物理化學(xué)第五版課后習(xí)題答案解析

1、精選第五章 化學(xué)平衡51在某恒定的溫度和壓力下，取n01mol的A(g)進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：A(g) B(g) 若，試證明，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度x0.5mol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x為變量A(g) B(g)t0 nA, 0n 0 0 x00tt平 nA nB xx nBnB x，nAn 0nBn 0nB x，nnAnBn 0氣體的組成為：yA ，yB各氣體的分壓為：pApyA ，pBpyB各氣體的化學(xué)勢(shì)與x的關(guān)系為：由 GnA mAnB mB (nAnB)n 0xxn0由于 ，則Gn0() 0令 x0.5 此時(shí)系統(tǒng)的G值最小。52已知四氧化二氮的分解反應(yīng)

2、 N2O4 (g) 2 NO2(g)        在298.15 K時(shí)，4.75kJ·mol1。試推斷在此溫度及下列條件下，反應(yīng)進(jìn)行的方向。(1) N2O4(100 kPa)，NO2(1000 kPa);(2)    N2O4(1000 kPa)，NO2(100 kPa);(3)    N2O4(300 kPa)，NO2(200 kPa);解：由Jp進(jìn)行推斷exp()exp()0.1472 Jp(1) Jp100 Jp 反應(yīng)向左進(jìn)行。或rGm16.1654 kJ&

3、#183;mol1(2) Jp0.1 Jp 反應(yīng)向右進(jìn)行?；騬Gm0.9677 kJ·mol1(3) Jp1.3333 Jp 反應(yīng)向左進(jìn)行?；騬Gm5.4631 kJ·mol1             53肯定條件下，Ag與H2S可能發(fā)生下列反應(yīng)： 2Ag (s) H2S (g) Ag2S (s) H2(g)25,100 kPa下，將Ag置于體積比為101的H2(g)與H2S (g)混合氣體中。    &#

4、160;  (1) Ag是否會(huì)發(fā)生腐蝕而生成Ag2S？       (2) 混合氣體中H2S氣體的體積分?jǐn)?shù)為多少時(shí)，Ag不會(huì)腐蝕生成Ag2S？已知25時(shí)，H2S (g)和Ag2S (s)的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯函數(shù)分別為33.56 kJ·mol1和40.26 kJ·mol1。       解：設(shè)反應(yīng)體系中氣相為抱負(fù)氣體，則 rGmRTln(1) rGm(40.2633.56)R×298.15×103×ln106.75.708

5、0.992kJ·mol1rGm0，Ag會(huì)發(fā)生腐蝕而生成Ag2S。(2) 當(dāng)rGm0時(shí)，Ag不會(huì)發(fā)生腐蝕而生成Ag2S，因此 ln()2.7029 14.9229 0.0628 54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： CH4 (g)CO2 (g) 2CO (g)2H2(g) CH4 (g)H2O(g) CO (g)3H2(g) 求下列反應(yīng)的： CH4 (g)2H2O (g) CO2(g)4H2(g)解： (2) ×2(1) (3) 55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(méi)有發(fā)生反應(yīng)，則在375.3 K時(shí)的分壓分別為47.836 kPa和44.786

6、 kPa。將容器保持在375.3 K，經(jīng)肯定時(shí)間后，總壓力削減至86.096 kPa，且維持不變。求下列反應(yīng)的。SO2Cl2(g) SO2(g) Cl2(g)       解：反應(yīng)各組分物料衡算如下SO2Cl2(g) SO2(g) Cl2(g)0 p0(SO2) p0(Cl 2)px p0(SO2)px p0(Cl 2) px p p0(SO2)p0(Cl 2) px86.096 px44.78647.83686.0966.526 kPap (Cl 2)47.8366.52641.31 kPa p (SO2) 44.7866.5263

7、8.26 kPa2.421956900，3×106Pa下，使肯定量摩爾比為31的氫、氮混合氣體通過(guò)鐵催化劑來(lái)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(不含水蒸氣)2.024dm3，其中氨氣所占的體積分?jǐn)?shù)為2.056×103。求此溫度下反應(yīng)的。解： 0.2495 0.74854.489×10857  PCl5分解反應(yīng) PCl5(g)PCl3 (g) Cl2(g)       在200 時(shí)的0.312，計(jì)算：   

