物理化学-化学平衡练习题

化学平衡练习题

1. 常压下，(NH4) 2S(s)=2NH3(g)+H2S(g)的△H>0,则该反应( c )

a. 任意温度下自发 b. 较高温度下自发 c. 较低温度下自发 d. 任意温度下不自发 2. 实际气体反应的标准平衡常数数值与（ c ）无关

a. 标准态 b. 温度 c. 压力 d. 计量方程式

3. 在一定温度和压力下，对于一个化学反应，能用以判断其反应方向的是(b )

a. Δr G m ө b. Δr G m c.K ө d. Δr H m

4. 某温度时，NH 4Cl(s)＝NH 3(g)+HCl(g)的分解压力是P ө，则反应的标准平衡常数K ө为( c )

a.1 b.0.5 c.0.25 d.0.125

5．某实际气体反应，用逸度表示的平衡常数K f 随下列哪些因素而变：

(a) 系统的总压力 (b) 催化剂 (c) 温度 (d) 惰性气体的量答c ；

6．根据某一反应的∆r G m 值，下列何者不能确定：

(a) 标准状态下自发变化的方向 (b) 在∆r G m 所对应的温度下的平衡位置 (c) 在标准状态下系统所能作的最大非膨胀功 (d) 提高温度反应速率的变化趋势答d ；

7．增大压力能使平衡向产物方向移动的反应是： (a)CaCO 3(s)

CaO(s)+CO2(g) (b) CO(g)+H2O(g) CO 2(g)+H2(g)

NH 3(g)

(d)CH 3COOH(l )+C2H 5OH(l )=H2O(l )+C2H 5COOCH 3(l ) 答c ；

8. 对任意一化学反应，等压热效应与等容热效应的关系为Q p =Q V +∑νB(g)RT （式中νB(g)为反应中气体的计量系数）故：

（a ）Q p >Q v ( b) Q p

9．下列说法中, 不正确的是：

（a ） (∂G /∂ξ)T , P 表示完成 1mol 化学反应吉布斯自由能的变化（b ）若(∂G /∂ξ)T , P ＜0, 该反应能自发向右进行（c ）若(∂G /∂ξ)T , P =1, 该反应系统处于平衡状态

（d ）若(∂G /∂ξ)T , P ＞0, 该反应的Δr G m ＞0

答（c ）

10影响实际气体反应的K p 数值的因素是（a ）

a. 温度和压力 b. 只有温度 c. 只有压力 d. 有无惰性气体

11.PCl 5的分解反应是 PCl 5(g) ＝PCl 3(g) + Cl2(g) ，在450K 达到平衡时，PCl 5(g)有 45% 分解，在573K 达到平衡时，有 97% 分解，则此反应为：

（a ）放热反应（b ）吸热反应

（c ）即不放热也不吸热（d ）这两个温度下的平衡常数相等答（b ）

11. 某实际气体反应A(g)+ B (g)=C (g)在300K 和100kPa 下达平衡, 当温度不变、压力增至10000kPa 时, 若各气体的逸度系数依次为1.2、0.8和1.5，则平衡向________移动。 12.. 对于工业上合成氨反应，惰性气体的存在对产物的生成是________的；当N 2和H 2的摩尔比等于________时，NH 3在混合气体中的平衡含量最大。

例1. 已知某反应的lnK =37－2200/T (T在250K-400K 范围), 计算300K 时反应的 △r G

m 、△r H m 及△r S m

θθ

。

例2. 已知700℃时反应 CO(g)＋H 2O(g)＝CO 2(g)＋H 2(g) 的标准平衡常数为K ＝0.71，试问：(1) 各物质的分压均为1.5p 时，此反应能否自发进行？

(2) 若增加反应物的压

力，使

p CO =10p , p H 2O =5p , p CO 2=p H 2=1.5p ，该反应能否自发进行？

解：已知反应的标准平衡常数和参加反应的各物质的分压比(即J p ) ，欲判断反应的方向，应用化学反应的恒温方程可以解决此问题。

(1) ∆r G m =-RT ln K +RT ln J p =-RT ln0.71+RT ln[(1.5⨯1.5)/(1.5⨯1.5)]

