第三章 化学平衡.doc

第三章 化学平衡

1．写出下列可逆反应的平衡常数Kc、Kp或K的表达式
（1）2NOCl (g) ⇋ 2NO (g) +Cl 2 (g) （2）Zn (s) +CO2 (g) ⇋ ZnO (s) +CO (g)
（3）MgSO4 (s) ⇋ MgO (s) +SO3 (g) （4）Zn (s) +2H+ (aq) ⇋ Zn2+ (aq) +H2 (g)
（5）NH4Cl (s) ⇋ NH3 (g)+HCl (g)
解：（1） Kc= Kp= (2) Kc= Kp=
(3) Kc=[SO3] Kp=P (4) Kc=
(5) Kc=[NH3][HCl] Kp=PP
2．已知下列反应的平衡常数：HCN ⇋ H+ + CN－ K1Θ=4.9×10-10
NH3 +H2O ⇋ NH4+ +OH－ K2Θ=1.8×10-5
H2O ⇋ H+ + OH－ KwΘ=1.0×10-14
试计算下面反应的平衡常数： NH3 + HCN ⇋ NH4+ + CN－
解：因为所求反应式=[反应式（1）+反应式（2）－反应式（3）]
根据多重平衡规则： KΘ===0.88

3．在699K时，反应H2 (g) +I2 (g) ⇋ 2HI (g)的平衡常数Kp=55.3，如果将2.00mol的H2和2.00mol的I2作用于4.00L的容器内，问在该温度下达到平衡时有多少HI生成？
解：设平衡时有x mol的HI生成
H2 (g) + I2 (g) ⇋ 2HI (g)
起始浓度 =0.5 =0.5 0 （mol·L-1）
平衡浓度 0.5－ 0.5－ （mol·L-1）
Kc=== Kp = == 55.3 解得 X= 3.15mol
4．反应H2 +CO2 ⇋ H2O +CO在1259K达到平衡，平衡时[H2]=[CO2] =0.440mol·L－1，[H2O]=[CO] =0.560mol·L－1。求此温度下反应的经验平衡常数及开始时H2和CO2的浓度。
解： H2 (g) + CO2 (g) ⇋ H2O(g) + CO(g)
平衡浓度（mol·L-1） 0.440 0.440 0.560 0.560
Kc= = =1.62 Kp=Kc · (RT) = Kc · (RT)0 = Kc = 1.62
开始时 [H2]=[CO2]=0.440+0.560=1.00 （mol·L-1）
5．可逆反应H2O +CO ⇋H2 +CO2在密闭容器中建立平衡，在749K时该反应的平衡常数Kc=2.6。 （1）求nH2O/n CO（物质的量比）为1时，CO的平衡转化率；
（2）求nH2O/n CO（物质的量比）为3时，CO的平衡转化率；
（3）从计算结果说明浓度对化学平衡移动的影响。
解：（1）设CO的平衡转化率为x
H2O + CO ⇋ H2 + CO2
起始浓度（mol·L-1） a a 0 0
平衡浓度 （mol·L-1） a－ax a－ax ax ax
Kc===2.6 解得 x = 0.62
（2）设CO的平衡转化率为x
H2O + CO ⇋ H2 + CO2
起始浓度 （mol·L-1） 3a a 0 0
平衡浓度 （mol·L-1） 3a－ax a－ax ax ax
Kc===2.6 解得 x=0.87
（3）从（1）和（2）的计算结果说明增大某一种反应物（H2O）的浓度，可以使另一种反应物（CO）的转化率增大。
6．HI分解反应为2HI ⇋ H2 + I2，开始时有1.0molHI，平衡时有24.4%的HI发生了分解，今欲将分解百分数降低到10%，试计算应往此平衡系统中加若干摩尔I2。
解：首先求Kc（假设体系总体积为1 L）
2HI ⇋ H2 + I2
起始浓度（mol·L-1） 1.0 0 0
平衡浓度（mol·L-1）1.0（1－0.244）=0.756 =0.122 =0.122
Kc==0.0260
再设应该往此平衡系统中加入x molI2,（假设体系总体积为1 L）
2HI ⇋ H2 + I2
起始浓度（mol·L-1） 1.0 0 x
平衡浓度（mol·L-1）1.0（1－0.10）=0.90 =0.050 x+=x+0.050
