第5章化学平衡原理习题及全解答

第5章化学平衡原理习题及全解答(2)PbI2(2)PbI2(s)==Pb2+(aq)+2I-(aq)(1)CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H20(1)2(g)+H2O(l)==HCl(aq)+HClO(aq)-2(g)+H2O(l)==HCl(aq)+HClO(aq)-(aq)+H2O(l)==HCN(aq)+OH-(aq)相对压力)相对浓度)(5)ZnS(s)+2H +(aq)==Zn2+(aq)+H2s(g)(6)CNTOC\o"1-5"\h\zK0_ PCO2/P _ PCO2答：⑴(2)(4)⑸(6)P一(PCH4/P0)(P02/P)2-P答：⑴(2)(4)⑸(6)2 —2Kc—(CPb2+/c)4%/c)—cPb2+cI- (i/B/ /八2Kp=(Pc。/P)K =cH+Cci-Chcio/(Pc"p)I，e u / e\/ 2K =cZn2+(Ph2s/P)/cH+K =CHCNcOH-/cCN-2.填空题，一_.r—,—-.、， 一，、一一，、一一一，、 .___.. .-1rr--~如—.~.r.⑴对于反应：C(s)+CO2(g)==2CO(g),aHm(298.15K)=172.5kJmol,填与下表:k正k逆U逆K平衡移动力向增加总压力升高温度加催化剂(2)一定温度下，反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)达到平衡后，维持温度和体积不变,向容器中加入一定量的惰性气体，反应将移动。(3)对化学反应而言，AGm是的判据，ArGm是的标志，若&Gm=&Gm,则反应物和生成物都处于状态。答：⑴k正k逆u正U逆K平衡移动力向增加总压力小艾小艾增加增加小艾向左升高温度增加增加增加增加增加向右加催化剂增加增加增加增加小艾小艾(2)不。充入惰性气体，总压增大，但温度和体积不变，参与反应的各物种的分压不变，平衡不移动。(3) 反应方向；反应进行倾向性；平衡。3.氧化亚银遇热分解： 2Ag2O(s)==4Ag(s)+O 2(g)。已知A&O的&Hm=-31.1kJmol-1,-1&Gm=-11.2kJ-mol。求：(1)在298K时Ag2O-Ag体系的pO2=?(2)Ag2。的热分解温度是多少(在分解温度,Po=100kPa)?-1 -1解.(1) 4Hm=乙比AHm—62.2kJmOl 4Gm 随AfGm—22.4kJmOlKp—Po2/p,根据lnK=—4Gm(T)/RT,当T=298K时，lnK--22.4103/(8.314298)--9.04K=1.210，pO2=1.2104100=1.2102kPa=12Pa(2) 在分解温度，PO2=100kPa,K=1.0,△rGm(T)=0根据Gibbs方程：AGm(T)=4Hm-TASm,T=&Hm/&Sm根据3Hm、4sm随温度变化不大，故： &rHm(T)%&rHm(298)—62.2kJ，mol

.•『Sm(T):•・・•・rSm(298)=」rHm(298)frGm(298)=0.134kJmol-1K-1

298T分解=&Hm/&Sm=465KIK2(T2) .、HmT2—1ln； 二 二 或者：根据van'tHoff方程： K1(T1) R町1安，_ _ _4_ _ 、 _ Ki(298)=1.2X10一,K2(T分解)=1,解得：口解=465K。4.已知反应4.已知反应C(s)+CO2(g)==2CO(g)K1=4.6(1040K),k2=0.50(940K)⑴(2)⑶解:上述反应是吸热还是放热反应？ &Hm在940K的&G⑴(2)⑶解:上述反应是吸热还是放热反应？ &Hm在940K的&Gm=?该反应的&Sm=?温度降低,向放热方向移动，又平衡常数减小，即向左移动，故而此反应为吸热反应。lnK2(T2)=,Hm根据vani_rHm二RlntHoff方程:K2(T2)/K-TKi(T)TiT25 1=1.8010JmolK1(T1) R T1最，代入数据，得:0.50940-1040=8.314ln/4.69401040一一2.. .-1=1.8010kJmol(2)⑶5.已知lnK- ；r(2)⑶5.已知lnK- ；rGm(T)/RT.\Gm(940)-FTlnK=8.314940ln0.5根据. =5417J/mol=5.417kJ/molGibbS方程：AGm(T)=ArHm-T△Sm,2rHm-rGm1.810-5.4 -1 -1 2 -1 -1.rSm 0.19kJmolK=1.910JmolK9402NO(8)+Br2(g)==2NOBr(g)是放热反应， K=1.16102(298K)。判断下列各种起始状态反自发进行的方向。状态温度T/K起始分压p/kPaPNOPB「2PNOBrI2980.010.010.045II2980.100.010.045III2730.100.010.1082q二(PNOBr/P)

