物理化學(xué)第五版課后習(xí)題答案解析

1、.第五章化學(xué)平衡5 1在某恒定的溫度和壓力下，取垐 ?B( g)n01mol 的 A( g) 進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)： A( g) 噲 ?若 B0 A0 ，試證明，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度 0.5 mol 時(shí)，系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)G 值為最小，這時(shí)A，B 間達(dá)到化學(xué)平衡。解：設(shè)反應(yīng)進(jìn)度為變量A g垐 ?B(g()噲 ?)t 0nA, 0 n 0000t t 平nAnB nBnB B，nAn 0 nBn 0 B， n nAnBn 0B氣體的組成為： yA nA n0B1， yB nBnn0n0nn0各氣體的分壓為： pA pyA p(1n0) ，pB pyB pn0各氣體的化學(xué)勢(shì)與的關(guān)系為：0RT lnpA0RT ln

2、p(1)AAp0A0pn0B0RT lnpB0pBp 0BRT ln0n0p由G nAAnBB nA0B0p) nB RT lnp(A nB ) nA RT lnp0 (1p0n0n0 n 0 A0 B0 0 RT lnp ( n)RT ln(1) RT lnnp 00n0n0因?yàn)?00(0RT lnp) (n) RT ln(1) RT lnBAA0，則 G np 0n0n0( G )T , pRT lnn0(2G2 )T , pn0RT0(n0)令( G )T , p0n011 0.5此時(shí)系統(tǒng)的 G值最小。精選.5 2已知四氧化二氮的分解反應(yīng)2 4垐 ?2NO ( g) 噲 ?2 NO( g

3、)在 298.15 K 時(shí)，r Gm0 4.75· 1。試判斷在此溫度及下列條件下，反kJ mol應(yīng)進(jìn)行的方向。(1) N2O4(100 kPa) ，NO2(1000 kPa);(2) N2 O4(1000 kPa) ， NO2(100 kPa);(3) N2 O4(300 kPa) ， NO2(200 kPa);解：由 Jp 進(jìn)行判斷0r Gm0exp47500pNO22K exp( ) )0.1472Jp(R 298.15pN Op0RT2421000(1)Jp 100Jp K 0反應(yīng)向左進(jìn)行?；騬 Gm16.1654kJ·mol1(2)Jp 10020.1Jp K 0

4、反應(yīng)向右進(jìn)行?；騬 Gm 0.96771000100kJ·mol1(3)Jp20021.3333Jp K 0反應(yīng)向左進(jìn)行。或r Gm3001005.4631kJ·mol 1 一定條件下，Ag 與 H2S 可能發(fā)生下列反應(yīng)：2Ag(s)H2Sg 垐 ?Ag 2S(s)5 3( ) 噲?H2g( )kPaAg 置于體積比為的 H2 g與 H2Sg下，將混合氣體中。25 ,10010 1( )( )(1) Ag 是否會(huì)發(fā)生腐蝕而生成 Ag2S？(2) 混合氣體中 H2 S 氣體的體積分?jǐn)?shù)為多少時(shí)， Ag 不會(huì)腐蝕生成 Ag2 S？已知 25時(shí)，H2S(g和 Ag2S(s的標(biāo)準(zhǔn)生成

5、吉布斯函數(shù)分別為33.56kJ·mol 1 和40.26)kJ·mol1 。解：設(shè)反應(yīng)體系中氣相為理想氣體，則r Gm0pH 2r GmRTlnpH 2 S(1)rm3×l n10 6.7 5.708 G( 40.26 33.56) R×298.15 ×100.992 kJ·mol 1r G ，Ag會(huì)發(fā)生腐蝕而生成Ag S。m02(2)當(dāng)r Gm0 時(shí)，Ag 不會(huì)發(fā)生腐蝕而生成 Ag2S，因此精選.1 yH2S( r Gm067002.70291 yH 2S14.9229ln) yH 2 SRTR 298.15yH 2 SyH 2S