Kc==0.0260 解得 x=0.37 mol
7． 在900K和1.00×105Pa时SO3部分离解为SO2和O2
SO3 (g) ⇋ SO2 (g) +1/2 O2 (g)
若平衡混合物的密度为0.925g·L－1，求SO3的离解度。
解：设SO3的离解度为x，（假设SO3的起始浓度为a mol·L-1）
SO3 (g) ⇋ SO2 (g) + 1/2 O2 (g)
起始浓度（mol·L-1） a 0 0
平衡浓度（mol·L-1） a（1－x） ax ax
依题意，平衡时该混合物的密度应等于： 0.925= ①
而 ②
联合①②解得 x=0.31（若用P=101.325kPa来计算，x=0.34）

8．在308K和总压1.00×105 Pa时，N2O4有27.2%分解为NO2。
（1）计算N2O4 (g) ⇋ 2NO2 (g)反应的KpΘ；
（2）计算308K和总压2.026×105 Pa时，N2O4的离解百分率；
（3）从计算结果说明压力对平衡移动的影响。
解：（1） N2O4 (g) ⇋ 2NO2 (g)
起始分压 （Pa） P 0
平衡分压（Pa） （1－0.272）P 2×0.272P
又总压P总=P+0.272P=1.272P=P ∴= ①
Kp==，将①代入，求得Kp=0.32
（2） N2O4的离解百分率为x
N2O4 (g) ⇋ 2NO2 (g)
起始分压（Pa） P 0
平衡分压（Pa） （1－x）P 2xP
又总压P总=（1－x）P +2xP=（1+x）P=2.026×105 Pa
∴P= Pa ①
Kp==0.32 ②
联合① 、②，解得x=0.196
（3）上面（1）和（2）的计算结果说明，恒温下，增大压力，平衡向着气体计量系数减小的方向移动。对本反应来说，即是向着逆反应方向移动，使N2O4的离解百分率减小。
9．PCl5（g）在523K达到分解平衡： PCl5（g） ⇋ PCl3 (g) + Cl2 (g)
平衡浓度：[PCl5]=1.00 mol·L－1，[PCl3]=[Cl2] =0.204 mol·L－1若温度不变而压力减小一半时，新的平衡体系中各物质的浓度为多少？
解： PCl5（g） ⇋ PCl3 (g) + Cl2 (g)
平衡浓度： 1.00 0.204 0.204 （mol·L－1）
Kc=== 4.16×10-2
PCl5 的起始浓度应为：1.00+0.204=1.204 mol·L－1
当温度不变而压力减小一半时，设新的平衡体系中Cl2的浓度为x mol·L－1
PCl5（g） ⇋ PCl3 (g) + Cl2 (g)
起始浓度： =0.602 0 0 （mol·L－1）
平衡浓度： 0.602－x x x （mol·L－1）
Kc===4.16×10-2 （一元二次方程）
解得 x=0.139 mol·L－1
而[PCl5]=0.602－0.139=0.463 mol·L－1 [PCl3]=[ Cl2]=0.139 mol·L－1
10．对于下列化学平衡2HI (g) ⇋H2 (g) + I2 (g) 在698K时，Kc=1.82×10－2，如果将HI（g）放入反应瓶中，问： （1）当HI的平衡浓度为0.0100 mol·L－1时，[H2]和[I2]各是多少？（2）HI (g)的初始浓度是多少？（3）在平衡时HI的转化率是多少？
解：（1）设[H2]=[ I2 ]=x mol·L－1，则
2HI (g) ⇋ H2 (g) + I2 (g)
平衡浓度（mol·L－1）： 0.0100 x x
Kc==1.82×10 -2 解得 x=1.35×10 -3 mol·L－1
（2）依题意HI的初始浓度为：0.0100+2x=1.27×10 -2 mol·L－1
（3）平衡时HI的转化率为：×100%=21.2%
11．反应SO2Cl2（g）⇋SO2（g）+Cl2（g）在375K时，平衡常数KpΘ=2.4，以7.6g SO2Cl2和1.00×105 Pa的Cl2作用于1.0L的烧瓶中，试计算平衡时SO2Cl2、SO2和Cl2的分压。
解：设平衡时SO2的分压为xPa，
SO2Cl2（g） ⇋ SO2（g）+ Cl2（g）
