1、 第8章化學反應平衡一、是否題1化學平衡常數(shù)在低壓下可以視為一個僅與溫度有關的常數(shù)；而在高壓下，T和p應該對化學平衡常數(shù)均有影響。錯?；瘜W平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)，與壓力無關。2很明顯，反應物的濃度或壓力可以使化學平衡移動，所以就可以改變平衡常數(shù)。錯。化學平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)。3改變反應溫度，不但可以使化學平衡移動，而且可以改變平衡常數(shù)。對?；瘜W反應的AGo是該反應進行方向的判據(jù)。錯。應該是AG。t化學反應的AGo是該反應在標準狀態(tài)下進行方向的判據(jù)。當化學反應Gibbs函數(shù)的變化大于零，則該反應是不可能進行的。對。初始時系統(tǒng)內存在的CH4、H2O、CO和H2分別是2mol、lmol、1mol和

2、4mol,當發(fā)生了(0)422反應進度的氣相反應CH+HOCO+3H后，則系統(tǒng)內物質的量不會變化。42LI2錯。可以導出系統(tǒng)內總物質的量與反應進度的關系是En=8+2e，所以，系統(tǒng)的總物質的量是i增加的。AHo若化學平衡常數(shù)隨著溫度的升高而升高，則反應的標準焓變化AH0為正值(dInK)對。因為一百停=IdT丿無論在T，p一定，或U，V一定，或T，V一定條件下，對于封閉系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，總是有G為極小值。錯。對于封閉系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在U，V一定條件下，S是極大值；U，V一定條件下，A是極大值；T，p一定條件下，G是極小值。、IA-Zr-口工二、計算題1.一容器中開始有物質的量為n0的水蒸氣，分解

3、成為氫氣和氧氣的反應進度為，求各組分的物質的量和摩爾分數(shù)。解：反應式為晳口H2+5O2,各組分的物質的量和摩爾分數(shù)可以表示如下。組分起始物質的量平衡物質的量平衡摩爾分數(shù)H2O(g)nono-*n*0n+0.5*0H2(g)0*n+0.5*0O2(g)00.5*0.5*n+0.5*0n0+0.5*12若系統(tǒng)發(fā)生了兩個反應CH+HOC+3H422CH+2HOCO+4H42U22初始時系統(tǒng)中只有2molCH4和3molH2O,用兩個反應進度*i和*2來表達平衡組成。解2一*一*y=i1,yCH45+2*+2*CO212*2,y HYPERLINK l bookmark2 5+2*+2*h2o123一

4、*一*i1,y HYPERLINK l bookmark8 5+2*+2*H123*+4*i2,y=5+2*+2*co25+2*+2*12123對于理想氣體的化學反應：CH+HOCHOH，在145C下，當壓力為1bar時的平衡常242口25數(shù)K=6.82X10-2,145C和10bar下的平衡常數(shù)為：解Ka=6.82X10-2。（因為平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)。）a4對于理想氣相反應化2B，在400K，2bar時Ka=456,計算從純A開始反應的平衡轉化率。解組分起始物質的量平衡物質的量平衡摩爾分數(shù)A(g)11一X(1X)/(1+x)B(g)02x2x/(1+x)工1+x1K=Kp工ay2x/(1

5、+x)221二45.6(1一x)/(l+x)nx=0.9225對于理想氣相反應A+B口C+D，在400K,1bar下從ImolA和ImolB開始，當達到平衡時，可以得到075mol的C,若從3molA和ImolB開始，在同樣條件下達到平衡時，求可以得到C的物質 1 的量。組分第一種情況第一種情況起始物質的量平衡物質的量摩爾分數(shù)起始物質的量平衡物質的量摩爾分數(shù)A(g)10.250.12533nc(3-n)c/2B(g)10.250.12511一nc1n/2cc(g)00.750.3750ncn/2c0.00.750.3750ncn/2c2121K二Kp工ay01252x10.3752(3-n)/

6、2(1n)/2x1ccX1(n/2)2cnn=0.951c6對于理想氣相反應A+B口C，在200C和2bar時，Ka=15，求（1）按反應物化學計量的化學反應平衡轉化率，（2）按ImolA，ImolB和1mol惰性組分的平衡轉化率。解（1）75%；（2）67.6%7在化學平衡常數(shù)計算中，氣相組分、液相組分、固相組分所取的標準狀態(tài)是什么？氣相組分：系統(tǒng)溫度、常壓下的純理想氣體；液相組分：系統(tǒng)溫度、常壓下的純液體；固相組分：系統(tǒng)溫度、常壓下的純固體。8設初始時某體系中H2S與H2O的摩爾比為1：3,并進行以下氣相反應：H2S+2H2O=3H2+SO2試推導用反應進度表示的組分摩爾分數(shù)的普遍關系式。

