化工熱力學習題8

1、 第8章化學反應平衡一、是否題1化學平衡常數(shù)在低壓下可以視為一個僅與溫度有關(guān)的常數(shù)；而在高壓下，T和p應該對化學平衡常數(shù)均有影響。錯?；瘜W平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)，與壓力無關(guān)。2很明顯，反應物的濃度或壓力可以使化學平衡移動，所以就可以改變平衡常數(shù)。錯?；瘜W平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)。3改變反應溫度，不但可以使化學平衡移動，而且可以改變平衡常數(shù)。對?；瘜W反應的AG0是該反應進行方向的判據(jù)。錯。應該是AG。t化學反應的AG0是該反應在標準狀態(tài)下進行方向的判據(jù)。當化學反應Gibbs函數(shù)的變化大于零，則該反應是不可能進行的。對。初始時系統(tǒng)內(nèi)存在的CH4、H2O、CO和H2分別是2mol、lmol、1mol和

2、4mol,當發(fā)生了e（0）422反應進度的氣相反應CH+HOCO+3H后，則系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的量不會變化。422錯。可以導出系統(tǒng)內(nèi)總物質(zhì)的量與反應進度的關(guān)系是工n=8+2,所以，系統(tǒng)的總物質(zhì)的量是i增加的。若化學平衡常數(shù)隨著溫度的升高而升高，則反應的標準焓變化AH0為正值對。因為dlnKAHoRT2無論在T，p一定，或U,V一定，或T，V一定條件下，對于封閉系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，總是有G為極小值。錯。對于封閉系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在U,V定條件下，S是極大值；U,V定條件下，A是極大值；T，p一定條件下，G是極小值。、IA-Ar口工二、計算題1.一容器中開始有物質(zhì)的量為n0的水蒸氣，分解成為氫氣和氧氣的反應進度

3、為8，求各組分的物質(zhì)的量和摩爾分數(shù)。解：反應式為HOH+0.5O，各組分的物質(zhì)的量和摩爾分數(shù)可以表示如下。222組分H2O(g)起始物質(zhì)的量n0平衡物質(zhì)的量平衡摩爾分數(shù)no-n-0n+0.50H2（g）n+0.500.5n+0.50.5n+0.5012若系統(tǒng)發(fā)生了兩個反應CH+HQ42CH+2HO42CO+4H22初始時系統(tǒng)中只有2molCH4和3molH，O,用兩個反應進度和來表達平衡組成。4212解2-y=Tl,yCH45+2+2CO21225+2+212H2O3-TL,y5+2+2H2123+4T2-,y5+2+2co21215+2+2123對于理想氣體的化學反應：CH+HOCHOH，在

4、145C下，當壓力為1bar時的平衡常24225數(shù)K=682X10-2,145C和10bar下的平衡常數(shù)為：a解K=6.82X10-2。（因為平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)。）a4.對于理想氣相反應A2B，在400K,2bar時K=45.6，計算從純A開始反應的平衡轉(zhuǎn)化率。a解組分起始物質(zhì)的量平衡物質(zhì)的量平衡摩爾分數(shù)A(g)11一x(1一x)/(1+x)B(g)02x2x/(1+x)工1+x121=45.6K=Kp工ay2x/(1+x)2(1一x)/(1+x)nx=0.9225.對于理想氣相反應A+BC+D，在400K，1bar下從ImolA和ImolB開始，當達到平衡時，可以得到075mol的C,若

5、從3molA和ImolB開始，在同樣條件下達到平衡時，求可以得到C的物質(zhì)341 的量。組分第一種情況第一種情況起始物質(zhì)的量平衡物質(zhì)的量摩爾分數(shù)起始物質(zhì)的量平衡物質(zhì)的量摩爾分數(shù)A(g)10.250.12533一nc(3-n)c/2B(g)10.250.12511一nc1-n/2cc(g)00.750.3750ncn/2c0.00.750.3750ncn/2c2121K=K匹uay0.1225=Ai0.37*25u=3，3。反應進度的定義為1)(務n)/2Hni)丿2ccX1(n/22)cnn=0.951c6.對于理想氣相反應A+BC，在2O0C和2bar時，K=15,求（1）按反應物化學計量的化

6、學反a應平衡轉(zhuǎn)化率，（2）按ImolA，ImolB和1mol惰性組分的平衡轉(zhuǎn)化率。解（1）75%；（2）67.6%在化學平衡常數(shù)計算中，氣相組分、液相組分、固相組分所取的標準狀態(tài)是什么？氣相組分：系統(tǒng)溫度、常壓下的純理想氣體；液相組分：系統(tǒng)溫度、常壓下的純液體；固相組分：系統(tǒng)溫度、常壓下的純固體。設(shè)初始時某體系中H2S與H2O的摩爾比為1：3,并進行以下氣相反應：HS+2HO=3H+SO2222試推導用反應進度表示的組分摩爾分數(shù)的普遍關(guān)系式。解：用下標1表示H2S,2表示H2O,3表示H2,4表示SO2，反應式為H2S+2H2O=3H2+SO2由此可知化學計量數(shù)u=-1，u=-2,由題中所給條

