第六章（天大）相平衡習(xí)題及解答

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1.Ag2O分解的計量方程為Ag2O(s)=2Ag(s)+2O2(g)，當(dāng)用Ag2O進行分解時，體系的組分?jǐn)?shù)、自由度和可能平衡共存的最大相數(shù)各為多少？

解此題S=3，R=1，C=S-R-R′=3-1-0=2，Φ=3，

f=C-Φ+2=2-3+2=1。

可能平衡共存的最大相數(shù)：當(dāng)f=0時Φ最大=4。

2.指出以下各體系的獨立組分?jǐn)?shù)、相數(shù)和自由度數(shù)各為若干？

(1)NH4Cl(s)在抽空容器中部分分解為NH3(g)和HCl(g)達平衡。(2)NH4Cl(s)在含有一定量NH3(g)的容器中，部分分解為NH3(g)和HCl(g)達平衡。

(3)NH4HS(s)和任意量的NH3(g)和H2S(g)混合達到平衡。(4)C(s)與CO(g)，CO2(g)，O2(g)在973K時達到平衡。解（1）NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)C=S-R-R′=3-1-1=1，Φ=2，f=C-Φ+2=1-2+2=1。

（2）在上述體系中參與一定量NH3(g)，設(shè)為p0(NH3)，設(shè)平衡后分解出的氨氣壓力為p，則平衡時(p0+p)p=K?，溫度為定值時，p0和K?都為定值，p可以求出，說明自由度數(shù)仍為1，即濃度限制條件依舊成立。

R′=1，C=S-R-R′=3-1-1=1，Φ=2，f=C-Φ+2=1-2+2=1。

（3）NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)

1C=S-R-R′=3-1-0=2，Φ=2，f=C-Φ+2=2-2+2=2。

（4）C(s)+2O2(g)=CO(g),CO(g)+2O2(g)=CO2(g)

C=S-R-R′=4-2-0=2，Φ=2，

f*=C-Φ+1=2-2+1=1。

3.在制水煤氣的過程中，五種物質(zhì)：H2O(g)、C(s)、CO(g)、H2(g)和CO2(g)相互建立如下三個平衡：H2O(g)+C(s)=CO(g)+H2(g)CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)CO2(g)+C(s)=2CO(g)該體系的獨立組分?jǐn)?shù)為多少？解給上述三個反應(yīng)式編號

H2O(g)+C(s)=CO(g)+H2(g)（1）CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)（2）CO2(g)+C(s)=2CO(g)（3）發(fā)現(xiàn)（3）式減去（2）式等于（1）式，所以獨立的化學(xué)平衡數(shù)R=2。C=S-R-R′=5-2-0=3。

4.已知Na2CO3(s)和H2O(l)可以組成的水合物有Na2CO3·H2O(s)、Na2CO3·7H2O(s)和Na2CO3·10H2O(s)

(1)在101.325kPa與Na2CO3水溶液及冰平衡共存的含水鹽最多

可有幾種？

(2)在298.15K時與水蒸氣平衡共存的含水鹽最多可有幾種？解當(dāng)無含水鹽生成時，S=2，C=S=2，當(dāng)有含水鹽生成時，每增加

11一種含水鹽就增加一個化學(xué)平衡條件，C不變，現(xiàn)有三種含水鹽生成就增加三個化學(xué)平衡條件，C仍不變。

（1）在恒壓下：f*=C－Φ+1=3－Φ，f*最小為零，Φ最多為3相。現(xiàn)已有Na2CO3水溶液及冰兩相，故最多還能有一種含水鹽平衡共存；

（2）在恒溫下：f*=C－Φ+1=3－Φ，f*最小為零，Φ最多也為3相。故與水蒸氣平衡共存的含水鹽最多只能有兩種。5.CaCO3(s)在不同溫度下達到分解平衡，這時CO2(g)的壓力為T/KpCO27738739731073117012731373/Pa9.724529592.23×1041.01×1053.92×1051.17×108（1）繪出p－T圖，指出各區(qū)中的相。

