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《物理化学》化学平衡练习题

《物理化学》化学平衡练习题

1. 常压下,(NH 4)2S(s)=2NH 3(g)+H 2S(g)的△H>0,则该反应( c )

a.任意温度下自发

b. 较高温度下自发

c.较低温度下自发

d.任意温度下不自发

2. 实际气体反应的标准平衡常数数值与( c )无关

a.标准态

b.温度

c.压力

d. 计量方程式

3.在一定温度和压力下,对于一个化学反应,能用以判断其反应方向的是(b )

a.Δr G m ?

b. Δr G m

c.K ?

d.Δr H m

4.某温度时,NH 4Cl(s)=NH 3(g)+HCl(g)的分解压力是P ?,则反应的标准平衡常数K ?为( c )

a.1

b.0.5

c.0.25

d.0.125

5.某实际气体反应,用逸度表示的平衡常数f K 随下列哪些因素而变:

(a) 系统的总压力 (b) 催化剂 (c) 温度 (d) 惰性气体的量 答c ;

6.根据某一反应的r m G ? 值,下列何者不能确定:

(a) 标准状态下自发变化的方向 (b) 在r m G ? 所对应的温度下的平衡位置

(c) 在标准状态下系统所能作的最大非膨胀功 (d) 提高温度反应速率的变化趋势 答d ;

7.增大压力能使平衡向产物方向移动的反应是:

(a)32CaCO (s)CaO(s)+CO (g) (b) 222CO(g)+H O(g)CO (g)+H (g) (c)2231.5H (g)+0.5N (g)NH (g)

(d)3252253CH COOH()+C H OH()=H O()+C H COOCH ()l l l l

答c ;

8. 对任意一化学反应,等压热效应与等容热效应的关系为B(g)p V Q Q RT ν=+∑(式中B(g)ν为反应中气体的计量系数)故:

(a )p Q >v Q ( b) p Q v Q < (c ) p Q =v Q (d) p Q 不一定大于v Q 答d ;

9.下列说法中, 不正确的是:

(a ) (),/T P G ξ??表示完成 1mol 化学反应吉布斯自由能的变化

(b ) 若(),/T P G ξ?? <0, 该反应能自发向右进行

(c ) 若(),/T P G ξ?? =1, 该反应系统处于平衡状态

(d ) 若(),/T P G ξ??>0, 该反应的Δr G m >0

答(c )

10影响实际气体反应的K θp 数值的因素是(a )

a. 温度和压力

b.只有温度

c.只有压力

d. 有无惰性气体

11.PCl 5的分解反应是 PCl 5(g) =PCl 3(g) + Cl 2(g) ,在450K 达到平衡时,PCl 5(g)有 45% 分解,在573K 达到平衡时,有 97% 分解,则此反应为:

(a ) 放热反应 (b ) 吸热反应

(c ) 即不放热也不吸热 (d ) 这两个温度下的平衡常数相等

答(b )

11.某实际气体反应A(g)+ B (g)=C (g)在300K 和100kPa 下达平衡, 当温度不变、压力增至10000kPa 时, 若各气体的逸度系数依次为1.2、0.8和1.5,则平衡向________移动。

12..对于工业上合成氨反应,惰性气体的存在对产物的生成是________的;当N 2和H 2的摩尔比等于________时,NH 3在混合气体中的平衡含量最大。

例1.已知某反应的lnK θ=37-2200/T (T 在250K-400K 范围), 计算300K 时反应的

△r G

θm 、△r H θm 及△r S θm 。

例 2. 已知700℃时反应 CO(g)+H 2O(g)=CO 2(g)+H 2(g) 的标准平衡常数为K

0.71,试问:(1) 各物质的分压均为1.5p 时,此反应能否自发进行? (2) 若增加反应物的压力,使222CO H O CO H 10,5, 1.5p p p p p p p ====

该反应能否自发进行?

解:已知反应的标准平衡常数和参加反应的各物质的分压比(即p J ),欲判断反应的方向,应用化学反应的恒温方程可以解决此问题。

(1) r m ln ln ln0.71+ln[(1.5 1.5)/(1.5 1.5)] p G RT K RT J RT RT ?=-+=-?? 1

= 2.77 kJ mol >0-?; 反应不能自发进行

(2) r m ln ln p G RT K RT J ?=-+ = 8.314973ln0.71+8.314973ln[(1.5 1.5)/(105)]-?????

