物理化学(天大第五版全册)课后习题答案(6)

2019-08-26 17:55

p总?2?2200K?????0.312 解得??36.7% 2?21001??p1???(2)平衡时各物质的量设为nPCl?(1??)mol, nPCl??mol, nCl?(5??)mol,,

532 n总?(6??)mol,p总=101.325kPa

K??p?(5??)?(5??)101.325?总???0.312 解得??26.8% ?(6??)(1??)p(6??)(1??)1005-9 在994K,使纯氢气慢慢地通过过量的CoO(s),则氧化物部分地被还原为Co(s)。

流出来的平衡气体中氢的体积分数?(H2)=2.50%。在同一温度,若用CO还原CoO(s),平衡后气体中一氧化碳的体积分数?(CO)=1.92%。求等摩尔的一氧化碳和水蒸气的混合物在994K下,通过适当催化剂进行反应,其平衡转化率为多少?

994K解:H2(g)?CoO(s)Co(s)?H2O(g) (1)平衡时 2.50% 97.5%

K(?1)?97.5/2.50?39.0

CO(g)?CoO(s)994K(2)Co(s)?CO2(g)

平衡时 1.92% 98.08%

K(?1)?98.02/1.92?51.08

由反应(2)-(1)得

CO(g) + H2O(g)994K H2(g) + CO2(g)

平衡时 (1-α)mol (1-α)mol αmol αmol

K(?2)51.08?2K???39.0 (1??)2K(?1)?? ??53.4%5-10 在真空的容器中放入故态的NH4HS,于25℃下分解为NH3与H2S,平衡时容器内的

压力为66.66kPa。(1)当放入NH4HS时容器中已有39.99kPa的H2S,求平衡时容器中的压力;(2)容器中原有6.666kPa的NH3,问需多大压力的H2S,才能形成NH4HS固体?

解:(1)NH4HS

25℃H2S(g)+ NH3(g)

初始分压 39.99kPa 0 平衡分压 p+39.99kPa p

K??p(p?33.99kPa)/p?

266.66kPa66.66kPa?2?/p?p(p?33.99kPa)/p? 22233.33kPa?p(p?33.99kPa)2K??p?18.87kPa ? p总?2p?39.99kPa?77.7kPa

(2)只有Jp?K时,才能形成NH4HS:

?6.666kPapH2S22?2 解得 p??33.33kPa/pH2S≥166kPa ??pp5-11 现有理想气体间反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),开始时,A与B均为1mol,

θ

25℃时,反应达到平衡时, A与B的物质的量各为1mol。(1)求此反应的K;(2)开始时,

3A为1mol,B为2mol;(3)开始时,A为1mol,B为1mol,C为0.5mol;(4)开始时,C为1mol ,D为2mol。分别求反应达到平衡时C的物质的量。

2??1?解:(1)K????/???4 ?3??3??22x2 x?0.845 即nC?0.845mol

(1?x)(2?x)(3)K??4?(0.5?x)x x?0.596 即nC?(0.5?x)mol?1.096mol 2(1?x)(2)K??4?(4)K??4?(1?x)(2?x) x?0.457 即nC?(1?x)mol?0.543mol 2x5-12 将1molSO2与1molO2的混合气体在101.325kPa及903K下通过盛有铂丝的玻璃管,控制气流速度,使反应达到平衡,把产生的气体急剧泠却,并用KOH吸收SO2及SO3,最后量得余下的氧气在101.325kPa、273.15K下体积为13.78dm,试计算反应SO2?1O223

SO3?在903K时的?rGm及K?。

解:nO?pV/RT?[101.325?13.78/(8.314?273.15)]mol?0.615mol

2nSO3?2(1?0.615)mol?0.77mol nSO2?(1?0.77)mol?0.23moln总?(0.615?0.23?0.77)mol?1.615mol

? K??0.77?1.615?10012121212?5.39

0.23?0.615?101.325??rGm??RTlnK??(?8.314?903ln5.39)J?mol?1??12.65kJ?mol?1

5-13 383.15K、60.483kPa时,从测定醋酸蒸气的密度所得到的平均摩尔质量是醋酸

?单分子摩尔质量的1.520倍。假定气体分子中含有单分子及双分子。求下列反应的?rGm。

2CH3COOH(CH3COOH)2

解:设蒸气中双分子的摩尔分数为x2,单分子摩尔质量为M1

(1?x2)M1?x2?2M1?1.52 x2?0.52

M1K??60.483?0.52/100?3.73[60.483?(1?0.52)/100]2

??rGm??RTlnK??(?8.314?383.3ln3.73)J?mol?1??4.2kJ?mol?15-14 (1)在1120℃下用H2还原FeO(s),平衡时混合气体中H2的摩尔分数为0.54。求FeO(s)的分解压。已知同温度下

2H2O(g)2H2(g)?O2(g) K??3.4?10?13

(2)在炼铁炉中,氧化铁按如下反应还原 FeO(s)?CO(g) Fe(s)?CO2(g)

求1120℃下,还原1moLFeO起码需要CO若干摩尔?已知同温度下 2CO2(g)2CO(g)?O2(g) K??1.4?10?12

C解:(1)H2(g)?FeO(s)?1120???H2O(g)?Fe(s) (1)

?平衡时: yH?0.54 yHO?0.46

22K(?1)?0.46/0.54?0.852

C2H2O(g)?1120???2H2(g)?O2(g) (2) ?131/2 K?) (2)?(3.4?10?由反应(1)+(2)得

?1CFeO(s)?1120???O2(g)?Fe(s)