（2）若在不含CO2的空氣中CaCO3，在常溫下能否分解？（3）若在一個帶蓋的坩堝中加熱（設(shè)壓力與外界相等，但空氣

不能進入坩堝），問在什么溫度下能完全分解？

（4）燒生石灰時，若窯中氣體不與外界對流，為了使CaCO3

不斷分解，窯的溫度應(yīng)如何調(diào)解？

（5）若用焦炭作燃料，通入空氣的量能使所有焦炭燃燒為

CO2，燃燒后的氣體從窯頂逸出，在這種狀況下窯的溫度應(yīng)維持在多少度？

解（1）繪制CaCO3(s)的分解溫度和分解壓力的關(guān)系圖見右下圖。圖中曲線即為CaCO3(s)分解

CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

5題圖達平衡時的三相共存線。在區(qū)域Ⅰ中，當(dāng)溫度恒定時，CO2(g)的壓力大于分解平衡時的壓力，此時分解反應(yīng)向左移動，CaO(s)全部轉(zhuǎn)化為CaCO3(s)，為CaCO3(s)和CO2(g)兩相共存。在區(qū)域Ⅱ中，當(dāng)溫度恒定時，CO2(g)的壓力小于分解平衡時的壓力，此時分解反應(yīng)向右移動，CaCO3(s)全部分解為CaO(s)和CO2(g)，為CaO(s)和CO2(g)兩相共存區(qū)。

（2）若在不含CO2的空氣中加熱CaCO3，溫度略小于800K即開始分解。在常溫下理論上可以分解，但分解的量極少，宏觀上很難觀測出來。

（3）假設(shè)坩堝沒有重量，需要pCO=p?時才能使其開始分解，

2若要完全分解，必需使pCO>p?，此時溫度必需大于1170K。

2（4）窯內(nèi)空氣中含量可忽略不計，開始時溫度略小于800K即開始分解。由于窯內(nèi)空氣不與外界對流，窯內(nèi)pCO逐漸增大，其分

2解溫度也不斷升高。再窯壁強度允許的前提下，應(yīng)提高窯內(nèi)溫度才能使CaCO3不斷分解。

（5）空氣中氧的分壓為0.21×p?=21278Pa,C(s)+O2(g)=CO2(g),窯中CO2(g)分壓也為21278Pa，相應(yīng)于該壓力的平衡溫度從圖中可見為1050K左右。所以窯中將維持溫度在1100K左右。

6.尋常在大氣壓力為101.3kPa時，水的沸點為373K。而在海拔很高的高原上，當(dāng)大氣壓力降到66.87kPa時，這是水的沸點為多少？已知

?VapHm(298K,H2O)

?為

40.67kJ·mol-1。并設(shè)其與溫度無關(guān)。

解

ln?vapHm?1p21???ln????p1R?T1T2??

?1?1?166.87kPa101.325kPa?40670J?mol8.314J?K?mol?11???????373KT2??

T2=361.7K

6.氧化銀Ag2O分解時，在不同溫度的氧氣壓力為

T/K

pO2/kPa40110.1

41720.3

44350.7

463486

101.3202.6

（1）在空氣中加熱銀粉，使問在413K和423K時，是否會有Ag2O生成。

（2）如何才能使氧化銀加熱到423K時而不分解？

解繪制p－T圖，得氧化銀分解時的曲線。曲線左上方為Ag2O（s）和O2(g)的穩(wěn)定區(qū)，由于在該區(qū)域中

16題圖氧的壓力大于氧化銀分解平衡時氧的壓力。使平衡左移，Ag（s）全部氧化為Ag2O（s）。曲線右下方為Ag（s）+2O2(g)的穩(wěn)定區(qū)，由于在該區(qū)域中氧的壓力小于氧化銀分解平衡時氧的壓力。使平衡右