第六章化学平衡练习题解答.doc

第六章 化学平衡练习题解答练习6.1 反应的是，它可表示为Gx图中的 切 线。化学亲和势是 。练习6.2 T、p及组成恒定时反应的摩尔反应吉布斯函数变与化学势的关系是，写出两个中的任意一个即可。练习6.3 已知气相反应在温度T时的标准摩尔反应吉布斯函数变(T)，用(T)判断反应自动进行的方向和限度的条件是在温度T的标准状态下，且无其它功的条件下，才可以用(T)判断反应自动进行的方向和限度。练习6.4 如用化学亲和势判断反应的方向和程度的判式是，反应自发地向右进行； ，反应自发地向左；，反应达到平衡。练习6.5 混合吉布斯自由能的定义是 混合后与混合前的吉布斯自由能之差，即，化学反应通常不能进行到底的本质原因是反应物和产物之间存在混合吉布斯自由能。 练习6.6 假设让反应能够进行到底，则使其反应在 Vant Hoff平衡箱中进行，使反应物和产物 完全分离的状态 。讨论6-1 化学平衡的热力学条件是什么？它遵循什么原则？化学反应为何不能进行到底？怎样才能进行到底？练习6.7 与与分压力的关系不同的地方在于 是平衡时的分压商，是任意状态下的分压商。 练习6.8 在298 K时反应N2O4(g)=2NO2(g)的= 0.1132，当时反应将向 右 移动。当p(NO2)=1 kPa时，反应将向 左 移动。练习6.9 若用下列两个化学计量方程来表示合成氨的反应， （1） ， （2） ，。= ； = 2 。练习6.10 标准平衡常数与经验平衡常数的区别是 标准平衡常数有热力学函数而定义出来的，它只是温度的函数，而经验平衡常数是由实验测定平衡时的浓度而得到的，它不是真正意义上的常数，与温度压力都有关系。 练习6.11 298.15 K时，平衡C6H6（l）C6H6（g）的平衡常数 0.1218 ，298.15 K时苯的蒸汽压 12.18 。（已知苯的正常沸点为80.15 ，它在10时的蒸汽压为5.96 kPa。） 解答：根据题给的条件，可以初步判断：需先求出，再按式（6.7）算出。但就此题已知条件而言，无法按上题所述4种途径去求，必须另辟蹊径。由题意应当想到利用克-克方程：假设气化热不随温度变化，将上述数据代入克-克方程积分式可得：求得此值，可用吉-赫积分公式求将代入上式，便得于是可求得苯蒸汽可看作理想气体，故讨论6-2 Vant Hoff 等温方程有两种形式，哪种形式更严格？二者之间的差异如何？ Vant Hoff 等温方程的两种形式在本质上是一致的，不过用Vant Hoff 等温箱推导出来的化学等温式直观，容易理解，其平衡常数是一个实验平衡常数，他不是一个真正意义上的常数，而用化学势推导得到的等温方程才是严格的，精确的，其平衡常数有标准反应吉布斯自由能来定义。二者之间的差别在于平衡常数的定义的不一致。练习6.12 在温度T，压力p 时，理想气体反应的平衡常数比值为。练习6.13 对于理想气体间反应，以各种形式表示的平衡常数中，其值与温度和压力皆有关系的是 Kx。练习6.14 已知化学反应为，试证明该反应的。练习6.15 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673 K、1000 kPa压力下达成平衡，平衡产物中氨的摩尔分数为0.0385。试求：该反应在该条件下的标准平衡常数。解 设平衡时氨的摩尔分数为x，反应前与平衡时各物质的摩尔分数如下： 反应前 0平衡时 x设平衡时系统总压为p，则将、代入上式，计算得练习6.16 与、的区别是 由而定义，它与平衡的压力和逸度和活度有联系，对于理想气体反应，= ，对于实际气体=。对于混合物和溶液中的反应，=，而、是由平衡时的分压商，逸度商和活度商表示的。讨论6-3 标准平衡常数是如何定义的？它与平衡时的压力和浓度关系是不是标准平衡常数的定义式？它们的等式关系是否绝对成立？如果不成立，其差异何在？ 答：标准平衡常数定义为或，而与平衡的浓度之间的关系式并不是平衡常数的定义式，它们的等式关系是有条件的，是一种在数值上的等式关系“=”，而非恒定相等关系“”，不是绝对相等关系，是标准状态的热力数值，而、等是平衡状态的分压商、逸度商和活度商数值，由于实验测定的不精确，可能会给的数值带来一定误差。 练习6.17 与平衡的压力的关系式中只出现气相的物质压力原因是 凝聚相物质的，没有对数项压力或浓度的影响。 