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1、82 第 8 章化学反应平衡一、是否题1化学平衡常数在低压下可以视为一个仅与温度有关的常数；而在高压下，T 和 p应该对化学平衡常数均有影响。错。化学平衡常数仅是温度的函数，与压力无关。2 很明显，反应物的浓度或压力可以使化学平衡移动，所以就可以改变平衡常数。错。化学平衡常数仅是温度的函数。3 改变反应温度，不但可以使化学平衡移动，而且可以改变平衡常数。对。4 化学反应的0G是该反应进行方向的判据。错。应该是tG。5 化学反应的0G是该反应在标准状态下进行方向的判据。当化学反应Gibbs函数的变化大于零，则该反应是不可能进行的。对。6 初始时系统内存在的CH4、 H2O、CO 和 H2分别是
2、2mol、1mol、 1mol和 4mol，当发生了(0)反应进度的气相反应4223CHHOCOH后，则系统内物质的量不会变化。错。可以导出系统内总物质的量与反应进度的关系是82in，所以，系统的总物质的量是增加的。7 若化学平衡常数随着温度的升高而升高，则反应的标准焓变化0H为正值对。因为02lnadKHdTRT。8 无论在 T，p 一定，或U， V 一定，或T，V 一定条件下，对于封闭系统的平衡状态，总是有G 为 极小值。错。对于封闭系统的平衡状态，在U， V 一定条件下， S 是极大值； U， V 一定条件下，A 是极大值； T，p 一定条件下，G 是极小值。二、计算题1一容器中开始有物
3、质的量为n0的水蒸气， 分解成为氢气和氧气的反应进度为，求各组分的物质的量和摩尔分数。解：反应式为2220.5HOHO，各组分的物质的量和摩尔分数可以表示如下。83 组分起始物质的量平衡物质的量平衡摩尔分数H2O（g）n0 n0000.5nnH2（g）0 00.5nO2（g）0 0.500.50.5nn0+0.51 2若系统发生了两个反应4223C HHOC OH422224C HH OC OH初始时系统中只有2molCH4和 3molH2O，用两个反应进度1和2来表达平衡组成。解422221221212112121212122334 , 522522522522522C HC OHOHC O
4、yyyyy3.对于理想气体的化学反应：24225C HHOC H OH，在145下，当压力为1bar 时的平衡常数 Ka=6.82 10-2， 145和 10bar 下的平衡常数为：解 Ka=6.8210-2。 （因为平衡常数仅是温度的函数。）4对于理想气相反应2AB ，在 400K， 2bar 时 Ka=45.6，计算从纯A 开始反应的平衡转化率。解组分起始物质的量平衡物质的量平衡摩尔分数A（ g）1 1x（1x ）/（1+x）B（ g）0 2x 2x/（1+x）1+x 1 2 12/(1)245.6 (1) /(1)ayixxKKp xx0 . 9 2 2x5对于理想气相反应ABCD ，在
5、 400K， 1bar 下从 1molA 和 1molB 开始，当达到平衡时，可以得到0.75mol 的 C，若从 3molA 和 1molB 开始，在同样条件下达到平衡时，求可以得到C 的物质84 的量。组分第一种情况第一种情况起 始 物 质的量平 衡 物 质的量摩尔分数起 始 物 质的量平 衡 物 质的量摩尔分数A（g）1 0.25 0.125 3 3cn（ 3cn）/2 B（g）1 0.25 0.125 1 1cn1cn/2 C（g）0 0.75 0.375 0 cncn/2 0.0 0.75 0.375 0 cncn/2 2 1 2 1 有220 . 1 2 51 0 . 3 7 5a
6、yiKKp2 ( 3) / 2 ( 1) / 2 1 (/ 2 )cccnnn0 . 9 5 1cn6对于理想气相反应ABC ，在 200和 2bar 时， Ka=15，求（ 1）按反应物化学计量的化学反应平衡转化率， （ 2）按 1molA， 1molB 和 1mol 惰性组分的平衡转化率。解（1）75%； （2）67.6% 7在化学平衡常数计算中，气相组分、液相组分、固相组分所取的标准状态是什么？气相组分：系统温度、常压下的纯理想气体；液相组分：系统温度、常压下的纯液体；固相组分：系统温度、常压下的纯固体。8设初始时某体系中H2S与 H2O 的摩尔比为1： 3，并进行以下气相反应：H2S+
