中山大學無機化學第2章化學平衡習題及答案

第2章化學平衡一、選擇題2-1反應NO2(g)+NO(g)=N2O3(g)的△rH9一40.5kJ?mo1-1，反應達到平衡時,下列因素中可使平衡逆向移動的是()(A)T宀定，V一定，壓入氖氣(B)T宀定，V變小(C)V宀定，p一定，T降低(D)p宀定，T一定，壓入氖氣答案：D2-2當速率常數(shù)的單位為mo1-1?dm3?s-1時，反應級數(shù)為 ()一級二級零級三級答案：B2-3某一級反應的速率常數(shù)為9.5x10-2min-1。則此反應的半衰期為 ()3.65min7.29min0.27min0.55min答案：B2-4在298K反應BaC12'H2O(S)=BaC12(S)+H2O(g)達到平衡時，P(H2O)=330Pa。則反應的ArGm為()kJ?mol-1-14.2kJ?mol-114.2kJ?mol-1(C) 142kJ?mol-1(D) -142kJ?mol-1答案：B2-5NO(g)+CO(g)==已知反應2N22-5NO(g)+CO(g)==已知反應2N2(g)+CO2(g)的ArG9=-373.2kJ-mol-1，提高有毒氣體NO和CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是 ()(A)低溫低壓 (B)低溫高壓(C)高溫高壓 (D)高溫低壓答案：C、計算題和問答題HPO/aq3 4HPO-/aq2 4HPO2-/aq4PO3-/aq4AGs/kJ-提高有毒氣體NO和CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是 ()(A)低溫低壓 (B)低溫高壓(C)高溫高壓 (D)高溫低壓答案：C、計算題和問答題HPO/aq3 4HPO-/aq2 4HPO2-/aq4PO3-/aq4AGs/kJ-mol-1f-1147.2-1135.1.1094.1-1018.8解：(1)2-6試求H3PO4分步電離的平衡常數(shù)。HPO=HPO-+H+3 4 2 4AfGm/kJ-m°l-1 -1147.2-1135.10AGs=(—1135.1+0)—(—1147.2)=12.1kJ-mol-1r又AGs=—2.30RTlgK又r a12.1x1000lgK=上￡= =—2.12所以1—2.30RT —2.30x8.31x298K=7.6x10-312)HPO-=HPO2-+H+2 4 4fGm/kJmol -1135.1-1094.10AGs=(—1094.1+0)—(—1135.1)=41.0kJ-mol-1AGs=—2.30RTlgK又r241.0x1000所以lgK2~—2.30x8.31x298—一7.198K=6.34x10-823)HPO-=PO3-+H+4AfGm/kJ-m°l-1 -1094.1-1018.80=75.3kJ-mol-1K=6.02=75.3kJ-mol-13