= 2.77 kJ⋅mol >0; 反应不能自发进行

(2) ∆r G m =-RT ln K +RT ln J p

-1

= -8.314⨯973⨯ln0.71+8.314⨯973ln[(1.5⨯1.5)/(10⨯5)] =-22.3 kJ⋅mol -1

讨论：此题也可以通过直接比较J p 与K 大小来判断反应的方向。

例3. 总压101.325kPa ，反应前气体含 SO 2 6%、O 212% (物质的量分数) 其余为惰性气体Ar ，问在什么温度下，反应 SO 2(g)+1/2O2(g) SO 3(g) 达到平衡时，有

80%SO 2转变为SO 3？已知298K 的标准生成热∆f H m /(kJ⋅mol -1) ：SO 3: -395.76、

/(J⋅K -1⋅mol -1) 为：SO 3: 256.6、SO 2: 248.11、SO 2: -296.90；298K 的标准熵S m

O 2:205.04, 并设反应的∆r C p 为零。

解：首先求80%SO 2转变为SO 3时的标准平衡常数，这里要掌握K n 与K 之间的关系式；然后求出∆r H m 和∆r S m 数值，因为反应的∆r C p 为零，利用等式

∆r G m =-RT ln K =∆r H m -T ∆r S m 求出反应温度。

以100mol 的反应物为计算基准

SO 2(g)+1/2O2(g) SO 3(g) Ar

∑n /mol

起始n i 6 12 0 82 100 平衡n e, i 6(1-0.8) 12-6⨯0. 4 6⨯0. 8 82 97.6

K =K n (p p n 总)

∑νB

=9.62⨯1.2)]⨯(97.6) -2=12.75

∆r G m =-RT ln K =-21. 16T =∆r H m -T ∆r S m ∆r H m =∆f H m (SO3) -∆f H m (SO2)= -395.76+296.9=-98.86 kJ⋅mol -1

∆r S m =S m (SO3) -[S m (SO2)+1/2S m (O2)]

=256.6-248.11-1/2⨯205.04=-94.03J ⋅K ⋅mol

-1-1

∴-21.16T =-98860+94.03T , 得：T =858.2K

讨论：此题包含的知识点较多：(1)计算在有惰性气体存在时，指定反应的反应物达到一定平衡转化率时该反应的K ；(2)涉及到热力学函数的计算，用已有的热力学数据计算反应的∆r G m ；(3)要注意到一定温度下K 与热力学函数∆r H m 和∆r S m 之间的间接关系，即：∆r G m =-RT ln K

=∆r H m -T ∆r S m 。

例4. 理想气体反应：R(g) 1/2P(g)，已知：298 K时：

∆f H m /kJ⋅mol -1 S m /J⋅K -1⋅mol -1 C p ,m /J⋅K -1⋅mol -1

R 70.0 500 76.0

P 20.0 600 152.0

(1)当系统中x R =0.4时, 判断反应在310 K, p 下进行的方向； (2)欲使反应与(1)方向相反方向进行，

(a)T , x R 不变，压力应控制在什么范围？；(b) p , x R 不变，温度应控制在什么范围？

解：此题(1)和(2)(a)、(c)是典型的由标准摩尔生成焓和标准摩尔熵先求标准摩尔反应焓和标准摩尔反应熵，再由公式∆r G m =∆r H m -T ∆r S m 求∆r G m ，进而由∆r G m 求K ，然后通过van ’t Hoff 方程判断反应方向。

(1) ∆r H m =-60.0 kJ⋅mol , ∆r S m =-200 J⋅K ⋅mol

∆r C $p ,m =0, ∴∆r H m ，∆r S m 与T 无关

-1

∆r G m =∆r H m -T ∆r S m =(-60.0⨯10+200T /K) J⋅mol 310 K时，ln K

=-∆r G m (RT )=-0.776，K =0.460

3-1

∆r G m =∆r G m +RT ln J p J p =p P /p

(

)=(0.6p

)0.4p

/p )=1.94

J p >K ，∴反应由P 向R 进行

(2) 要使反应向右进行，须使J p

(a) T , x R 不变， K

欲使J p =0.6p /p

=0.460

(

)0.4p /p )

，解得p >23.5p

(b) p , x R 不变，即J p 不变 ln K =-∆r G m /(RT ) =-∆r H m /(RT ) +∆r S m /R >ln J p

ln K = 60⨯103/ RT -200/RT >ln2 , 得：T

=0.460，且p =p

- ⎡ J p =(1-x R )x R ⎤(p p )⎢⎥⎣⎦

0.685