3:
1,在673K和1000kPa压力下达成
平衡,平衡产物中氨的摩尔分数为
0.0385。
试求
(1)该反应在该条件下的标准平衡常数;
(2)在该温度下,若要使氨的摩尔分数为0.05,应控制总压为多少?
解
(1)设平衡时氮气转化的量为xmol
3H2(g)+N2(g)2NH3(g)
起始
平衡
3(1-x)1-x2x
平衡总量
3(1-x)+1-x+2x=4-2x
2x
yNH3
42x
0.0385,
0.074
K$p
Kpn$pn
[3(1
(2x)2
x)]3(1x)
1000
100[4
2x]
将x=0.074代入式中,
K$p=1.64
10-4
(2)要使
yNH3
解得
2x
42x
0.05,
0.095
K$p
(20.095)2
[3(10.095)]3(10.095)
100[420.095]
p=1316kPa。
5.反应C(s)+2H2(g)=CH4(g)的
rGm$(1000K)19.29kJmol
1.64104
1
。
若参加反应气体的摩尔分数分别为
xCH4
0.1,xH2
0.8,xN20.1,试问在1000K和100kPa压力下,能否有CH4(g)生成?
解Qp
(pCH4/p$)
(pxCH4/p$)0.1
rGm
(pH2/p$)2
rGm$RTlnQp
(pxH2/p$)20.82
0.15625
(19.291038.3141000ln0.15625)Jmol-13857Jmol-1
rGm0,反应不能发生,不会有CH4(g)生成。
8.298K时,NH4HS(s)在一真空瓶中的分解为:
NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)
(1)达平衡后,测得总压为66.66kPa,计算标准平衡常数K$p,设气体为理想气体。
(2)若瓶中原来已有NH3(g),其压力为40.00kPa,计算此时瓶中总压。
(2)
设平衡时H2S气体的分压为x则:
解得x=18863Pa
p总=40000Pa+18863Pa+18863Pa=77726Pa。
9.在873K和101.325kPa下,下列反应达到平衡
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
若把压力从101.325kPa提高到原来的500倍,问:
1)若各气体均为理想气体,平衡有无变化?
方向移动?
解
(1)对理想气体:
lnK$plnK$lnK
p0;c0;x
pT;pT;p
lnKx
对该反应,B0,故0,即增加或降低压力对平衡无影响。
pT
CO2H2﹥COH2O,即K﹥1
10.298K
标准摩尔
$
时,已知甲醇蒸气的标准摩尔Gibbs生成自由能fGm(CH3OH,g)为-161.92kJm·ol-1,试求甲醇液体的
Gibbs生成自由能fGm$(CH3OH,l)。
已知该温度下甲醇液体的饱和蒸汽压为16.343kPa。
设蒸汽为理想
气体。
解甲醇液体的标准摩尔Gibbs生成自由能与甲醇蒸气的标准摩尔Gibbs生成自由能间的关系如图所示
=-161.92kJm·ol-1-[8.3142×98×ln(100/16.343)]10-×3kJ·mol
=-166.41kJm·ol-1
14.已知在298K和100kPa压力下,反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)将各气体视为理想气体,试计算
$
(1)298K下反应的rGm
(2)596K,500kPa下反应的
rHm,
rSm;
G$
(3)596K下反应的rm
$
及p。
$$
需要的热力学数据如fHm,Sm,Cp,m请从附录的热力学数据表中查阅。
解本题所需数据见下表
物质
fHm$(298K)/kJm·ol-1
$
Sm(298K)/JK·-1·mol-1
Cp,m/JK·-1·mol-1
CO(g)
-110.525
197.674
30.46
H2O(g)
-241.818
188.825
36.32
CO2(g)
-393.509
213.74
47.32
H2(g)
0
130.684
29.32
$
(1)rHm=[-393.509+0-(-241.818)-(-110.525)]kJmol-1=-41·.166kJm·ol-1
rSm$=[130.684+213.74-188.825-197.674]JK-1·mo·l-1=-42.075JK·-1·mol-1
rGm$=rHm$-TrSm$=-41.166kJm·ol-1-298×(-42.075)1×0-3kJ·mol-1
596
298rCp,mdT
=-28.63kJm·ol-1
(2)rHm(596K)=rHm$+
rCm(47.3229.3236.3230.46)JK1mol19.86JK1mol
rp,m
代入,得
=-38.228kJm·ol-1
=-42.075JK·-1·mol-1+9.86×0.693JK·-1·mol-1=-35.24JK·-1·mol
(3)rGm(596)rHm(596)TrSm(596)
(4)
=-38.228kJm·ol-1-596×(-35.24)1×0-3kJ·mol-1=-17.225kJm·ol-1
1)写出lnK$pf(T)的函数关系。
值。
求500K时的
解
(1)rHm$(T)rHm$(298K)TCp$dT
61500Jmol
298K
(16.72JK1mol1)(T298K)
56514Jmol1(16.72JK1mol1)T
dlnK$rHm$(T)dT56514Jmol1(16.72JK1mol1)TdT
pRT2RT2
19.已知Br2(g)的标准生成热rHm$(298K)和标准生成自由能rGm$(298K)分别为30.71和
1
3.14kJ·mol-1。
1)计算液态溴在298K时的蒸气压。
2)近似计算溴在323K时的蒸气压。
近似计算标准压力下液态溴的沸点。
解气、液之间的变化以下式表示
30710Jmol111
0.9594
8.314JK1mol1298K323K
$
(3)沸腾时pBr2p
Tb=332K
试求其分解温度,所需数据自己查阅。
解查表中298K的数据如下
AgNO3(s)
Ag(s)
NO2(g)
O2(g)
fHm$/(kJmol1)
-123.14
0
33.85
0
Sm$/(JK1mol1)
140.92
42.7
240.45
205.03
rHm$(298K)BfHm$(B)156.99kJmol
B
rSm$(298K)BSm$(B)244.7Jmol1K1
B
p(NO2)+p(O2)=101325Pa时,
AgNO3(s)开始显著的分解,
此时p(NO2)=(2/3)×101325Pa,p(O2)=(1/3)×101325Pa。
p(NO2)
1
p(O2)2
$
1
212
33
0.3849
RTlnK$p
rHm$(298K)TrSm$(298K)
TrHm$(298K)
rSm$(298K)RlnK$p
621.4K
156990Jmol1
(244.78.314ln0.3849)Jmol1K1
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- 第六 化学平衡 习题 解答