第5章化学平衡 习题解答 1.H2S和CO2组成的气体混合物中,H2S的摩尔分数为0.513。将 1750cm3(在21℃,101.325kPa下测得的)混合气体通入350℃的管 式炉,然后迅速冷却。使流出来的气体通过盛有无水氯化钙的管子,结 果管子的质量增加了34.7mg。试求350℃时反应 HS(g)+CO, (g)=COS(8)+H,o(g) 的标准平衡常数。设气体服从理想气体状态方程。 解:原来气体混合物中H2S、CO2的物质的量分别为 101325×(1750×10°) 0.513mol 83145×(21+273.15) =372×10-3 01325×(1750×10-) 83145×(21+275)×(1-0.513)mol 35.3×10-3mol 生成的H2O或COS的物质的量为 34.7×10 1802mo ol=193×10-3mol ∵∑Bv=0 K°=K=K
第 5 章 化学平衡 习 题 解 答 1. H S2 和CO2 组成的气体混合物中，H S2 的摩尔分数为 0.513。将 1750 cm3 （在 21 ℃，101.325kPa 下测得的）混合气体通入 350℃的管 式炉，然后迅速冷却。使流出来的气体通过盛有无水氯化钙的管子，结 果管子的质量增加了 34.7 mg。试求 350℃时反应 H S (g) + CO (g) == COS(g) + H O (g) 22 2 的标准平衡常数。设气体服从理想气体状态方程。 解：原来气体混合物中 H 2S、CO2 的物质的量分别为 = 37.2 10 mol 0.513 mol 8.3145 (21 273.15) 101325 (1750 10 ) 3 6 H2S H2S − − × ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × × + × × = y = RT pV n = 35.3 10 mol (1 0.513) mol 8.3145 (21 273.15) 101325 (1750 10 ) 3 6 CO2 − − × ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × − × + × × n = 生成的 H 2O 或 COS 的物质的量为 n n H O eq COS eq 2 = = mol = 1.93 10 mol ⎛ × ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ × − − 34 7 10 18 02 3 3 . . ∵ ∑Bν B = 0 ∴ eq CO eq H S eq H O eq o COS 2 2 2 n n n n K K p Kn ⋅ ⋅ = = =
思考题和习题解答 93×10 372-193)×10-1]1353-193)×10 2.一抽空的球形瓶质量为71.217g。充入N2O4后总质量为 71981g。若在25℃时瓶中充满纯水,则总质量为559g。以上数据 已作空气浮力校正。已知25℃时水的密度为09970gcm-3。在50℃ 时,瓶中的N2O4发生解离反应 并达到解离平衡,平衡总压为667kPa。试求N2O4的解离度a及反应 的标准平衡常数。设气体可作为理想气体,在25℃至50℃的温度范围 球形瓶的体积变化可忽略。 5559-71217 484.7 0.9970 3=486.1cr 09970 71981-71.217 no MNOA mol= 9202 92.02 8.30×10-mol ∑需2 6.7×10 86.1×10 83145×(50+27315) 12.07×10-3mol x=∑n-6=(12.07-830)×103mol=3.77x10°mol x3.77 0454=454% 8.30 2×377×10) 66.7×103 0.694 (830-377×103100×103×(1207×103)
·98· 思考题和习题解答 ( ) [ ] ( ) [ ] ( ) 3 3 3 2 3 3.16 10 37.2 1.93 10 35.3 1.93 10 1.93 10 − − − − = × − × − × × = 2. 一抽空的球形瓶质量为 71.217g。充入 N O2 4 后总质量为 71.981g。若在 25 ℃时瓶中充满纯水，则总质量为 555.9 g。以上数据 已作空气浮力校正。已知 25℃时水的密度为0 9970 3 . g cm⋅ − 。在 50 ℃ 时，瓶中的 N O2 4 发生解离反应 N O (g) == 2NO (g) 24 2 并达到解离平衡，平衡总压为 66.7kPa。试求 N O2 4 的解离度α 及反应 的标准平衡常数。设气体可作为理想气体，在 25℃至 50℃的温度范围 球形瓶的体积变化可忽略。 