復旦 物理化學 第三章 習題答案.doc

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第三章習題解答 H2O(g) p H2O(l) p DG DG3 DG2 DG1 H2O(g) 3166Pa H2O(l) 3166Pa T=298K 1. 先求H2O(g)H2O(l)的相變熱： DG2=0 DG3=Vl(p-3166) DG=DG1+DG2+DG3=–8590.9 J DrGm(l)= DrGm(g)+DG=–228.57–8.59 =–237.16 kJ 2. 反應 C(s)+2H2(g)=CH4(g) DrGm=–19397 Jmol–1 摩爾分數(shù) 0.8 0.1 (1) T=1000K時， Qp>Kp 反應不會正向進行。 (2) 設壓力為p，當時，即p>1.61p時，反應才能進行。 3. SO2Cl2(g) + SO2(g) Cl2(g) 反應前壓力(kPa) 44.786 47.836 平衡時壓力(kPa) x 44.786-x 47.836-x p總=x+(44.786-x)+( 47.836-x)=86.096 kPa x=6.526 kPa 4. H2(g) + I2(g) 2HI(g) 開始(mol) 7.94 5.3 平衡(mol) x Dn=0 x=9.478 mol (另一根x=19.30舍去) 5. A(g) + B(g) AB(g) 開始(mol) 1 1 平衡(mol) 1-0.4 1-0.4 0.4 n總=1.6 mol p=0.06206p=6288 Pa 6. A(g) B(g) 平衡壓力 10p p DrGm=–RTlnKp=5708 J DrGm(1)= DrGm–RTlnQp(1) 反應不會自發(fā)進行。 DrGm(2)= DrGm–RTlnQp(2) 反應自發(fā)進行。 7. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 開始(mol) 1 3 平衡(mol) x n總=4-x (1) 當總壓p=10p, a=3.85%時，x=0.1483mol , 代入上式得 Kp=1.6410–4 (2) 當 a=5%時，x=0.1905mol，Kx=0.02911 p=13.323p=1350 kPa CH3OH(l) p CH3OH(g) p DG DG3 DG2 DG1 CH3OH(l) 16343Pa CH3OH(g) 16343Pa T=298K 8. DG2=0 DG總＝4523 J DG總=DfGm(g) -DfGm(l) 即4523=–161.92 -DfGm(l) DfGm(l)=–166.44 kJmol–1 9. NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g) 平衡(kPa) (1) 原有H2S，平衡 p 39.99+p 解得 p=18.87 kPa p總=2p+39.99=77.73 kPa (2) 形成固體的條件：Qp>Kp 設H2S(g)的壓力為p p>166.6 kPa 10. A(g) + B(g) C(g) + D(g) (1) 平衡時(mol) 1/3 1/3 2/3 2/3 (2) 設C為x mol 1-x 2-x x x (3) 設生成C為x mol 1-x 1-x 0.5+x x (4) 設C減少x mol x x 1-x 2-x 由(1) Dn=0 由(2) 3x2-12x+8=0 x=0.845 mol 由(3) 3x2-8.5x+4=0 x=0.596mol C總量=1.096 mol 由(4) 3x2+3x-2=0 x=0.457 mol C的量=1-x=0.543 mol 11. 設開始為1 mol，解離度為 a PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) 平衡時(mol) 1-a a a n總=1+a 當a=0.5，n總=1.5 mol，p=p時，代入上式，可得平衡常數(shù) (1) 降低總壓p，使體積增加1倍，計算 a 的改變： 可得壓力 ，代入： 得 a =0.618 (2) 通入N2，使體積增加1倍，計算 a 的改變： 可得氣體摩爾 n總=n2=3 mol 得 a =0.618 (3) 通入N2，使壓力p增加1倍，計算 a 的改變： 可得氣體摩爾 n總=n2=3 mol 得 a =0.50 (4) 通入Cl2，使壓力p增加1倍，計算 a 的改變： n總=3 mol，設Cl2的加入量x mol，計算Cl2總量： PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) 1-a a a+x n總=1+a+x=3 nCl2=a+x=2 mol 得 a =0.20 12. (1) DrGm=–RTlnKp=Jmol–1 kJmol–1 Jk–1mol–1 (2) T=573K時， I2 + 環(huán)戊烯 2HI + 環(huán)戊二烯 開始 0.5p 0.5p 平衡 p p 2(0.5p-p) (0.5p-p) 解此三次方程，p=34.95 kPa (3) 同理，起始壓力為10p時， 解得p=423.73 kPa 13．先計算反應前： ，， (1) 610K時，xH2O=0.02 nH2O=0.50.02=0.01 mol CO2(g) + H2S(g) COS(g) + H2O(g) 平衡時(mol) 0.09 0.39 0.01 0.01 Dn=0 (2) DrGm(610K)=–RTlnKp=29.72 kJmol–1 (3) 620K時，xH2O=0.023 nH2O=0.50.03=0.015 mol CO2(g) + H2S(g) COS(g) + H2O(g) 平衡時(mol) 0.0985 0.385 0.015 0.015 Dn=0 解得 DrHm=277.0 kJmol–1 14. (1) j FeO(s)+H2(g)=Fe(s)+H2O(g) k H2O(g)=H2(g)+0.5O2(g) l=j+k FeO(s)=Fe(s)+ 0.5O2(g) Kp(3)= Kp(1) Kp(2)=4.96710-7 解得分解壓 pO2=2.5010-11 kPa (2) j FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) Kp(1)=？ k CO2(g)=CO(g)+0.5O2(g) l=j+k FeO(s)=Fe(s)+ 0.5O2(g) Kp(3)= Kp(1) Kp(2)=4.96710-7 得Kp(1)=0.42 計算CO的用量： FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) 起始(mol) x 0 平衡(mol) x-1 1 x=3.38 mol CH3OH(l) Sm=130.68，p CH3OH (g) p DS DS3 DS2 DS1 CH3OH (l) 16.59 kPa CH3OH (g) 16.59 kPa T=298K 15. 先計算CH3OH(g)的Sm(g)： DS10 DS=DS1+DS2+DS3=112.39 JK–1mol–1 Sm(g)= Sm(l)+DS=239.39 JK–1mol–1 計算反應的熱力學函數(shù)和平衡常數(shù)： CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) DfHm(Jmol–1) -110.52 0 -200.7 DrHm=–90.18 kJmol–1 Sm(JK–1mol–1) 197.67 130.68 239.39 DrSm=–219.64 JK–1mol–1 DrGm=DrHm–TDrSm=–90.18–298.15(–219.64)10–3=–24.68 kJmol–1 16. CH3COOH(l) + C2H5OH(l) = CH3COOC2H4(l) + H2O(l) DfGm/kJmol–1 –395.8 –175.1 –341.1 –236.6 DrGm = S(DfGm)產(chǎn)物–S(DfGm)反應物 = (-341.1–236.6)–(–395.8–175.1) = –6.8 kJmol–1 17． Kp,2=4.30510–6 Pa–1