2????131/2??K?K(1)K(2)?0.852?(3.4?10) ? K??(pO2/p?)1/2??? pO2?0.852?3.4?10?13?100kPa ?2.47?10?11kPa1C(2)FeO(s)?1120???O2(g)?Fe(s) (3)

2?K(?3)?4.968?10?7

1CO2(g)?CO(g)?O2(g) (4)

2K(4)?(1.4?10)

??1212由反应(3)-(4)得

1120C? FeO(s)?CO(g)????CO2(g)?Fe(s) K??K?(3)/K(4)?0.42?初始时 1mol n 0 0

平衡时 n-1mol 1mol 1mol

?K??K?(3)/K(4)?0.42?1mol n?3.38mol

n?1mol所以起码需要CO的物质的量为3.38mol。

5-15 求下列反应在298.15K下平衡的蒸气压: (1)CuSO4?5H2O(s)CuSO4?3H2O(s)?2H2O(g) (2) CuSO4?3H2O(s)CuSO4?H2O(s)?2H2O(g) (3) CuSO4?H2O(s)CuSO4(s)?H2O(g)

已知各物质的标准摩尔生成吉布斯函数?fGm(298K)如下:

物质

??fGm?CuSO4?5H2O(s) CuSO4?3H2O(s) CuSO4?H2O(s) CuSO4(s) H2O(g)

?1kJ?mol-1879.6 -1399.8 -917.0 -661.8 -228.6

?解:(1)?rGm?{2(?228.6)?1?(?1399.8)?1?(?1879.6)}kJ?mol?1?22.6kJ?mol?1

??rGm??RTlnK???RTln(p/p?)222.6?103??8.314?298.15ln(p/p?)2 ? p?1.05kPa?(2)?rGm?{2(?228.6)?1?(?917.0)?1?(?1399.8)}kJ?mol?1?25.6kJ?mol?1

??rGm??RTlnK???RTln(p/p?)225.6?103??8.314?298.15ln(p/p?)2 ? p?0.57kPa?(3)?rGm?{(?228.6)?1?(?661.8)?1?(?917.0)}kJ?mol?1?26.6kJ?mol?1

??rGm??RTlnK???RTln(p/p?)26.6?103??8.314?298.15ln(p/p?) ? p?2.2?10-3kPa5-16 已知下列数据(298.15K): 物质 ?Sm(298K)J?mol?1?K?1C(石墨) 5.740 -393.51 H2(g) 130.68 -285.83 N2(g) 191.6 0 O2(g) 205.14 0 CO(NH2)2(s) 104.6 -631.66 ??cHm(298K) kJ?mol?1 物质 ??fGm(298K) NH3(g) -16.5 CO2(g) -394.36 H2O(g) -228.57 kJ?mol?1?求298.15K下CO(NH2)2(s)的标准摩尔生成吉布斯函数?fGm以及下列反应的标准平

衡常数K。

CO2(g)?2NH3(g)θ

H2O(g)?CO(NH2)2(s)

?1C解:C(石墨)?O2(g)?N2(g)?2H2(g)?25???CO(NH2)2(s)

2??rSm(298K)?(1?104.6?1?5.740?0.5?205.14?1?191.6?2?130.68)J?mol?1?K?1

?-456.67J?mol?1?K?1??rHm(298K)?{1?(?393.15)?2?(?285.83)?1?(?631.66)}kJ?mol?1?K?1 ?-333.51kJ?mol?1?K?1

????fGm[CO(NH2)2,(s),298K]??rHm(298K)?298.15K??rSm(298K)

?1 ?{-333.51-298.15?(-456.67)?10}kJ?mol??197.4kJ?mol?-3?1CCO2(g)?2NH3(g)?25???H2O(g)?CO(NH2)2(s)

??rGm[298K]?{1?(-197.4)?1?(-228.57)-1?(?394.36)?2?(16.5)}kJ?mol?1 ?1.39kJ?mol?1

?lnK????rGm[298K]/(R?298.15K)??1.39?103/(8.314?298.15)??0.5608

? K??0.571

? 5-17 已知25℃时AgCl(s),水溶液中Ag,Cl的?fGm分别为 – 109.789 kJ·mol,

+

--1

77.107 kJ·mol,-131.22 kJ·mol。求25℃下AgCl(s)在水溶液中的标准溶度积K及

-1

-1

?溶解度s。

解:溶解反应方程为

AgCl(s)Ag??Cl?

b b

?????rGm??fGm(Ag?)??fGm(Cl?)??fGm(AgCl)?{77.107?(-131.22)-(-109.789)}?55.676

?lnK????rGm/RT??55676??22.4593

8.3145?298.15K??1.763×10-10 K??1.763×10-10=(b/b?)2

所以 b/b?1.7632?10??5?1.3279?10?5; b=1.3279×10-5mol·kg-1

AgCl的摩尔质量为143.32g,所以,

-5-1

s =13.279×10×143.32·kg=0.00190g/1000g=0.019g/100g

5-18 利用附录十、附录十一的数据计算25℃水溶液中碳酸解离反应的K1,K2。

??H2CO3?? K1 H??HCO3?2? K2 H??CO3HCO3?解:由附录十、附录十一得

????fGm/(kJ?mol?1) ?fHm/(kJ?mol?1) Sm/(J?K?1?mol?1) H2CO3 -623.08 -586.77 -699.65 691.99 187.4 91.2 HCO3?


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