解：V m = = ⎛ − ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ H O H O 2 3 33 2 cm = 484.7 0.9970 cm = 486.1 cm ρ 555 9 71217 0 9970 . . . = 8.30 10 mol mol 92.02 0.764 mol = 92.02 71.981 71.217 3 N O N O 0 2 4 2 4 − × ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = = M m n ( ) ( ) = 12.07 10 mol mol 8.3145 (50 273.15) 66.7 10 486.1 10 3 3 6 B eq B − − × ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × + × × × ∑ = = RT pV n ∑ n = n − x + x = n + x B 0 0 eq B ( ) 2 ∴ (12.07 8.30) 10 mol = 3.77 10 mol 3 3 B 0 eq B − − x = ∑ n − n = − × × α == = = x n0 377 8 30 0 454 45 4% . . . . ( ) 0.694 100 10 (12.07 10 ) 66.7 10 (8.30 3.77) 10 2 3.77 10 3 3 3 3 2 3 B eq B o o B B ⎥ = ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × × × × × − × × × = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = − − − ∑ ∑ ν p n p K Kn
化学平衡 3.使纯氨气在304MPa和901℃时通过铁催化剂,则部分氨分解 成氮气和氢气,出来的气体缓缓通入20cm3盐酸中,剩余气体的体积相 当于在0℃和101325kPa下的干气体积182dm3。原盐酸溶液20cm3用 浓度为523×10 mol- dm3的KOH溶液滴定到终点时,耗去KOH溶液 18.72cm3,而气体通过后,消耗KOH溶液1542cm3。试求901℃时反 N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) 的标准平衡常数K°。设气体可作为理想气体。 22414mol=812×103mol =(a×812×10)mol=203×10mol nn,=523×103×(8:72-1542)×0-]mo =0.173×10-3mol Bn=(81.2+0.73)×103mol=814×10mol K“=K nB 0173×102) 304×106 203×103×(609×103)3(100×103×814×103 47×10 4.反应 N2 (8)+02(g)= NO(g) 在2500℃时的标准平衡常数是0.0455。(1)在此温度下反应在空气中达 到平衡后,应有多少NO生成(用摩尔分数表示)?假设空气中N2与
第 5 章 化学平衡 ·99· 3. 使纯氨气在 3.04MPa 和 901℃时通过铁催化剂，则部分氨分解 成氮气和氢气，出来的气体缓缓通入20 cm3 盐酸中，剩余气体的体积相 当于在 0℃和 101.325 kPa 下的干气体积182 . dm3 。原盐酸溶液20 cm3 用 浓度为52 3 10 3 3 . × ⋅ − − mol dm 的 KOH 溶液滴定到终点时，耗去 KOH 溶液 18 72 . cm3 ，而气体通过后，消耗 KOH 溶液15 42 . cm3 。试求 901℃时反 应 N (g) + 3H (g) == 2NH (g) 22 3 的标准平衡常数 Ko 。设气体可作为理想气体。 解：n n N eq H eq 2 2 + = mol = 81.2 10 mol ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ × − 182 22 414 3 . . nN eq 2 =× × mol = 20.3 10 mol ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ × − − 1 4 812 10 3 3 . nH eq 2 =× × mol = 60.9 10 mol ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ × − − 3 4 812 10 3 3 . [ ] = 0.173 10 mol 52.3 10 (18.72 15.42) 10 mol 3 eq 3 3 NH3 − − − × n = × × − × (81.2 0.173) 10 mol 81.4 10 mol 3 3 B eq B − − ∑ n = + × = × ( ) 9 2 3 3 6 3 3 3 2 3 B eq B o o 47 10 100 10 81.4 10 3.04 10 20.3 10 (60.9 10 ) 0.173 10 B B − − − − − − ∑ ν = × ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ × × × × × × × × × = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = p ∑ n p K Kn 4. 反应 O (g) == NO (g) 2 1 N (g) + 2 1 2 2 在 2500℃时的标准平衡常数是 0.0455。(1) 在此温度下反应在空气中达 到平衡后，应有多少 NO 生成（用摩尔分数表示）? 假设空气中 N 2 与