8、;    （1）200，200 kPa下PCl5的解離度。       （2）摩爾比為1：5的PCl5與Cl2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PCl5(g) PCl3 (g) Cl2(g)1 10.3120.156 7.4103 0.3674或 0.3674（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)PC

9、l5(g) PCl3 (g) Cl2(g)1' ' 5' 6'0.3121.3079'26.5395'1.84740 '0.267958在994K，使純氫氣漸漸地通過(guò)過(guò)量的CoO(s)，則氧化物部分地被還原為Co(s)。出來(lái)的平衡氣體中氫的體積分?jǐn)?shù)j(H2)0.025。在同一溫度，若用CO還原CoO(s)，平衡后氣體中一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)j(CO)0.0192。求等物質(zhì)的量的CO和H2O(g)的混合物，在994K下通過(guò)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) Co(s)H2O (g) 39(2) CoO(s

10、)CO(g) Co(s)CO2(g) 51.08(3) CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) 1.311.31 0.533759。 在真空的容器中放入固態(tài)的NH4HS，于25下分解為NH3(g)與H2S(g)，平衡時(shí)容器內(nèi)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(wèn)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      NH4HS(s) NH3(g) H2S(g) p p p33.

11、33 kPa       由題給條件，25 °C下 ()2()20.1111(1) NH4HS(s)NH3(g) H2S(g) 39.990.1111 39.991111018.874 kPa p239.9977.738 kPa(2)          NH3(g )H2S(g) NH4HS(s)當(dāng) Jp 能形成NH4HS固體166.67 kPa51025,200 kPa下，將4 mol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) 2B(g

12、)。已知平衡時(shí)，nA1.697mol，nB4.606mol。(1) 求該溫度下反應(yīng)的和；(2) 若總壓為50 kPa，求平衡時(shí)A，B的物質(zhì)的量。解：(1) 3.9669R×298.15×ln3.96693.416 kJ·mol1(2) A(g) 2B(g)n0x 2x n0x3.9669 x3.2615 mol nA0.7385 mol nB6.5229 mol511已知下列數(shù)據(jù)(298.15K)：物 質(zhì)C(石墨)H2(g)N2(g)O2(g)CO(NH2)2(s)J·mol1·K15.740130.68191.6205.14104.6kJ&#

13、183;mol1393.51285.8300631.66物 質(zhì)NH3(g)CO2(g)H2O(g)kJ·mol116.5394.36228.57求298.15 K下CO(NH2)2(s)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)，以及下列反應(yīng)的。CO2 (g)2NH3(g) H2O(g)CO(NH2)2(s)解： CO(NH2)2(s)的生成反應(yīng)為：C(石墨)N2(g)2H2(g)O2(g) CO(NH2)2(s)(C)2(H2)CO(NH2)2393.512×285.83631.66333.51 kJ·mol1CO(NH2)2 (C) (N2)2(H2)(O2)104.65.74

14、0191.62×130.68×205.14456.67 J·mol1·K1CO(NH2)2 333.51298.15×456.67×103197.35 kJ·mol1197.35228.57394.362×16.51.44 kJ·mol10.5594512 已知298.15K，CO(g)和CH3OH(g)的分別為110.52及200.7 kJ·mol1，CO(g)、H2(g)、CH3OH(l)的分別為197.67、130.68及127J·K1·mol1。又知298.15K甲醇

15、的飽和蒸氣壓為16.59kPa，38.0 kJ·mol1，蒸氣可視為抱負(fù)氣體。求298.15K時(shí)，下列反應(yīng)的及。CO(g)2 H2(g) CH3OH(g)解： 200.7110.5290.18 kJ·mol1CO(g)2 H2(g) CH3OH(g,)CH3OH(l,) CH3OH(l,) CH3OH(g ,)127197.672×130.68Rln332.03127.4514.94219.52 J·K1·mol1或 ( CH3OH, g)127127.4514.94239.51 J·K1·mol1239.51197.672

