物理化学五版课后习题答案.doc
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第五章 化学平衡
5-1.在某恒定的温度和压力下,取n0﹦1mol的A(g)进行如下化学反应:A(g) B(g) 若﹦,试证明,当反应进度?﹦0.5mol时,系统的吉布斯函数G值为最小,这时A,B间达到化学平衡。
解: 设反应进度?为变量
A(g) B(g)
t﹦0 nA, 0﹦n 0 0 ?0﹦0
t﹦t平 nA nB ?
?﹦ nB﹦?B ?,nA﹦n 0-nB﹦n 0-?B ?,n﹦nA+nB﹦n 0
气体的组成为:yA?﹦﹦﹦,yB﹦﹦
各气体的分压为:pA﹦pyA?﹦,pB﹦pyB﹦
各气体的化学势与?的关系为:
由 G=nA??A+nB??B =(nA+nB)++
=[n 0-?+?]+n0++
因为 ﹦,则G=n0(+)++
<0
令 ?﹦0.5 此时系统的G值最小。
5-2.已知四氧化二氮的分解反应 N2O4 (g) 2 NO2(g)
?????? 在298.15 K时,=4.75kJ·mol-1。试判断在此温度及下列条件下,反应进行的方向。
(1) N2O4(100 kPa),NO2(1000 kPa);
(2)??? N2O4(1000 kPa),NO2(100 kPa);
(3)??? N2O4(300 kPa),NO2(200 kPa);
解:由Jp进行判断
=exp(-)=exp(-)=0.1472 Jp=
(1) Jp==100 Jp> 反应向左进行。或ΔrGm=16.1654 kJ·mol-1
(2) Jp==0.1 Jp< 反应向右进行。或ΔrGm=-0.9677 kJ·mol-1
(3) Jp==1.3333 Jp> 反应向左进行。或ΔrGm=5.4631 kJ·mol-1
?????????????
5-3.一定条件下,Ag与H2S可能发生下列反应: 2Ag (s) +H2S (g) Ag2S (s) +H2(g)
25℃,100 kPa下,将Ag置于体积比为10∶1的H2(g)与H2S (g)混合气体中。
?????? (1) Ag是否会发生腐蚀而生成Ag2S?
?????? (2) 混合气体中H2S气体的体积分数为多少时,Ag不会腐蚀生成Ag2S?
已知25℃时,H2S (g)和Ag2S (s)的标准生成吉布斯函数分别为-33.56 kJ·mol-1和-40.26 kJ·mol-1。
?????? 解:设反应体系中气相为理想气体,则 ΔrGm=+RTln
(1) ΔrGm=(-40.26+33.56)+R×298.15×103×ln10=-6.7+5.708=-0.992kJ·mol-1
ΔrGm<0,Ag会发生腐蚀而生成Ag2S。
(2) 当ΔrGm>0时,Ag不会发生腐蚀而生成Ag2S,因此
ln>(-)==2.7029 >14.9229
<0.0628
5-4.已知同一温度,两反应方程及其标准平衡常数如下:
CH4 (g)+CO2 (g) 2CO (g)+2H2(g)
CH4 (g)+H2O(g) CO (g)+3H2(g)
求下列反应的: CH4 (g)+2H2O (g) CO2(g)+4H2(g)
解: (2) ×2-(1) =(3) =
5-5.在一个抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫,若它们之间没有发生反应,则在375.3 K时的分压分别为47.836 kPa和44.786 kPa。将容器保持在375.3 K,经一定时间后,总压力减少至86.096 kPa,且维持不变。求下列反应的。
SO2Cl2(g) SO2(g) +Cl2(g)
?????? 解:反应各组分物料衡算如下
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) -px=86.096 px=44.786+47.83
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