6、0.06285 4已知同一溫度，兩反應(yīng)方程及其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)如下：4g2g垐 ?CO g20CH(COH gK1)()噲?2()2 ( )CH4gHO2 g垐 ?COgH2 gK0( )( )噲?( )3 ( )2求下列反應(yīng)的K0：4g H2O(g 垐 ?CO2gH2gCH()2) 噲 ?() 4()解： (2) ×2(1)(3)K0 (K20)2 (K10) 15 5在一個(gè)抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫，若它們之間沒有發(fā)生反應(yīng)，則在375.3K 時(shí)的分壓分別為 47.836kPa 和 44.786 kPa。將容器保持在375.3 K，經(jīng)一定時(shí)間后，總壓力減少至 86.096 kPa

7、，且維持不變。求下列反應(yīng)的K 0 。SOClgSO gCl(g2( )2( )2)2解：反應(yīng)各組分物料衡算如下SO2Cl 2( g)0pxp p0( SO2) p0( Cl 2 ) px 86.096kPa2Cl2gSO g()( )p0( SO)p ( Cl2)p0SO2Cl0pp() p()xx202px 44.786 47.836 86.096 6.526p ( Cl 2 ) 47.836 6.526 41.31 kPap ( SO2) 44.786 6.526 38.26 kPaK0pSO2 pCl241.3138.262.421906.526100pSO Cl p225 6 900，

8、 3×106 Pa 下，使一定量摩爾比為31 的氫、氮混合氣體通過鐵催化劑來合成氨。反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得混合氣體的體積相當(dāng)于273.15 K ，101.325 kPa 的干燥氣體 ( 不33。求此溫度下反應(yīng)的 K0 。含水蒸氣 )2.024 dm，其中氨氣所占的體積分?jǐn)?shù)為2.056 ×103yN2yN2 yNH 3 11yNH 31 2.056 103yH2 解：yN244 0.24950.7485精選.B2K0 (p (p2yNH 3BBp0 )yBp0 )3ByH2 yN2 (100)22.056210 680.748530.24954.489 ×103000

9、5 7 PCl5分解反應(yīng)5( g)垐 ?3(g)2( g)PCl噲? PClCl在 200 時(shí)的 K 0 0.312 ，計(jì)算：（1）200， 200 kPa 下 PCl5 的解離度。（2）摩爾比為 1：5 的 PCl5 與 Cl 2 的混合物，在200， 101.325 kPa 下，求達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)PCl5 的解離度。解：（ 1）設(shè) 200， 200 kPa 下五氯化磷的解離度為 ，則PCl5g垐 ?PCl3(gCl2g噲 ?( )( )1n 1K 0 ( p0p nB )nBB 2002B B12 0.312B100212 7.4103120.156 0.3674或K0p2K 00.3120

10、.36740 12p0.312pK0p 02（2）設(shè)混合物的物質(zhì)的量為n，五氯化磷的解離度為 ' ，則平衡時(shí)PCl5g垐 ?3gCl2g噲 ?PCl( )( )1' '5 'n 6 'K 0 ( p0p nB )B BnBB 101.325(1(5)0.312B100)(6)1.3079 ' 26.5395 ' 1.8474 0' 6.53956.539524 1.30791.8474 6.53957.2409 0.267921.307921.3079 在K，使純氫氣慢慢地通過過量的CoO s，則氧化物部分地被還原為Co s。出5

11、 8994( )( )來的平衡氣體中氫的體積分?jǐn)?shù)( H2) 0.025 。在同一溫度，若用CO還原 CoO( s) ，平衡后氣精選.體中一氧化碳的體積分?jǐn)?shù) ( CO) 0.0192 。求等物質(zhì)的量的 CO和 H2 O( g) 的混合物，在 994K 下通過適當(dāng)催化劑進(jìn)行反應(yīng)，其平衡轉(zhuǎn)化率為多少？解： (1)CoO( s) H2 ( g)垐 ?Co( s) H2 O( g)K10(p)B By B 10.025 噲 ?p0BB0.02539CoOsCO g垐 ?Co s20p CO gK2 (0 )(2)()()噲?( )( )p51.08B ByBB 10.0192 B0.0192CO g2垐