起始分压 =1.756×105 0 1.00×105 （Pa）
平衡分压 1.756×105－x x 1.00×105+x （Pa）
===2.4 解得 x=0.967×105 Pa
即=（1.756－0.967）×105 =7.89×104 Pa
=（1.00+0.967）×105 =1.97×105 Pa
12．某温度下，反应PCl5（g） ⇋ PCl3 (g) + Cl2 (g)的平衡常数KpΘ=2.25。把一定量的PCl5引入一真空瓶内，当达平衡后PCl5的分压是2.533×104 Pa，问：
（1）平衡时PCl3和Cl2的分压各是多少？（2）离解前PCl5的压力是多少？
（3）平衡时PCl5的离解百分率是多少？
解：（1）设平衡时PCl3和Cl2的分压为xPa，
PCl5（g） ⇋ PCl3 (g) + Cl2 (g)
平衡分压（Pa） 2.533×104 x x
===2.25 解得 x=7.55×104 Pa
（2）离解前PCl5的压力为：P = 2.533×104 + x = 1.01×105Pa
（3）平衡时PCl5的离解百分率为：
13．在523K时，将0.110mol的PCl5（g）引入1.00升容器中，建立下列平衡：
PCl5（g）⇋ PCl3 (g) + Cl2 (g)平衡时PCl3（g）的浓度是0.050 mol·L－1。问：
（1）平衡时PCl5和Cl2的浓度各是多少？ （2）523K时的Kc和Kp°各是多少？
解：（1） PCl5（g） ⇋ PCl3 (g) + Cl2 (g)
起始浓度： 0.110 0 0 （mol·L－1）
平衡浓度： 0.110－0.050 =0.060 0.050 0.050 （mol·L－1）
Kc===0.042
= = = = = 1.8
14．查化学热力学数据表，计算298K时下列反应的KpΘ。
H2 (g) + I2 (g) ⇋ 2HI (g)
解： H2 (g) + I2 (g) ⇋ 2HI (g)
0 19.359 1.7 （kJ·mol）（以上数据查自课本21～22页）
= 2×1.7－19.359 = －15.959（kJ·mol－1）
根据－= RT㏑
∴㏑= = 6.44 ∴ = 628
15．下列数据：NiSO4·6H2O (s) =－2221.7kJ·mol－1
NiSO4 (s) =－773.6kJ·mol－1 H2O (g) =－228.4kJ·mol－1
（1） 计算反应的NiSO4·6H2O (s) ⇋NiSO4 (s) +6 H2O (g) Kp°
（2） H2O (g)在NiSO4·6H2O (s)上的平衡蒸气压是多少？
解：（1）=－773.6+6（－228.4）－（－2221.7）=77.7（kJ·mol－1）
根据－=RT㏑
∴㏑==－31.36 ∴ =
（2） ==
∴=537Pa （书上答案是用=101.325kPa计算）
16．反应CO（g）+ H2O（g）⇋ CO2（g）+H2（g）在某温度下平衡常数Kp=1，在此温度下，于6L的容器中加入2L 3.04×104 Pa的CO；3L 2.02×105Pa的CO2；6 L 2.02×105Pa的H2O（g）和1L 2.02×105Pa 的H2。问反应向哪个方向进行？
解： CO（g） + H2O（g） ⇋ CO2（g） + H2（g）
起始分压 （Pa）
Qp= = 0.166﹤Kp 故此时反应向正反应方向进行。
17．一定温度和压力下，某一定量的PCl5气体的体积为1L，此时PCl5气体已有50%离解为PCl3和Cl2。试判断在下列情况下，PCl5的离解度是增大还是减小。
（1） 压使PCl5的体积变为2L；
（2） 保持压力不变，加入氮气，使体积增至2L；
（3） 保持体积不变，加入氮气，使压力增加1倍；
（4） 保持压力不变，加入氯气，使体积变为2L；
（5） 保持体积不变，加入氯气，使压力增加1倍。
解：（1）PCl5的离解度增大； （2）PCl5的离解度增大；（同（1）的情况一样）
（3）PCl5的离解度不变； （4）PCl5的离解度减小；
（5）PCl5的离解度减小。