反应商：[PNO/P)2(PBr2/P)Qi(PNOBr/p) 2(0.045/100)Qi(PNOBr/p) 2(0.045/100)I:向左自发进行;II(Pno/P)2(Pb,2/P)一(0.01/100)240.01/100)=2.025105K(298)=1.16102Qii(PNOBr1P) 2(0.045/100)"(Pno/P)2(PBr2/p)一(0.1/100)240.01/100)=2.025103K(298)=1.16102,向左自发进行;QIII(PNOBr/QIII(PNOBr/p)II2(Pno/p)(PBr2/p)一__ 2(0.108/100) 4= 7 1 =1.166104(0.1/100)2(0.01/100),又此反应为放热反，但具体高出多少，无法判断！因此无法判断自发方△，但具体高出多少，无法判断！因此无法判断自发方△fGm(CO)=-137.2kJmol-1，试求:应，只能定性判断K(298)<K(273)向！-16.已知4Gm(COC2=)204.6kJmol,

(1)下述反应在25c时的平衡常数&:CO(g)+Cl2(g) COCl2(g)(2)若△Hm(COCl2)=-218.8kJmol-1,—Hm(CO)=-110.5kJmol-1,问以上反应在373K时平衡常数是多少？(3)由此说明温度对平衡移动的影响。-1解.(I) ；rGm='、-..B.\fGm-204.6(_1)(-137.2)--67.4kJmol根据：lnK=_&Gm(T)/RT,lnK=27.2,K=6x1011(2) ；,Hm="；，B*Hm--218.8(_1)(-110.5)--108.3kJmol-1-1 ._-1△rSm=(."：rHm-.VGm)/T=-0.137kJmolK.\Gm(373)=.*Hm-T.\rSm=-57.2kJmol-1K=1108可见，温度升高，平衡向吸热即逆反应方向移动。对于此放热反应，平衡常数减小。7.某温度下，Br2和C12在CC14溶剂中发生下述反应： Br2+Cl2=2BrCl,平衡建立时，端=琮：2=0.0043molL-1，cBqC=0.0114molL-1,试求:（1）反应的平衡常数K。（2）如果平衡建立后，再加入0.01molL-1的Br2至系统中（体积变化可忽略），计算平衡再次建立时， 系统中各组分的浓度。（3）用以上结果说明浓度对化学平衡的影响。K=cBrCl=7.0解：（1） 52a（2） 设平衡再次建立时，Cl2的浓度为xmolL-1,则浓度关系为：Br2+Cl2=2BrCl初次平衡时： 0.0043 0.0043 0.0114变化量： 0.0043-x 0.0043-x 2 （0.0043-x）再次平衡时： 0.01+xx0.02-2x0.01-x 0.0043-x 0.0114+2xTOC\o"1-5"\h\z2 2 2=7.0=7.0K—" - -- T~(0.043—x)(0.01—x) 0.00043-0.043x一0.0仅x _ ____ 20.000130.0456x4xK= -=70.00043-0.053xx_ 2 — —20.000130.0456x4x=0.00301-0.371x7x23x-0.3254x0.00288=0•一一一、2(0.02-2x)TOC\o"1-5"\h\zK=( -=7.0 3 3x(0.01+x) ,解得：x=2.5X10-moldm2 -1c2 -1cRrC 1.510-molLBrClocCl=2.510-molL cBr=1.2510-molL2 ； 2 ；可见，增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动，以消除这种影响。但不能完全消除，被增加的物种 Br2的浓度比初次平衡浓度高，其转化率也是降低的。相应Cl2的转化率提高了。8.下列反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在427c和527c时的K分别为1.0M05和1.1M02,求在该温度范围内应仓的 HHOrmlnk2(T2)=AHmT2-T1解： 根据van'tHoff方程：ki(工)R、瓯，代入数据，得：1.1102,527-427jHm=8.314ln5/-1.010800700=-3.17105Jmol-1=-3.17102kJmol-19.已知1000K时，CaCO3分解反应达平衡时CO2的压力为3.9kPa,维持系统温度不变,

在以上密闭容器中加入固体碳， 则发生下述反应：(1)C(s)+CO2(g)=2CO(g);(2)CaCO3(s)1.9求反应(2)的平衡常数以及平衡时+C(s)=CaO(s)+2CO(g),若反应1.9求反应(2)的平衡常数以及平衡时CO的分压。解：(1)C(s)+CO 2解：(1)C(s)+CO 2(g)=2CO(g)CaCO3(s)+C(s)=CaO(s)+2CO(g)K1=1.9CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

