物理化學核心教程第二版(沈文霞)課后習題答案5-8 - 下載本文

四.概念題參考答案

?1.在等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下,當反應的?rGm?5 kJ?mol?1時,該反應

自發進行的方向為 ( ) (A) 正向自發進行 (B) 逆向自發進行

(C) 無法判斷 (D) 反應不能進行

答:(C)。 判斷反應能否自發進行,要用等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下?rGm的

??變化值,而不能用?rGm的值。除非該反應是在標準壓力下進行,則?rGm>0,反應能逆?向自發進行。或者?rGm是一個絕對值很大的負值,改變壓力商也不可能改變?rGm的符號,

則?rGm也小于零,這時可以估計反應能自發正向進行。

2.理想氣體混合物在化學反應達平衡時,應該使用下列哪個關系式? ( ) (A)?rGm??RTlnKp (B)?rGm??RTlnKp

????(C)?rGm (D)?rGm ??RTlnKx??RTlnKc???答:(B)。根據理想氣體化學勢的表示式,對數項中用pB/p?表示,在化學反應等溫式中,對數項中是壓力商Qp,達平衡時,是平衡時的壓力商,所以標準平衡常數是Kp,相應的Gibbs自由能的變化值為?rGm。

3.理想氣體反應CO(g)?2H2(g)?CH3OH(g)的?rGm與溫度T的關系為:

??rGm/(J?mol?1)??21 660?52.92T/K。若要使反應的平衡常數大于1,則應控制的反

???

應溫度為 ( ) (A) 必須低于409.3℃ (B) 必須高于409.3 K (C) 必須低于409.3 K (D) 必須等于409.3 K

?答:(C)。?rGm與標準平衡常數Kp的關系式為?rGm??RTlnKp,要使Kp?1,?則?rGm?0。從已知的關系式,解得T?409.3 K。要使反應在標準壓力下能自發正向進

????行,?rGm必須小于零,所以,根據已知的關系式,反應溫度必須低于409.3 K。

????4.在973 K時,反應CO(g)?H2O(g)???CO2(g)?H2(g)的標準平衡常數

K?p?0.71。若將如下各分壓的理想氣體混合在一起,pCO?100 kPa,pH2O?50 kPa,pCO2?10 kPa,pH2?10 kPa,在相同溫度下,反應的方向將 ( )

(A) 向右進行 (B) 向左進行 (C) 處于平衡狀態 (D) 無法判斷

答:(A)。有一個可以作為判據的化學反應等溫式為

(?rGm)T,p??RTlnK?p?RTlnQp

如果若K?p>Qp,則(?rGm)T,p<0,反應可自發向右正向進行。這個反應的Qp值為

Qp?10?10?0.02

100?50Qp遠小于K?p的值,所以反應自發向右進行。5.在350 K時,NH4HCO3(s)發生分解反

應的計量方程為

??? NH4HCO3(s)???NH3(g)?CO2(g)?H2O(g)

設在兩個容積都等于10 dm的密閉容器A和B中,分別加入純的NH4HCO3(s)1.0 kg和

320.0 kg,保持溫度不變,達到平衡后,下列說法正確的是 ( )

(A) 兩容器中壓力相等 (B) A 內壓力大于B內壓力 (C) B內壓力大于A內壓力 (D) 必須經實際測定方能判別

答:(A)。因為容器的體積有限,NH4HCO3(s)都是過量的,在相同溫度下,兩密閉容器中的分解壓力相同。

6.根據某一反應的?rGm值,下列不能確定的是 ( ) (A) 標準狀態下自發變化的方向 (B) 在?rGm所對應的溫度下的平衡位置

(C) 在標準狀態下系統所能做的最大非膨脹功 (D) 提高溫度對平衡的影響情況

答:(D)。溫度對平衡的影響情況,要用van’t Hoff公式判斷,要根據反應是吸熱還是放熱,來決定提高溫度對平衡有利還是不利,而用?rGm不好確定。

7.某實際氣體反應,用逸度表示的標準平衡常數 隨下列哪個因素而變 ( ) (A) 系統的總壓力 (B) 催化劑 (C) 溫度 (D) 惰性氣體的量

答:(C)。實際氣體化學勢的標準態與理想氣體是一樣的,其標準態化學勢僅是溫度的函數,所以標準平衡常數也是溫度的函數,會隨著溫度的改變而改變。

??????8.在某一反應溫度下,已知反應(1)2NH3(g)???3H2(g)?N2(g)的標準平衡常

數為Kp(1)?0.25。那么,在相同的反應條件下,反應

??31???H2(g)?N2(g)???NH3(g)的22標準平衡常數Kp(2)為 ( )

(A) 4 (B) 0.5 (C) 2 (D) 1

答:(C)。第二個方程是第一個方程的逆過程,標準平衡常數是第一個方程的倒數。而第二個方程式的計量系數是第一個方程的一半,則標準平衡常數應開1/2次方,所以

?1? K?(2)??p?K?(1)???p?12?1?????0.25?12?2

?9.在298 K時,某化學反應的標準Gibbs自由能變化的變化值?rGm<0,則反應對應

的標準平衡常數K將 ( ) (A) K???0 (B) K?>1

? (C) K<0 (D) 0

<0,K?>1。

??答:(B)。因為 ?rGm??RTlnK?,?rGm<0,?RTlnK?10.在如下幾個反應中,增加系統的總壓,能使產物的比例增加的是 ( )