16、×130.68219.52 J·K1·mol190.18298.15×(219.51) ×10390.1865.4524.73 kJ·mol1exp()exp(9.9765) 2.15×104513已知25時(shí)AgCl(s)，水溶液中Ag，Cl的分別為109.789kJ·mol1，77.107kJ·mol1和131.22kJ·mol1。求25下AgCl(s)在水溶液中的標(biāo)準(zhǔn)溶度積及溶解度s。解： AgCl(s) AgCl 77.107131.22109.78955.676 kJ·mol1

17、exp()exp(22.4607) 1.76×1010s0.19 mg100g514體積為1dm3的抽空密閉容器中放有0.03458 molN4O2(g)，發(fā)生如下分解反應(yīng)：N4O2(g)2 NO2(g)50時(shí)分解反應(yīng)的平衡總壓為130.0kPa。已知25時(shí)N4O2(g)和NO2(g)的分別為9.16kJ·mol1和33.18kJ·mol1。設(shè)反應(yīng)的0。 (1) 計(jì)算50時(shí)N4O2(g)的解離度及分解反應(yīng)的； (2) 計(jì)算100時(shí)反應(yīng)的。解：(1) N4O2(g)2 NO2(g)n0(1a) 2n0a n0(1a)0.04839 mol a0.39940.9869

18、55.80kPa74.21kPa0.9869(2) 2×33.189.1657.2 kJ·mol12.8528 17.3358×0.986917.11515已知25時(shí)的下列數(shù)據(jù)物 質(zhì)Ag2O(s)CO2(g)Ag2CO3(s)kJ·mol131.05393.509505.8J·mol1·K1121.3213.74167.4求110時(shí)Ag2CO3(s)的分解壓。設(shè)0。解： Ag2CO3(s) Ag2O(s)CO2(g)31.05393.509505.881.241 kJ·mol1121.3213.74167.4167.64 J

19、·mol1·K1(383.15K)81.241383.15×167.64×10317.01 kJ·mol1exp()exp(5.3397) 4.7972×1030.480 kPa516在100下，下列反應(yīng)的8.1×109，125.6J·K1·mol1。計(jì)算：COCl2(g) CO (g) Cl2(g)(1) 100，總壓為200kPa時(shí)COCl2的解離度；(2) 100下上述反應(yīng)的；(3) 總壓為200kPa，解離度為0.1%時(shí)的溫度。設(shè)Cp,m0。解：(1) COCl2(g) CO (g) Cl2(g)

20、1a a a n1a8.1×109a6.364×105(2) RTlnR×373.15×ln8.1×10957.80 kJ·mol1T57.80373.15×125.6×103104.67 kJ·mol1(3) 2×106 2.2423×103T445.97 K517在5001000K溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)A(g)B(s)2C(g)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與溫度T的關(guān)系為 。已知原料中只有反應(yīng)物A(g)和過(guò)量的B(s)。(1) 計(jì)算800K時(shí)反應(yīng)的；若反應(yīng)系統(tǒng)的平衡壓力為200 kPa，計(jì)算產(chǎn)物C(g

21、)的平衡分壓；(2) 計(jì)算800K時(shí)反應(yīng)的和。解：(1) 2 0.1353 45.69 kPa(2) 7100R59.03 kJ·mol1 6.875R57.16 J·mol1·K1518反應(yīng)2NaHCO3(s) Na2CO3(s)H2O(g)CO2(g)在不同溫度時(shí)的平衡總壓如下：t30507090100110pkPa0.8273.99915.9055.2397.47167.0設(shè)反應(yīng)的與溫度無(wú)關(guān)。求：(1) 上述反應(yīng)的；(2) lg(pkPa)與T的函數(shù)關(guān)系式；(3) NaHCO3的分解溫度。解：(1) TK303.15323.15343.15363.15373

22、.15383.15lnp0.19001.38602.76634.01154.57955.1180 7706.4×2×R128.14kJ·mol1(2) (3) 371.64K519已知下列數(shù)據(jù)：物 質(zhì)Cp,mabTcT2CO(g)110.52197.6726.5377.68311.172H2(g)0130.6826.884.3470.3265CH3OH (g)200.7239.818.40101.5628.68求下列反應(yīng)的lg與T的函數(shù)關(guān)系式及300時(shí)的。CO(g) 2H2 (g) CH3OH (g)解： 298.15K時(shí) 200.7110.5290.18kJ&#