可见，(2)=⑴+(3) ,故而：K2=(PcO/P)k2=?K3=pCO2/p=3.9/100=0.039K2=Ki=0.074根据平衡表达式：pCO=0.074100=27(KPa).PC15遇热按PCl5(g)==PCl3(g)+Cl2(g)式分解。2.695gPC15装在1.00L的密闭容器中,在523K达平衡时总＞压力为100kPa。(1)求PCI5的摩尔分解率及平衡常数 K。(2)当总压力l000kPa时，PC%的分解率(mol)是多少？(3)要使分解率低于l0%,总压力是多少？解：⑴PCl设C12的平衡时物质的量为5(g)起始：2.695/208.2=0.0129mol平衡时：0.0129-xPCl0x根据理想气体状态方程：pV1001.00 ,—= =0.0230molRT8.314523xmol。3(g)0xpV=nR「+Cl2(g)p总=100kPa,n总(0.0129PCl-x)+x+x=0.0230x=0.0101mol5的摩尔分解率为：d%=0.0101/0.0230pPCl3=pCq2=p^=100x-0^101=43.9kPa pPC0.0230 ,15100%=78.3%…0.0129-0.0101,=100 =12kPa0.0230(pPCb/p)(pC：/p)(43.9/100)(pPCl,/p)12/1002-=1.6(2)pV1001.000根据理想气体状态方程：pV=nRT,p总=1000kPa,n总=0.230molRT8.314523可见即使(1)中装入的PCl5完全分解也是不够的,PCl5或者容器体积被大幅度压缩了。好在题目要求的是这表明此问可能装入了更多的PCl5的分解率(mol),因此可以假设起始装入PC15的量为a,摩尔分解率为x。PCl起始：平衡时:平衡时,eq eqPpc13=Pc12=郎xi=P竭+x5(g)aa(1-x)n总=a(1xeq

pPCl(pPC/p)(pCh/p)p'总(}解得:,eq(pPCl5/p)x=0.37,p1-x1-x即分解率为PCl0ax3(g) +0axCl2(g)-x)+ax+ax=a(1+x)1-x=P喟+x2生二J=1.6p1-x37%当分解率x当分解率xp总=1.6父104kPa2K卫_j=1.6

M10%时，根据： p1—x,解得:即要使分解率低于10%总压力应大于1.6父104kPa。K1K1(292K)=85.5。若在O2在水中溶解度为2.3M0-4moiL-1,试求反应Hb(aq)+.已知血红蛋白(Hb)的氧化反应292K时，空气中po2=20.2kPa,HbO2(aq)+O2(g) HbO2(aq)的O2(aq)HbO2(aq)的p(292K)和AGm(292K)。解:HbO2(aq)+O2(g) HbO2Hb(aq)+O2(aq) HbO2(aq)O2(g) O2(aq)K1(292K)=85.5K2(292K)=?eq/Co,/CK3(292K)=—2一P5__一4,一2.310-/1.00…“3 =1.1410-20.2/100可见，=&(292K)=K2=K1/K385.5 43=7.5101.1410- ._ __ _3 ___ _4 .-1-RTlnK=8.31410—292ln7.510=-27.2JkJmol12.已知：CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)的K=62(1500K),在此温度下CO2又有部分分

解成CO,即CO2==CO+1/2O2。若将1.0mo1CaCO3装入1.0L真空容器中，加热到1500K达平衡时，气体混合物中 O2的摩尔分数为0.15。计算容器中的nCaO。解:CaCQs)==CaO(s)+COK二(PCO2/p)=622(g) K=62pCO2=6.2103kPa根据：又y,平衡时nO2xO2二pV=nRTCO20.50moly/2n总 0.50+y+y/2nCO2CO=0.50mol+ 1/2O1/2y=0.15y=0.27mol2,设平衡时CO的物质的量%a。=%。2-nCO=0.77mol13.已知反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的AHm-1=-41.2kJmol)kPa、温度为373K时，将等物质的量的CO和H2O反应。待反应达平衡后,在总压为10013.已知反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的AHm-1=-41.2kJmol)kPa、温度为373K时，将等物质的量的CO和H2O反应。待反应达平衡后,在总压为100测得CO2的分压为49.84kPa,解:设起始反应时求该反应的标准摩尔嫡变。CO和H2O的物质的量均为n,14.起始/mol：平衡/mol：CO(g)nn-a+Hnn-a2O(g)0a平衡时生成H2a,则：H2(g)+CO2(g)aPco2=P总XCO2=p总一2n=49.84kPa解得：a=0.9968n 。n-a n-0.9968npCO=Ph2O=P总c=%c22n 2n0.0032n=100 =0.16kPa2n(Ph2/P)(Pco2/p) (49.84/100)22(Pco/P)(PH2O/P) (0.16/10