12、 ?22g0K 2051.08H O gCO g HK3 01.31(3)()()噲?( )( )39K1K30 2)2 1.31 0.5337(19在真空的容器中放入固態(tài)的NHHS，于25下分解為 NH g與 H S g，平衡時(shí)容器內(nèi)5( )( )。432的壓力為 66.66 kPa。(1) 當(dāng)放入 NH4HS時(shí)容器內(nèi)已有 39.99 kPa 的 H2S( g) ，求平衡時(shí)容器中的壓力。(2) 容器內(nèi)原有 6.666 kPa 的 NH3( g) ，問需加多大壓力的 H2S，才能形成 NH4HS固體？解：反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式如下NHHS4( s)p66.66 33.33 kPa2垐 ?NH( g)

13、 H S( g)噲?32pp由題給條件， 25 ° C下K0(p) 2( 33.33 ) 20.1111p 01004垐 ?32(1)NHHS s) 噲?NH g) HS g()pH2 S39.99 pH 2 SK0pH 2S ( pH 2S 39.99)0.11112p0 2pH2 S 39.99 pH 2 S 11110pH 2S 18.874 kPap2pH 2 S 39.99 77.738 kPa32垐 ?4(2)NH g)H S g噲 ?NHHS s)( )(當(dāng)Jpp0 21能形成 NH4HS固體pH 2 S6.6660.1111精選.pH 2 S 1111166.67 k

14、Pa6.66651025,200kPa 下，將4mol 的純 A g放入帶活塞的密閉容器中，達(dá)到如下化學(xué)平衡( )A g垐 ?B g。已知平衡時(shí)， nA1.697mol， nB4.606mol。() 噲 ?2 ( )(1) 求該溫度下反應(yīng)的 K 0 和 r Gm0 ；(2) 若總壓為 50 kPa，求平衡時(shí) A，B 的物質(zhì)的量。解： (1)K 0 pnB22004.6062 3.9669p0nB nA100 (4.6061.697)1.697Br Gm0 × 298.15 ×3.9669 3.416· 1lnkJmolR(2)垐 ?2B( g)A( g) 噲 ?n

15、0 xxn n0x2K 0p0pnnB2504x2x) 3.9669x 163.9669 3.2615nA100(4x)(423.9669BBmolnA 0.7385molnB6.5229mol5 11已知下列數(shù)據(jù)(298.15K：)H2gN2gO2gCO NH s物質(zhì)C石墨)( )( )( )(2)2(Sm0 J·mol 1· K 15.740130.68191.6205.14104.6cH m0 kJ ·mol 1393.51285.8300631.66物質(zhì)NH gCO gH O g3( )()2( )2f Gm0 kJ ·mol 116.5394.

16、36 228.5722s的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)00求 298.15K下 CONHf Gm，以及下列反應(yīng)的 K。() ()2g3垐 ?222sCONH g噲 ?HO g CO NH)( )2( )( )() (22s的生成反應(yīng)為：C 石墨2212垐 ?22s解：CO NHN gH gO g?CO NH)() ()()( )2 ( )2( ) 噲() (0cH0(C)2cH02) cH02) 2f H mmm ( Hm CO( NH 393.51 2×285.83 631.66 333.51 kJ ·mol 1精選.r Sm00) 000) 10) Sm Sm( C)Sm(

17、N) 2 Sm( HSm CO( NH2( O22222 104.6 5.740 191.6 2×130.68 1 ×205.14 456.67 J ·mol 1· K 12f Gm0 CO( NH2) 2 333.51 298.15 ×456.67 × 10 3 197.35 kJ· mol1 r Gm0 197.35 228.57 394.36 2× 16.5 1.44 kJ · mol1K 0 exp(1.44103) 0.5594R298.15已知298.15K，CO g和 CHOH g 的01，