??? (A) CaCO3(s)???CaO(s)?CO2(g) ??? (B) CO(g)?H2O(g)???CO2(g)?H2(g)

(C)

(D)

31???H2(g)?N2(g)???NH3(g)

22PCl5(g)?Cl2(g)?PCl3(g)

答:(C)。增加系統的總壓,雖然不改變標準平衡常數,但是對氣體分子數減少的反應

有利,能使產物的比例增加。這里只有(C)是氣體分子數減少的反應。

11.在等溫、等壓的條件下,反應C(s)?H2O(g)?CO(g)?H2(g)的平衡常數和轉化率分別為Kp(1)和?1。充入一定量的N2(g)后,再次達平衡時的平衡常數和轉化率分別為

?K?p(2)和?2。兩者的關系為 ( )

(A) Kp(1)?Kp(2),?1>?2 (B) Kp(1)>Kp(2),?1>?2 (C) Kp(1)

12.在一定的溫度下,一定量的 PCl5(g) 在一密閉剛性容器中達到分解平衡。若往容器中充入氮氣,使系統的壓力增加一倍,則 PCl5的解離度將 ( )

???????? (A) 增加 (B) 減少

(C) 不變 (D) 不確定

答:(C)。雖然充入不參與反應的氮氣,應對氣體分子數增加的反應有利,但是因為在密閉剛性容器中,體積不變,則壓力也相應增加,使壓力和氣體的總物質的量的比值不變,所以解離度亦不變。

13.PCl5的分解反應的計量方程為PCl5(g)?Cl2(g)?PCl3(g),在473 K達到平衡時,PCl5(g)的解離度??0.485,溫度升至573 K達到平衡時,解離度??0.97,則此反應是 ( ) (A) 放熱反應 (B) 吸熱反應

(C) 既不放熱也不吸熱 (D) 兩個溫度下的平衡常數相等 答:(B)。升高溫度,可以使吸熱反應的平衡常數增大。

14.在298 K和標準壓力下,反應H2(g)?1???O2(g)???H2O(l)的2???rGm??237.13 kJ?mol?1,?rSm??163.3 J?K?1?mol?1。假定?Cp,m?0,則在398 K?時,反應的?rGm(398K)的值為 ( )

(A) ?237.13 kJ?mol (B) 237.13 kJ?mol (C) ?220.80 kJ?mol (D) ?253.51 kJ?mol 答:(C)。因為是等溫反應,所以 ?rG? mH?T?rS?m??rm? ?rHm??rG??m?1?1?1?1 m ?T?rS??3?1 ?[?237.13?298(?163.3)?10] kJ?mol??285.79 kJ?mol?1

??因為假定?Cp,m?0,所以?rHm和?rSm的值不隨溫度而變,則

?rGm(398K?)?rH??m??398?K?Sr m?1?1?1 ??285.79 kJ?mol?398K?(?163.3 J?K?mol) ??220.80 kJ?mol

第六章 相平衡 四.概念題參考答案

1.NH4HS(s)與任意量的NH3(g)及H2S(g))達平衡時,有 ( ) (A) C= 2,P = 2,f= 2 (B) C= 1,P = 2,f= 1

(C) C= 2,P = 3,f= 2 (D) C= 3,P = 2,f= 3

答:(A)。系統中有三個物種,一個平衡條件,由于已存在NH3(g)及H2S(g),就不

?1

存在濃度限制條件,所以組分數C?2。平衡共存時有固相和氣相兩個相,根據相律,自由度f?2。

2.在大氣壓力下,FeCl3(s)與H2O(l)可以生成FeCl3?2H2O(s),FeCl3?5H2O(s),

FeCl3?6H2O(s)和FeCl3?7H2O(s)四種固體水合物,則該平衡系統的組分數C和能夠平衡

共存的最大相數P為

( )

(B)C?3, P?4 (D)C?3, P?5

(A) C?3, P?3 (C) C?2, P?3

答:(C)。這是二組分系統生成穩定化合物(或穩定水合物)的一個例子,FeCl3(s)與

H2O(l)可以生成多種水合物,但它還是二組分系統,所以組分數必定等于2。不能把生成

的穩定水合物也看作是組分。如果要寫出生成水合物的多個平衡方程式,則多一個水合物物種,也多一個化學平衡方程,所以組分數是不會改變的。根據組分數等于2這一點,就可以決定選(C)。

根據相律,當自由度等于零時,能得到平衡共存的最大相數。則f?C?2?P?0,理論上最大相數似乎應等于4,但是題目已標明是在大氣壓力下,用f?C?1?P?3?P,所以能見到的平衡共存的最大相數只有3個。如果題目不標明是在大氣壓力下,由于凝聚相系統受壓力影響極小,也應該看作是在等壓條件下進行的,能見到的平衡共存的最大相數只能是3個。

3.在 100 kPa 的壓力下,I2(s)在H2O(l)和CCl4(l)兩個完全不互溶的液相系統中達分配平衡。設平衡時I2(s)已不存在,則該系統的組分數和自由度數分別為 ( )

(A) C?2, f?1 (C) C?3, f?2

***

(B)C?2, f?2 (D)C?3, f?3

**答:(C)。該系統中顯然有I2(s),H2O(l)和CCl4(l)三個物種,S?3,但無化學平衡,R?0,也無濃度限制條件,R?0(不要把I2在兩相中的分配平衡看作是濃度關系式,因為在推導分配常數時已用到了I2在兩相中化學勢相等的條件),所以組分數C?3。

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