23、183;mol1239.8197.672×130.68219.23 J·mol1·K190.18298.15×219.23×10324.817 kJ·mol1exp()exp(10.0116) 2.228×104反應(yīng)的 a18.4026.5372×26.8861.897b(101.567.68312×4.437)×10385.1829×103c(28.681.1722×0.3265) ×10626.855×106 (T)aTT2T390.18×1

24、0361.897×298.1542.5915×103×298.1528.9517×106×298.1537.5274×104 J·mol1IIln2.228×10410.011430.356042.41811.52740.0478520.594020.59407.445lnT2.224×103T0.2338×106T 28.942(573.15K)7.445×lg573.152.224×103×573.150.2338×106×573.15 28

25、.9426.859120.53551.27470.076808.9423.5365(573.15K)2.907×104520 工業(yè)上用乙苯脫氫制苯乙烯C6H5C2H5 (g) C6H5C2H3 (g)H2(g)如反應(yīng)在900K下進(jìn)行，其1.51。試分別計(jì)算在下述狀況下，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率。(1) 反應(yīng)壓力為100kPa；(2) 反應(yīng)壓力為10kPa；(3) 反應(yīng)壓力為100kPa，且加入水蒸氣時(shí)原料氣中水與乙苯蒸氣的物質(zhì)的量之比為10：1。解： C6H5C2H5 (g) C6H5C2H3 (g)H2(g)1a a a n1a1.51(1) 1.51 0.7756(2) 1.51 0.9

26、684(3) n111.51 (1) a 210a1102.52215.116.610 0.9495521在一個(gè)抽空的容器中放入很多的NH4Cl(s)，當(dāng)加熱到時(shí)340，容器中仍有過(guò)量的NH4Cl(s)存在，此時(shí)系統(tǒng)的平衡壓力為104.67kPa。在同樣的條件下，若放入的是NH4I(s)，則測(cè)得的平衡壓力為18.864kPa，試求當(dāng)NH4Cl(s)和NH4I(s)同時(shí)存在時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)在340下達(dá)平衡時(shí)的總壓力。設(shè)HI (g)不分解，且此兩種鹽類不形成固溶體。解： 設(shè)在肯定T、V下，兩反應(yīng)同時(shí)達(dá)到平衡時(shí)，HCl (g)和HI (g)的平衡分壓分別為x和y。NH4Cl(s) NH3(g)HCl(g

27、) NH4I(s) NH3(g)HI(g) 過(guò)量 xy x 過(guò)量 xy y兩個(gè)反應(yīng)同時(shí)存在并達(dá)到平衡時(shí)，系統(tǒng)的總壓力為：p2(xy) 上述兩式相加得： 4x(xy)4y(xy) xy所以 p106.36 kPa522在600，100kPa時(shí)下列反應(yīng)達(dá)到平衡：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)現(xiàn)在把壓力提高到5×104kPa，問(wèn)：(1) 若各氣體均視為抱負(fù)氣體，平衡是否移動(dòng)？(2) 若各氣體的逸度因子分別為j(CO2)1.09，j(H2)1.1，j(CO)1.20，j(H2O)0.75，與抱負(fù)氣體相比，平衡向哪個(gè)方向移動(dòng)？解：(1) 由于 所以平衡不移動(dòng)。(2) 由于 1 所以與抱負(fù)氣體相比，平衡向生成反應(yīng)物方向移動(dòng)。523已知水溶液中甲酸HCOOH和乙酸HOAc的標(biāo)準(zhǔn)解離常數(shù)分別為1.82×104和1.74×105。求下列溶液中氫離子的質(zhì)量摩爾濃度b(H)。(1) b1mol·kg1的甲酸水溶液；(2) b1mol·kg1的乙酸水溶液；(3) 質(zhì)量摩爾濃度均為b1mol·kg1的甲酸和乙酸的混合溶液。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明白什么？解：(1) HCOO