18、f H m 分別為 110.52及 200.7 kJ ·mol5 12()3()CO g 、H2g 、CH3OH l)的0分別為、及· 1·mol 1。又知298.15K 甲( )( )(S197.67130.68m127J K醇的飽和蒸氣壓為16.59 kPa， vapH m 38.0kJ· 1，蒸氣可視為理想氣體。求298.15 Kmol時(shí)，下列反應(yīng)的 r Gm0及K0。CO gH2 g垐 ?32CHOH g( )() 噲 ?( )解：r H m0 200.7 110.52 90.18kJ·mol 1CO g 2Hg)CHOH g,0p )

19、( )(3(2CHOH l,03OH l,p)CH3OH g , p)p )3(CH (r Sm0 127197.67 2×130.68 38.0 103Rln 16.59298.15100 332.03 127.45 14.9411或Sm0 ( CH3OH, g ) 127127.45 14.94 239.51 J·K1·mol 1 11r Sm0 239.51 197.67 2× 130.68 219.52 J·K ·molr Gm0 90.18 298.15 ×( 219.51) 3 90.18 65.45 24.73

20、kJ ·mol× 101K0 exp( 24.73 103exp2.15×4298.15R) (9.9765)10精選.5 13已知 25時(shí) AgCl( s) ，水溶液中Ag ， Cl 的f Gm0分別為 109.789 kJ · mol 1，77.107 kJ ·mol 1 和 131.22 kJ· mol1。求25下 AgCl( s) 在水溶液中的標(biāo)準(zhǔn)溶度積K 0 及溶解度 s。垐?0解：Ag Clr Gm 77.107 131.22 109.789 55.676 kJ ·molAgCl( s ) 噲?1K0exp( 5

21、5676) exp10298.15R(22.4607) 1.76 ×10s M K 0143.321210010100.19 1001.76106mgg35 14體積為 1dm 的抽空密閉容器中放有NO42 ( g)0.03458 molN O( g) ，發(fā)生如下分解反應(yīng)：42垐 ? 2 NO ( g)噲 ?2時(shí)分解反應(yīng)的平衡總壓為130.0kPa。已知時(shí)N4 Og和 NO g的0fH m 分別為50252( )2( )9.16 kJ·mol 1 和 33.18 kJ·mol1。設(shè)反應(yīng)的r Cp0,m 0。(1) 計(jì)算 50時(shí) N4O2( g) 的解離度及分解反應(yīng)

22、的 K 0 ；(2) 計(jì)算 100時(shí)反應(yīng)的 K 0 。解：(1)N4O2(g垐 ?2NO2(g)噲?)n0 (1 )2n0n n0(1 )n 1301 0.04839mol0.3994R 323.15K0pnNO22p4n022p4213040.39962nB nN 2O2n02 (10.9869p 0p 02 )p 0(12 )100(10.39962 )BpN2 O42n0p20.3996130 55.80 kPan0 (1)10.3996pN4 O2n0 (1) p(10.3996)130 74.21kPan0 (1)10.3996K0pNO2274.2120.9869p055.80pN

23、O41002(2)r H m0 2× 33.18 9.16 57.2 1kJ ·mol精選.ln K 2057200 (11) 2.8528K10R323.15373.15K 20 17.3358 ×0.9869 17.115 15已知 25時(shí)的下列數(shù)據(jù)物質(zhì)Ag2O( s)CO( g)Ag2CO( s)23f H m0 kJ·mol 1 31.05 505.8393.509Sm0 J· mol1 ·K1求時(shí) Ag2 CO s的分解壓。設(shè)0r Cp,m110( )3121.3213.74167.40。解：Ag2CO3 s)垐 ? Ag 2O s) CO2g)(噲 ?(r H m0 31.05 393.509 505.8 81.241 kJ·mol 1r Sm0 121.3 213.74 167.4 167.64 J·mol 1·K 1 317.01 kJ·mol 1r Gm0 (383.15 K) 81.241 383.15 ×167.64 ×10K0exp(17010) exp 5.3397)4.7972× 3383.15(10RpCO2 p 0 K