物理化学五版课后习题答案.docVIP

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