2-7實驗測定298K時，2NO2（g）==2NO（g）+°乂仗）的K=0-50mo1-dm-3，試確定以下情況中反應的方向：c=c=c =O.lmol-dm-3TOC\o"1-5"\h\z1)(NO2) (NO) (O2)p=p=p =105P2)(NO2) (NO) (O2) a(3)14.5L容器中有1.23mo1NO2及0.168mo1°2⑷10L容器中有2?0mo1N°2，0-4mo1N°和0」mo1°2解：\o"CurrentDocument"K=0.5mol-dm-3K=K(RtRb=500x(8.314x298)1=1.24x106Pac pc解：1)0.12x0.10.121)0.12x0.10.12=0.1mol-dm-3<Kc所以反應自發(fā)。2)(105)3(105)2=105<Kp，所以反應自發(fā)。（3）Qc=0<Kc,所以反應自發(fā)。Q二（皿10）?/10）二0.004mol?dm-3<K⑷c （2.0/10）2 c，所以反應自發(fā)。2-8據(jù)《日本工業(yè)新聞》1993年9月3日報道，日本工業(yè)技術院物質(zhì)工學工業(yè)研究所和三菱瓦斯化學公司利用銅、鋅、鐵制成催化劑，在300°C，7x104kPa，CO2:H2=1:3（體積化）的條件下，使二氧化碳與氫氣反應轉(zhuǎn)化為乙醇，設發(fā)生的化學反應是：2C°(g)+6H(g)==CHCH°H(g)+3H°(g)2 2 3 2 2請利用你的熱力學知識說明此反應。已知：2C°(g)2+6H(g)==CH2CH°H(g)32+3H°(g)2AH3/kJ-mol-1fm-399.50-234.4-241.8AG3/kJ-mol-1fm-294.40-167.9-228.6S3/J-mol-1-K-1m213.6130282.58188.7你認為為了提高反應轉(zhuǎn)化率，合成條件應有什么改變？試提出你的看法。解：2C°2(g)+6H(g)==CHCH°H(g)+3H°(g)2C°2(g)2 3 2 2AH3AH3/kJ-mol-1fm-399.5-234.4 -241.8AGs/kJ?mol-1fm-294.40-167.9-228.6Ss/J?mol-1?K-1213.6130282.58188.7mAGs=—264.9kJrm?mol-1<0所以在s.s.態(tài)下，298K時，正反應可自發(fā)進行。AHs=160.8kJ-mol-i<0AS?=358.52J?mol-1-K-irmrm由G-H方程得：AGgAHs-TASs==160.8—573x(358.52)/1000=44.63kJ?mol-i>0rmrmrm所以在3000C時，s.s.態(tài)下，反應非自發(fā)進行。題目給定的條件為高溫高壓，反應可能進行。要提高反映轉(zhuǎn)化率，可采用如下措施：因為反應為放熱反應，高溫對正反應不利，所以需適當降溫。正反應氣體分子數(shù)減小，增大壓力將使平衡向右移動。CO CO提高CO2的分壓，將使平衡向右移動，因為CO2成本低，易制得。2-9在一個10L的密閉容器中，以一氧化碳與水蒸氣混合加熱時，存在以下平衡：CO(g)+HO(g)=CO(g)+H222HO在800°C時，若Kc= 1,用2molCO及2mol2互相混合，加熱到800°C,求平衡時各種氣體的濃度以及CO轉(zhuǎn)化為C°2的百分率。解：CO(g)+HO(g)=CO(g)+H222初濃度/mol?dm-32/102/1000平衡時濃度/mol?dm-30.2-x0.2-xxxX2/(0.2-x)2=1CO解得：[CO2]=0.1mol?dm—3=[H2]=[CO]=[H2O]轉(zhuǎn)化率=0.1/0.2X100%=50%2-10由熱力學數(shù)據(jù)表求HF(aq)==H+(aq)+F-(aq)反應的Kt，討論該電離平衡的方向性，并求出體系平衡時各物種的濃度。AfGm/kJmo'-i —269.9 0 -278.8AGs=(—278.8)-(—296.9)二18.1kJ-mol-i>0f標準狀態(tài)下，應該非自發(fā)。實際上純水中c=10實際上純水中c=10-7mol-dm-3H+c=0mol?dm-3F+c=1mol?dm-3HFAGs=—RTlnKrK=6.72x10-4T THF(aq)==H+(aq)+F-(aq)初濃度/mol-dm-3 1 10-7 0平衡時濃度/mol?dm-3 1-xx+10-7沁x0X2/ (1-x) =6.72X10-4X=0.026mol?dm-3平衡時：[HF] = 1-0.026=0.974mol?dm-3[H+] = [F-] =0.026mol?dm-32-11在一個平衡體系中，平衡濃度是否隨時間的變化而變化？是否隨起始濃度的不同而不同？是否隨溫度的變化而變化？解：在一個平衡體中，平衡濃度不隨時間變化而變化，但隨起始濃度的不同而不同，隨溫度的變化而變化。二、計算題和問答題2-12平衡常數(shù)是否隨起始濃度的不同而不同？轉(zhuǎn)化率是否隨起始濃度的變化而變化？解：平衡常數(shù)不隨起始濃度的不同而改變，對于指定的化學反應式，溫度一定，則平衡常數(shù)的值一定。但“轉(zhuǎn)化率”隨起始濃度的變化而變化。2-13當一個反應的ArGm>0時，我們說該反應不能自發(fā)正向進行，請你評價這一結(jié)論。解：一個反應的ArGm>0時，我們可以判定在標準態(tài)下，正反應非自發(fā)；對于非標準態(tài)，則不能判定。任意狀態(tài)下的反應自發(fā)性，可由人rGm是否小于零判定。2-14對于合成氨反應N2(g)+3H2(g)==2NH3(g)，在恒溫、恒容下通入Ar氣，對平衡有什么影響？在恒溫、恒壓下通入Ar氣，對平衡有什么影響？試分別說明。解：(1)恒溫、恒容，加入Ar氣(不參與反應)，將使體系總壓力增加，試反應體系各氣體的分壓不變，所以平衡不移動。

(2)恒溫、恒壓，加入Ar氣(不參與反應)，因總壓力P總恒定，據(jù)pV=nRT,n總增加，必定導致V增加，原體系各氣體分壓均減小，據(jù)：p2Qr二 (NH3)——pXp3

(N2)(H2)將使Qr增加，致使APm>0，平衡將向逆反應方向移動。2-15稀釋以下平衡體系，對平衡移動有何影響？請給予解釋。⑴Ac-+HO二HAc+OH-NH-+Ac-+HO=NH-HO+HAc2) 4 2 3 2解：稀釋上述兩個平衡體系，反應(1)平衡向右移動，反應(2)不移動。解釋：根據(jù)AG=AG2RTln2r=-RTlnKr+RTln2r，平衡常數(shù)及反應熵中沒有涉及溶劑的量，故在改變?nèi)軇┒倽舛雀淖儠r，反應前后物質(zhì)總粒子數(shù)不變，則平衡不受影響；若反應前后物種數(shù)改變，稀釋將使平衡向生成其他物種總粒子數(shù)多的方向移動，濃縮將使平衡向物種總粒子少的方向移動。2-16試問，鋅粒防治空氣中表面易被氧化，生成ZnO膜,如將鋅放在真空度為I，3X10-4Pa空氣氛的安瓿中，試通過有關計算說明其表面是否還會被氧化？1Zn(s)+-O=ZnO(s)解:22AG3/kJ-AG3/kJ-mol-ifm0-318.3安瓶中p=1.3x10-4x21%(Pa)O20由化學反應等溫式111.65X10-5：1.3x10-4x21%\1.0X105__AG=AG3+2.303RTlgQrrAG=-318.3+2.30X8.31X298lg1 =-291(kJ?mol-1)<01000所以r 1000 1.65X10-51000說明在安瓿中Zn還會被氧化。2-17氧化銀遇熱分解2Ag2O⑸==4Ag⑸+O2(g)，已知298K時Ag2O的AH3=-31.1kJ-mol-1,AG3=-11.2kJ-mol-1r f 。求：

(1)298K時Ag2°-Ag體系的氧氣壓強;(2)A%。熱分解時，Pj=100kPa，求其熱分解溫度。” AGs=0+0-2AG(AgO,s)=-2x(-11.2)=22.4(kJ-mol-i)解：(1)r f2=-3.93-22.4x103=-3.932.303x8.314x298Ks=1.2x10-4pKs=A=1.2xlO-4