练习6.18 分解压 物质反应生成一种气相物质产生的压力就是分解压，其分压等于总压力，解离压是 反应解离气体物质产生的总压力称为解离压，它可以是分解一种或多种气体物质，分解压和解离压的区别和联系是 解离压包含分解压，但分解压在反应生成只有一种气相物质时才等于解离压 。练习6.19 设某分解反应为，若某平衡常数和解离压力分别为，p，写出平衡常数与解离压力的关系式 。 解： 开始 0 0平衡 总压力练习6.20 373 K时，反应的。（1）在 的抽空容器中，放入0.1 mol ，并通入0.2 mol ，问最少需通入物质的量为多少的，才能使全部转化成？（2）在373 K，总压为101 325 Pa 时，要在及的混合气体中干燥潮湿的，问混合气体中的分压应为多少才不致使分解？解：（1）欲使全部转变成，应满足即 上式中为剩余0.1 mol的分压，为使不分解需通入的物质的量。解得 故最少需通入的物质的量为 （2）设混合气体中的分压为时才不致使分解，当生成的与，处于平衡时，有即 解得 讨论6-4 对于纯固相的反应有没有平衡问题？它们与纯物质之间有没有平衡常数的浓度表达式？ 答：因为固相反应物和产物都处于纯净状态，对于纯固相的反应没有平衡问题，反应能进行到底，是永远达不到平衡的反应。但如果反应物和产物之间有固溶体出现，反应就不能进行到底了，因为有混合吉布斯自由能存在了。固相反应物和产物都处于纯净状态，其浓度和活度是常数，所以在平衡常数表达式中的浓度项就不存在，只能通过反应的来计算。练习6.21 试估计能否像炼铁那样，直接用碳来还原TiO2(s),TiO2(s)+C(s) Ti(s)+CO2( g)已知： , 解：TiO2(s)+C(s) Ti(s)+CO2( g)，反应不能进行练习6.22 化学反应等温式，当选取不同标准态时，反应的将 不变 和 改变 。练习6.23 已知298.15 K，水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数(H2O，g)228.572 kJmol-1。在同样的温度下，反应2H2O(g)2H2(g)O2(g)的标准平衡常数(8.17010-81)。练习6.24 NH3(g)制备HNO3的一种工业方法，是将NH3(g)与空气的混合物通过高温下的金属Pt催化剂，主要反应为4 NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)。试计算1073 K时的标准平衡常数。设反应的不随温度而改变，所需要热力学数据从附录查询。解： 若不随温度改变而改变， 则 由得 练习6.25 已知下列氧化物的标准生成自由能与温度的关系为: , （1）试用计算说明在0.133 Pa的真空条件下，用碳粉还原固态MnO生成纯Mn及CO(g)的最低还原温度是多少？（2）在(1)的条件下，用计算说明还原反应能否按下列方程式进行？MnO(s)+C(s)2 Mn(s)+ CO2(g)（1） 解：(1) C(s)+MnO(s) 2 Mn(s)+ CO(g) 反应向右进行，能发生. 说明：用碳粉还原固态MnO生成纯Mn及CO(g)的最低温度是990.0 K.(2) 2MnO(s)+C(s)2 Mn(s)+ CO2(g)同理 不能发生.讨论6-5 用判断反应方向的前提条件是什么？的计算有几种方法？Ellingham 图有何用途？ 答： 用判断反应方向的前提条件是的数值足够大到可以决定的符号，一般40.84 kJmol-1可以判断反应方向。的计算从两个方面入手，（1）通过来计算，；（2）由平衡的组成来计算。Ellingham 图的用途是能够直观的表示冶金反应的可能性与温度的关系，能否实现金属氧化物MO(s)的还原过程是氧原子离开了金属离子，即MOM+O，同时C(s)或CO(g)接受了氧原子变成了CO(g)和 CO2(g)，图形能够清楚的反映出来，只有MOM+O曲线在碳的氧化曲线的下方才能是金属被还原出来。练习6.26 对于实际气体温度对的影响是 ，对的随温度的变化趋势是 对吸热反应 升高温度，增加，对正反应有利。对放热反应 升高温度，下降，对正反应不利。练习6.27 已知FeO(s)+C(s)=CO(g)+Fe(s)，反应的为正，（设随温度而变化），欲使反应正向进行，则 升高温度 有利。练习6.28 某反应的与T的关系为/(Jmol-1)83.145T/K0.83145，则此反应的。