7、解：用下標1表示H2S,2表示H2O,3表示H2,4表示SO2，反應式為H2S+2H2O=3H2+SO2由此可知化學計量數(shù)=-1，U2=-2U3=3,4=1。反應進度的定義為dn=ud8ii1)由題中所給條件知體系初始時，8=0件=1n2=3,n3=n4=0，對式進行積分，可得某一時刻各物質的量f1dn=-fd8積分得n二1-s1同理，可得n二3-2s,n二3s,n=s?？偰枖?shù)為n二工n二4+s，因此用反應進度表示的組234ii分摩爾分數(shù)的普遍關系式為y=(l-s)/(4+s)，y=(3-2s)/(4+s)12y=3s/(4+s)，y=s/(4+s)349已知合成甲烷氣的一個反應為3H+CO

8、=CH+HO242該氣相反應的平衡問題很重要。為了進行研究，需要把平衡常數(shù)K表示為反應進度的函數(shù)。如果初始時混合物中H2與CO的摩爾比為4：1試推導該關系式。解：用小標1代表H2,2代表CO,3代表CH4,4代表H2O,反應式為3H+CO=CH+HOTOC o 1-5 h z242由此可知化學計量數(shù)U=-3,U=-1,U=1。各物質量的變化與反應進度的關系式為1234 HYPERLINK l bookmark30 dn=Uds(1)ii由題中所給條件，知體系初始時，s=0，n=4,n=1，n=n=0，若達到平衡時反應進度為s,1234e則對式(1)積分可得各物質的量fdn=-3fds110得n

9、=4-3s1同理，可得n=1-s,n=n=s?？偰枖?shù)n=工n=52s，平衡時各物質的摩爾分數(shù)為TOC o 1-5 h z2e34eieiy=(4-3s)/(5-2s)，y=(1-s)/(5-2s)，y=y=s/(5-2s)1ee2ee34e本題研究的反應是氣相反應，純物質的標準態(tài)逸度取f=101.325kPa，平衡常數(shù)表達式為iK=0(f/f0)u.=n(y/p/101.325見(2)iiii.將化學計量數(shù)及用反應進度表示的平衡組成代入式(2)，得少101.325$&s2(5-2s)2K=()2-4eepM(4-3s)3(1-s)12ee10已知在35C,101.325kPa下達到平衡時N2

10、O4變?yōu)镹O2的解離分率為027,此條件下氣體可當作理想氣體處理。(1)試求該氣相反應的平衡常數(shù)K；(2)計算在35C,13.33kPa下達到平衡時的反應進度s；e(3)已知溫度為318K和298K時，N2O4解離的平衡常數(shù)分別為0.664和0141,試計算在此溫度范圍內的平均反應熱。解：用下標1表示N2O4,2表示NO2，化學反應式為NO=2NO242得到U=1U2。初始時，e0，并設n,=1，n2=0，則達到平衡時*=，n,=1_e，n2=2e，1212e1e2n=1+8，平衡時的摩爾分數(shù)為ey(18)/(1+8)，y28/(1+8)(1)1ee2ee由于氣體可看作理想氣體處理，并取參考態(tài)

11、壓力為101.325kPa,于是化學反應平衡參數(shù)為2)k-n(-_)氣-空101.325101.325y將式(1)代入式(2)，得用反應進度表示的反應平衡常數(shù)表達式為3)p482p482101.325(1+8)(18)101.325(182)eee4)(1)由于達到平衡時N2O4變?yōu)镹O2的解離分率為0.27，即解離分率=(1一比)/1=8=0.271e將式(4)及已知的壓力數(shù)據(jù)代入式(3)，得反應平衡常數(shù)值為K=0.315(2)由式(3)得5)8()1/2e4p/101.325+K由于平衡常數(shù)K僅與溫度有關，而與壓力無關，于是當壓力變?yōu)?3.33kPa時，由式(5)便可求得平衡反應進度為80

12、.612e(3)平均反應熱可由它與化學反應平衡常數(shù)的關系求得AHoRT72InK61.041kJ/mol(TT)K12211.設已知甲醇可以由CO加h2按下列反應制取CO(g)+2H(g)TCHOH(g)23且反應是在400K,101.325kPa下進行的。通過分析，從反應器得到的平衡氣相產(chǎn)品中，H2的含量為40%(摩爾百分數(shù))。(1)假設為理想氣體，試確定平衡產(chǎn)品中CO與ch3oh的組成；(2)如果反應在500K，101.325kPa下進行，初始物料與(1)相同，能否希望平衡產(chǎn)物中的H2的組成大于或小于40%?(設氣體為理想氣體。)已知：上述反應在400K時K=152,AH94.54kJ。解：用小標1表示CO,2表示H2，3表示CHfH,由反應式1) CO(g)+2H2(g)-CHOH(g)知化學計量數(shù)匕一1，匕一2匕二1。對理想氣體平衡常數(shù)為、yJ01.325、)氣=)2101.325yy2p12k=n(亠i將y3=1y1y2代入式(1)，得1yy101.