7、件知體系初始時，=0，n=1，n=3，12n=n=0，對式（1）進行積分，可得某一12時刻各物質(zhì)的量10 積分得n=1-e1同理，可得n=32e,n=3e,n=e?？偰枖?shù)為n=工n=4+e,因此用反應進度表示的組234ii分摩爾分數(shù)的普遍關(guān)系式為y=(1e)/(4+e)，y=(32e)/(4+e)12y=3e/(4+e)，y=e/(4+e)349已知合成甲烷氣的一個反應為3H+CO=CH+HO242該氣相反應的平衡問題很重要。為了進行研究，需要把平衡常數(shù)K表示為反應進度的函數(shù)。如果初始時混合物中H2與CO的摩爾比為4：1試推導該關(guān)系式。解：用小標1代表H2，2代表CO,3代表CH4,4代表H

8、2O,反應式為3H+CO=CH+HOTOC o 1-5 h z242由此可知化學計量數(shù)u=3，u=-1，u=u=1。各物質(zhì)量的變化與反應進度的關(guān)系式為1234dn=ude(1)ii由題中所給條件,知體系初始時,e=0,n=4,n=1,n=n=0,若達到平衡時反應進度為e,1234e則對式(1)積分可得各物質(zhì)的量Jdn=3了d110得n=43e1同理，可得n=1e，n=n=e?？偰枖?shù)n=En=52e，平衡時各物質(zhì)的摩爾分數(shù)為2e34eieiy=(43e)/(52e)，1eey=(1e)/(52e)，2eey3=y4=e/(52e)e本題研究的反應是氣相反應，純物質(zhì)的標準態(tài)逸度取f=101.32

9、5kPa，平衡常數(shù)表達式為iK=n(f/f)u;=n(y6p/101.325)yiiii2)ii將化學計量數(shù)及用反應進度表示的平衡組成代入式(2)，得101.325K=(-p八八eee2(52e)2)234ee丿八八(e)3e(43e)3(1e)12ee10.已知在35C,101.325kPa下達到平衡時N2O4變?yōu)镹O2的解離分率為027,此條件下氣體可當作242理想氣體處理。1)試求該氣相反應的平衡常數(shù)K；(2)計算在35C，13.33kPa下達到平衡時的反應進度；(3)已知溫度為318K和298K時，N2O4解離的平衡常數(shù)分別為0.664和0.141,試計算在此溫度范圍內(nèi)的平均反應熱。解

10、：用下標1表示N2O4,2表示NO2，化學反應式為NO=2NO242得到u=-1，u=2。初始時，=0，并設(shè)片=1,n2=0，則達到平衡時8=8，ni=1-e，n2=2e，1212e1e2n=1+8，平衡時的摩爾分數(shù)為eTOC o 1-5 h zy=(1-8)/(1+8)，y=28/(1+8)(1)1ee2ee由于氣體可看作理想氣體處理，并取參考態(tài)壓力為101.325kPa，于是化學反應平衡參數(shù)為pypy22)3)5)k=n(i)ui=2101.325101.325yi1將式(1)代入式(2)，得用反應進度表示的反應平衡常數(shù)表達式為p482p482K=e=e101.325(1+8)(1-8)1

11、01.325(1-82)eee(1)由于達到平衡時N2O4變?yōu)镹O2的解離分率為0.27，即解禺分率=(1一叫)/1=8=0.271e將式(4)及已知的壓力數(shù)據(jù)代入式(3)，得反應平衡常數(shù)值為K=0.315(2)由式(3)得一”4p/101.325+K由于平衡常數(shù)K僅與溫度有關(guān)，而與壓力無關(guān)，于是當壓力變?yōu)?3.33kPa時，由式(5)便可求得平衡反應進度為=0.612e(3)平均反應熱可由它與化學反應平衡常數(shù)的關(guān)系求得RTTKAH0=1一2In1=61.0k41mol(T-T)K12211.設(shè)已知甲醇可以由CO加h2按下列反應制取CO(g)+2H(g)TCHOH(g)23且反應是在400K，

12、101.325kPa下進行的。通過分析，從反應器得到的平衡氣相產(chǎn)品中，H2的含量為40%(摩爾百分數(shù))。(1)假設(shè)為理想氣體，試確定平衡產(chǎn)品中CO與ch3oh的組成；(2)如果反應在500K，101.325kPa下進行，初始物料與(1)相同，能否希望平衡產(chǎn)物中的H2的組成大于或小于40%?(設(shè)氣體為理想氣體。)已知：上述反應在400K時K=152,AH0=-94.54kJ。解：用小標1表示CO,2表示H2，3表示CH3OH,由反應式1) CO(g)+2H(g)TCHOH(g)23知化學計量數(shù)u=-1，u=-2,12u=1。對理想氣體，平衡常數(shù)為3k=n101.325iy101.325)U=廠()2yy2p12將y3=1y1y2代入式(1)，得1yy101.325K=12(y