练习6.29 实际气体反应CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)在873 K、100 kPa下达化学平衡，当压力增至5000 kPa时，各气体的逸度系数为：，= 2.2067 ， 变 小 ，则平衡点将 向左 移动。练习6.30 对于理想气体反应CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) + 2H2O(g)，在恒温下，增加反应系统的总压力，而使系统的体积变小，这时 不变 。练习6.31 在刚性密闭容器中，有下列理想气体反应达平衡A(g)+B(g)=C(g)，若在恒温下加入一定量惰性气体，则平衡将 不移动 。练习6.32 在T380 K，总压p2.00 kPa下，反应C6H5C2H5(g)C6H5C2H3(g) H2(g)的平衡系统中，加入一定量的惰性组分H2O(g)，则反应的标准平衡常数 不变 ；C6H5C2H5(g)的平衡转化率 变大 ；C6H5C2H3(g)的摩尔分数 变小 。讨论6-6 温度、压力、浓度和惰性气体对化学平衡移动的影响体现在哪几个方面？ 答：温度、压力、浓度和惰性气体对化学平衡移动的影响体现在两个方面，（1）温度改变会改变平衡常数是平衡发生移动；（2）压力、浓度和惰性气体的变化不改变标准平衡常数，但改变平衡的组成或经验平衡常数使化学平衡移动。练习6.33 甲烷，水蒸气为1:5的混合气体，在600 ，101.325 MPa下通过催化剂，以生产合成氨用的氢气。设同时发生如下反应：CH4(g)H2O(g) CO(g)3H2(g) ，CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) ，求平衡组成。 解：设CH4和H2O的起始物质的量分别为1 mol和5 mol，两个反应的反应进度分别x mol为和y mol，既第一个反应CH4反应掉x mol，第二个反应生成CO2为y mol。 两个反应同时进行，达到同时平衡时，各组分的物质的量nB / mol如下： CH4(g) H2O(g) CO(g) 3H2(g) (1x) (5x)y xy (3x)y CO(g) H2O(g) CO2(g) H2(g) xy (5x)y y (3x)y在填写上述各组分数量时，可按如下顺序：按第一列出括号内各项；根据同一组分在任一反应中的数量相同的原则，列出地二式的各相同组分的数量，例如两式中H2O的均为(5-x)；按第二式列出y；按同一组分数量相同的原则，修改第一式各相同组分的数量，例如，H2O在两式均为(5-x)-y。所以总的物质的量为 nB / mol=(1x)(5xy)(xy)(3xy)y=62x根据标准平衡常数的定义将此式应用于上述每一个反应，现得 解此联立方程即可求出x和y。这里可采用试差法，因为已知0x及0 y 0 HgS(红)不能转化成HgS(黑)，HgS(黑)稳定. (2)达到转变时 ， 即 故该反应的转化温度 T=673.2 K. 练习6.42 已知有关氧化物的标准生成自由能为：，。试计算：（1）在0.13333 Pa的真空条件下，用炭粉还原固态MnO生成纯Mn及CO的最低还原点温度是多少？（2）在（1）的条件下还原反应能否按下列方程式进行？解： （1）由题设可知：代入数据得： 求出反应的摩尔吉布斯自由能为：当时，反应才能进行，因此有：（2）由题意： ，单质的吉布斯生成焓为0. 则有： 代入数据，得： 求得： T1432 K。所以在（1）条件下，还原反应不能按照（2）的形式进行。讨论6-9 8 估算和反应的转折温度时产生的误差来源哪些方面？ 答：主要是在计算中没有考虑温度对，的影响关系。采用298 K数据计算必然产生误差。4.10 复习总结自测与提高一、自测与考试（每题2.5分，共计100分）1. 化学反应等温式.，当选取不同标准态时，反应的和将 （ C ）A、都随之改变 B、都不改变 C、 改变，不变 D、不变，改变2. 反应C（s）O2（g）CO2（g）、2CO（g）O2（g）2CO2（g）、C（s）O2（g） CO（g）的平衡常数分别为、和，三个平衡常数间的关系是（ C ）A、 = B、= / C、= / D、=3. 在温度为T的真空容器中，引入（NH4）2CO3固体，将发生下列反应: （NH4）2CO3(s) 2NH3(g)CO2（g）H2O(g)设系统总压为p，且气体都是理想气体，欲使（NH4）2CO3固体停止分解，其平衡常数必须满足（ D ）A、 B、 C、 D、4. 