1=22.3 kJ mol <0--?; 反应能自发进行

讨论:此题也可以通过直接比较p J 与K 大小来判断反应的方向。

例 3. 总压101.325kPa ,反应前气体含 2SO 6%、2O 12% (物质的量分数)其余为惰性气体Ar ,问在什么温度下,反应 223SO (g)+1/2O (g)SO (g) 达到平衡时,有

280%SO 转变为3SO ?已知298K 的标准生成热1f m /(kJ mol )H -?? :3SO : 395.76-、

2SO : 296.90-;298K 的标准熵11m /(J K mol )S --?? 为:3SO : 256.6、2SO : 248.11、

2O :205.04, 并设反应的r p C ?为零。

解:首先求280%SO 转变为3SO 时的标准平衡常数,这里要掌握n K 与K

之间的关

系式;然后求出r m H ? 和r m S ? 数值,因为反应的r p C ?为零,利用等式r m r m r m

ln G RT K H T S ?=-=?-? 求出反应温度。 以100mol 的反应物为计算基准

223SO (g)+1/2O (g)SO (g) Ar /mol n ∑

起始i n 6 12 0 82 100 平衡e, i n 6(10.8)-1264 0.-? 60.8? 82 97.6 ()B 1212[4.8 1.2)](9.6719.6 2.75)1n K K p p n ν∑-==??=总

r m r m r m 1.ln 261G RT K T H T S ?=-=-=?-?

1r m f m 3f m 2(SO ) (SO )= 395.76+296.9=98.86 kJ mol H H H -?=?-?--?

r m m 3m 2m 211=(SO )[(SO )+1/2(O )]

=256.6248.111/2205.04=94.03J K mol S S S S --?---?-??

∴26=98860+914.1.03T T --, 得:=85K 8.2T

讨论:此题包含的知识点较多:(1)计算在有惰性气体存在时,指定反应的反应物达到

一定平衡转化率时该反应的K

;(2)涉及到热力学函数的计算,用已有的热力学数据计算

反应的r m G ? ;(3)要注意到一定温度下K 与热力学函数r m H ? 和r m S ? 之间的间接关系,

即:r m r m r m ln G RT K H T S ?=-=?-? 。 例4. 理想气体反应:R(g)1/2P(g) ,已知:298 K 时:

f m H ? /kJ ?mol -1 m S /J ?K -1?mol -1 ,m p C $

/J ?K -1?mol -1 R 70.0 500 76.0

P 20.0 600 152.0

(1)当系统中R 0.4x =时, 判断反应在310 K , p

下进行的方向;

(2)欲使反应与(1)方向相反方向进行,

(a)T ,R x 不变,压力应控制在什么范围?;(b) p ,R x 不变,温度应控制在什么范围?

(c) T ,p 不变,R x 应控制在什么范围?

解: 此题(1)和(2)(a)、(c)是典型的由标准摩尔生成焓和标准摩尔熵先求标准摩尔反应

焓和标准摩尔反应熵,再由公式r m r m r m G H T S ?=?-? 求r m G ? ,进而由r m G ? 求K

,然后通过van ’t Hoff 方程判断反应方向。

(1) 1r m =60.0 kJ mol H -?-? , 11r m =200 J K mol S --?-??

r ,m

0p C ?=$, ∴r m H ? ,r m S ? 与T 无关 31r m r m r m =(60.010+200/K) J mol G H T S T -?=?-?-??

310 K 时,()r m

ln 0.776K G RT =-?=- ,0.460K = r m r m ln p G G RT J ?=?+

()()()()1

122P R =//0.6/0.4/ 1.94p J p p p p p

p p p == p J K > ,∴反应由P 向R 进行

(2) 要使反应向右进行,须使p J K < (a) T ,R x 不变, 0.460K =

欲使()()120.6/0.4/p J p p p p K =< ,解得23.5p p > (b) p ,R x 不变,即J p 不变 r m r m r m ln /()/()/ln p K G RT H RT S R J =-?=-?+?>$$$$

3ln = 6010/ 200/>ln2 K RT RT ?- , 得:< 291.6K T

(c) T ,p 不变,0.460K = ,且p p =

()()11221p R R J x x p p K -??=-