7、2H2O=3H2+SO2试推导用反应进度表示的组分摩尔分数的普遍关系式。解：用下标1 表示 H2S，2 表示 H2O，3 表示 H2，4 表示 SO2，反应式为H2S+2H2O=3H2+SO2由此可知化学计量数12412313，。反应进度的定义为iidnd（1）由题中所给条件知体系初始时，12340130nnnn，对式（ 1）进行积分，可得某一时刻各物质的量1110ndnd85 积分得11n同理，可得234323nnn，。总摩尔数为4iinn，因此用反应进度表示的组分摩尔分数的普遍关系式为12(1) /(4)(32) /(4)yy，343/(4)/(4)yy，9已知合成甲烷气的一个反应为3H2
8、+CO=CH4+H2O 该气相反应的平衡问题很重要。为了进行研究，需要把平衡常数K 表示为反应进度的函数。如果初始时混合物中H2与 CO 的摩尔比为4： 1，试推导该关系式。解：用小标1 代表 H2， 2 代表 CO，3 代表 CH4，4 代表 H2O，反应式为3H2+CO=CH4+H2O 由此可知化学计量数1243113，。各物质量的变化与反应进度的关系式为iidnd（1）由题中所给条件，知体系初始时，12340410nnnn，若达到平衡时反应进度为e，则对式（ 1）积分可得各物质的量11103endnd得143n同理，可得2341eennn，。总摩尔数52ieinn，平衡时各物质的摩尔分数
9、为1234(43) /(52)(1) /(52)/(52)eeeeeyyyy，本题研究的反应是气相反应，纯物质的标准态逸度取101.325ifkPa，平衡常数表达式为?(/)(/101.325)ii iiiiiiKffyp（2）将化学计量数及用反应进度表示的平衡组成代入式（2） ，得222343312? ?(52)101.325()?(43) (1)()eeeeK p10已知在35， 101.325kPa 下达到平衡时N2O4变为 NO2的解离分率为0.27，此条件下气体可当作 理想气体处理。（ 1）试求该气相反应的平衡常数K；（ 2）计算在 35， 13.33kPa 下达到平衡时的反应进度e
10、；86 （ 3）已知温度为318K 和 298K 时， N2O4解离的平衡常数分别为0.664和 0.141，试计算在此温度范围内的平均反应热。解：用下标1 表示 N2O4，2 表示 NO2，化学反应式为N2O4=2 NO2 得到1212，。初始时，0，并设 n1=1，n2=0，则达到平衡时e，n1=1e，n2=2，n=1+e，平衡时的摩尔分数为12(1) /(1)2/(1)eeeeyy，（1）由于气体可看作理想气体处理，并取参考态压力为101.325kPa，于是化学反应平衡参数为221() 101.325101.325iiipypyK y（ 2）将式（ 1）代入式（ 2） ，得用反应进度表示
11、的反应平衡常数表达式为22244101.325(1)(1)101.325(1)eeeeeppK（3）（1）由于达到平衡时N2O4变为 NO2的解离分率为0.27，即解离分率 =（1n1） /1=e=0.27 （4）将式（ 4）及已知的压力数据代入式（3） ，得反应平衡常数值为K=0.315 （2）由式（ 3）得1 /2() 4/101.325eKpK（5）由于平衡常数K 仅与温度有关，而与压力无关，于是当压力变为13.33kPa 时，由式（ 5）便可求得平衡反应进度为0.612e（3）平均反应热可由它与化学反应平衡常数的关系求得121122l n6 1 . 0 4 1/ ()RT TKHkJm
12、ol TTK11设已知甲醇可以由CO 加 H2按下列反应制取23()2()()C O gHgC H O Hg且反应是在400K， 101.325kPa 下进行的。通过分析，从反应器得到的平衡气相产品中，H2的含量为40% （摩尔百分数） 。（ 1）假设为理想气体，试确定平衡产品中CO 与 CH3OH 的组成；（ 2）如果反应在500K， 101.325kPa 下进行，初始物料与（1）相同，能否希望平衡产物中的H2的组成大于或小于40%？（设气体为理想气体。）已知：上述反应在400K 时 K=1.52，94.54HkJ。解：用小标1 表示 CO，2 表示 H2，3 表示 CH3OH，由反应式87
13、 23()2()()C O gHgCH O Hg知化学计量数123121，。对理想气体，平衡常数为23212101.325()() 101.325iiipyyK y yp（1）将 y3=1y1y2代入式（ 1） ，得2122 12212211101.325() 1(/ 101.325)yyyKy y ypKy p或（2）将 y2=0.40， K=1.52 ，p=101.325kPa 代入，得到CO 及 CH3OH 的组成为y1=0.480， y3=1y1y3=0.118 （2）由于反应热H小于零，这是一个放热反应，当反应温度升高时，平衡常数K 将减小，不利于反应向正方向进行，即平衡向左移动，因此平衡产物中的H2的组成将大于40%（摩尔分数） 。