在通常温度下NH4HCO3(s)可发生下列分解反应：NH4HCO3(s) NH3(g)CO2（g）H2O(g)设在两个容器相等的密闭容器和中，开始分别盛有纯NH4HCO3(s)1 kg及20 kg，均保持在298 K。达到平衡后，下列哪种说法是正确？ （ A ）A、两容器中压力相等 B、 容器内的压力大于容器内的压力 C、容器内的压力大于容器内的压力 D、须经实际测定方能判别哪个容器中压力大5. 在温度T时，某反应的，该反应的应是 （ B ）A、 ，随温度的升高而增大 B、 ，随温度的升高而减小 C、 随温度的升高而增大 D、随温度的升高而减小6. 等温等压下，某反应的，该反应 （ C ）A、正向自发进行 B、 逆向自发进行 C、不能判断 D、不能进行7. 某低压气相反应，200 K时，该反应的是 （ A ）A、 0.5 B、500 C、 D、 8. 反应3O2（g）= 2O3（g）在25时，对该反应有利的条件时（ C ）A、升温升压 B、升温降压 C、降温升压 D、降温降压9. 反应PCl5（g） PCl3（g）Cl2（g），一定温度下，PCl5（g）的解离度为，下列哪个反应可使增大？ （ C ）A、增加压力使体积缩小一倍 B、体积不变，通入N2气使压力增大一倍C、 压力不变，通入N2气使压力增大一倍 D、 体积不变，通入Cl2气使压力增大一倍10 在一定温度下，反应A(l)B(l) G(l)H(l)的平衡常数 = 4.0，今以A(l)和B(l)各1mol参与反应，平衡时最大产率是 （ D ）A、0.334 B、33.4 C、50 D、66.711. 在温度T、压力p时，理想气体反应C2H6(g)=H2(g)+C2H4(g)的平衡常数比值为（ D ）A、RTB、1/RTC、RT/pD、p/RT12. 气相反应A+B=2C+D在298 K、恒定容器内进行，A和B的初始分压分别为101.325 kPa，当反应达平衡后，A和B的平衡分压均为kPa，起始时容器内不含C和D，则该反应在298 K时的/ moldm-3为（ A ）A、4.3110-3B、8C、10.67D、1613. 标准态的选择对某些物理量有影响的是下述几组物理量中的哪一组（ C ）A、 B、C、D、14. 某实际气体反应的平衡常数用逸度表示为，则与下述物理量有关的是（ C ）A、体系的总压力B、催化剂C、温度D、惰性气体的数量15. 反应CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)在873 K、100 kPa下达化学平衡，当压力增至5000 kPa时，各气体的逸度系数为：，则平衡点将（ C ）A、向右移动B、不移动C、向左移动D、无法确定16. 在刚性密闭容器中，有下列理想气体反应达平衡A(g)+B(g)=C(g)，若在恒温下加入一定量惰性气体，则平衡将（ C ）A、向右移动B、向左移动C、不移动D、无法确定17. 在一定温度下，一定量的PCl5(g)在某种条件下的离解度为a，欲使a增加则需采用（ C ）A、增加压力使体积缩小一倍。 B、保持体积不变，通入N2气使压力增加一倍。C、保持压力不变，通入N2气体体积增加一倍。 D、保持体积不变，通入Cl2气体压力增加一倍。18. 已知FeO(s)+C(s)=CO(g)+Fe(s)，反应的为正，为正（设和为随温度而变化），欲使反应正向进行，则一定（ A ）A、高温有利B、低温有利C、与温度无关D、与压力有关19. 化学反应若严格遵循体系的“摩尔吉布斯自由能反应进度”曲线进行，则该反应在（ A ）A、曲线的最低点B、最低点与起点或终点之间的某一侧C、曲线上的每一点 D、曲线以外某点进行着热力学可逆过程20. 有一理想气体反应A+B=2C，在某一定温度下进行，按下列条件之一可以用直接判断反应方向和限度：（ C ）A、任意压力和组成 B、总压101.325kPa，物质的量分数C、总压303.975 kPa，D、总压405.300kPa, 21. 气相反应2NO+O2=2NO2在27时的Kp与Kc之比值约为：（ A ）A、410-4 B、410-3 C、2.5103 D、2.5410222. 实际气体反应的平衡常数Kf的数值与下列因素中的哪一个无关？（ C ）A、标准态B、温度C、压力D、体系的平衡组成23. 化学反应的平衡状态随下列因素当中的哪一个而改变？（ A ）A、体系组成B、标准态C、浓度标度D、化学反应式中的计量系数vB24. 在相同条件下有反应式（1）A+B2C，（2）C，则对应于（1）（2）两式的标准摩尔吉布斯自由能变化以及平衡常数之间的关系为：（ B ）A、B、C、D、25. 反应CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)，在600、100kPa下达到平衡后，将压力增大到5000 Kpa，这时各气体的逸度系数为。这时平衡点应当( D )A、保持不变 B、无法判断C、移向右方（产物一方） D、移向左方（反应物一方）26. 反应2NO+O2=2NO2的为负值，当此反应达到平衡时，若要使平衡向产物方向移动，可以( C )A、升温加压B、升温降压C、降温升压D、降温降压27. 反应C(s)+2H2(g)=CH4(g)在1000 K时的=19.29 kJ。当总压为101 kPa，气相组成是：H2 70%、CH420%、N210%的条件下，上述反应（ B ）A、正向进行B、逆向进行C、平衡D、不定28. 在某温度下，一密闭的刚性容器中的PCl5(g)达到分解平衡，若往此容器中充入N2(g)使系统压力增大二倍（此时体系仍可按理想气体处理），则PCl5(g)的离解度将( C )A、增大B、减小C、不变D、视温度而定29在T600 K的温度下，理想气体反应：(1)A(g)B(g)D(g)，0.25；(2)D(g)A(g)B(g)，(C)；(3)2A(g)2B(g)2D(g)，(B)。A、 0.25； B、 0.0625； C、4.0； D、0.5030. 在300 K下，一个抽空的容器中放入过量的A(s)，发生下列反应：A(s)= B(s) + 3D(g)达到平衡时D(g)的压力=1.02 kPa。此反应的标准平衡常数(300 K)=（ B ）。A、 1.02 B、 1.06110-6 C、1.0410-4 D、 3.0631. 固体氧化物的分解压（分解反应是吸热的）当温度升高时： (B ) (A)A、 分解压降低 (B)B、 分解压增大 (C)C 、分解压恒定 (D)D 、分解压不能确定32. 在T380 K，总压p2.00 kPa下，反应C6H5C2H5(g)C6H5C2H3(g) H2(g)的平衡系统中，加人一定量的惰性组分H2O(g)，则反应的标准平衡常数(C)，C6H5C2H5(g)的平衡转化率a (A)。C6H5C2H3(g)的摩尔分数y(C6H5C2H3)(D)。A、变大； B、变小； C、不变； D、条件不全无法确定。33. 在T，p及组成恒定，且不作非体积功的任一化学反应。当反应能自动地进行时，则此反应的化学亲和势A(A)，(E)，(F)；当反应不能自动进行时，则此反应的A( E )，(A)，(B)；当反应处于平衡状态时，则此反应的A( C )，(C)，(D)。 A、0 B、1 C、0 D、1 E、0 F、134在T300 K，反应 A(g)2B(g)D(g) 的1。在一抽成真空的容器中，通人A，B及D三种理想气体，在300 K时pApBpD100 kPa，在此条件下，反应(C)。 A、 从右向左自动进行 B 、从左向右自动进行 C、反应处于平衡状态 D、条件不全无法判断。35温度恒定为400 K，在一个带活塞的气缸中，存在下列反应 A(g)B(g)D(g) 平衡时体积为V，压力为p，D气体的物质的量为n0(D)。 (1)在恒温、恒压下，向上述平衡系统中，通人惰性气体C(g)，使系统的体积变大，达到新的平衡时D(g)的物质的量为n1(D)，则n1(D)(C)n0(D)； (2)将通入惰性气体后的平衡系统，恒温压缩到原来的体积V，达到平衡态时D(g)的物质的量为n2 (D)。则n2(D)(A) n1(D)；n2(D)(B)n0(D)。 A、 B、 、 C、 D、两者的关系无法确定。36. 已知反应： (1) 2A(g)B(g) 2C(g)，其标准平衡常数与温度的关系式为：3134(T/K)5.43； (2) C(g)D(g) B(g)，其标准平衡常数与温度的关系式为：1638(T/K)6.02； (3)反应2A(g)D(g) C(g)的标准平衡常数与温度的关系式为：A(T/K)B，式中A和B的量纲皆为一，A()；B()。( B)A、 A4 772，B 0.59 B、 A1 496，B-11.45 C、A-4772，B-0.59 D、A-542，B17.4537已知反应：2A(g)D(g)C(g)的标准平衡常数与温度的关系为1 496(T/