思考题和习题解答 O2的物质的量之比是792:20.8,空气中含有少量的N和O可以略而 不计。(2)若反应写成N2(g)+O2(g)=2NO(g),则标准平衡常数应是 多少?生成NO的摩尔分数是否改变? 解:(1)设原有79.2molN2及20.8molO2,若平衡时生成xmol NO,则还有92-2x)moN2及(208 0.0455= X 即NO的摩尔分数为180×102。 (2)K°=(00455)2=207×10-3,生成NO的摩尔分数不变。 5.450℃时,反应 P/MPa10.1304 N2(g)+=H2(g) K,/103Pa27.1687 K,与压力的关系如右。若反应物为N2和H2,它们的物质的量之比为 1:3,试计算反应物在10.MPa与304MPa下的最高转化率。 解:设原有N2lmol,H23mol;达平衡时N2(-x)mol, H2(3-3x)mol, NH3 2x mol K=K P P=101MPa时,K,=716×10Pa,解得x=0282,即反应物的
·100· 思考题和习题解答 O2 的物质的量之比是 79.2∶20.8，空气中含有少量的 N 和 O 可以略而 不计。(2) 若反应写成 N (g) + O (g) == 2NO(g) 2 2 ，则标准平衡常数应是 多少？生成 NO 的摩尔分数是否改变？ 解：(1) 设原有 79.2 mol N 2 及 20.8 mol O2 ，若平衡时生成 x mol NO，则还有 79 2 1 2 . − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ x⎟ mol N2 及 208 1 2 . − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ x⎟ mol O2 KKK p n o = = 即 1/ 2 1/ 2 2 1 20.8 2 1 79.2 0.0455 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ − ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = x x x ∴ x = 180 . 即 NO 的摩尔分数为180 10 2 . × − 。 (2) Ko = =× − (. ) . 0 0455 2 07 10 2 3，生成 NO 的摩尔分数不变。 5. 450℃时，反应 H (g) == NH (g) 2 3 N (g) + 2 1 2 2 3 Kp与压力的关系如右。若反应物为 N 2 和 H 2，它们的物质的量之比为 1∶3，试计算反应物在 10.1MPa 与 30.4 MPa 下的最高转化率。 解：设原有 N 1 mol 2 ， H 3 mol 2 ；达平衡时 N 2 ( ) 1− x mol， H2 ( ) 3 3 − x mol ， NH3 2x mol n x B eq ∑B = − ( ) 4 2 mol 1 1 / 2 3 / 2 B eq B (1 ) (3 3 ) 4 2 2 B B − ∑ ν ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − × − × − = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ∑ x p x x x n p K p Kn 1 3 / 2 2 3 (1 ) 4 (2 ) − ⋅ − − = p x x x p = 101. MPa 时，Kp = × − − 716 10 8 1 . Pa ，解得 x = 0 282 . ，即反应物的 p / MPa 10.1 30.4 8 1 /10 Pa − − K p 7.16 8.72
化学平衡 最高转化率为28.2% P=304MPa时,K,=872×10Pa,解得x=0526,即反应物 的最高转化率为526% 6.反应 C2H(8)+H, O(g)=C,,OH(g) 在250℃的K°=584×10-3。在250℃和345MPa下,若C2H4与H2O 的物质的量之比为1:5,求C2H4的平衡转化率。已知纯C2H4、H2O C2HOH的逸度因子分别为0.98、0.89、0.82,假设混合物可应用路易 斯-兰德尔规则。 0.82 0.94 0.98×0.89 K=K°(P)2=[584×10-3×( 3)-]Pa =584×10-8Pa-l Kr5.84×10-8Pa K =621×0-8Pa 0.94 设原有C2H41mol,H2O5mol;达平衡时C2H4(1-x)mol, (5-x)mol, C,H, OH x mol, I nB=(6-x)mo P 345×10° 以Kn=621×10Pa代入,解得x=0150,即C2H4的平衡转化率 150 7.计算反应 在100℃和0.MPa下的K,设混合物为理想溶液;已知215molC3Hl0 和1 mol CCI2COOH在上述条件下反应生成0762 mol CCl2COOC5H1
第 5 章 化学平衡 ·101· 最高转化率为 28.2%。 p = 30 4. MPa时， Kp = × − − 8 72 10 8 1 . Pa ，解得 x = 0526 . ，即反应物 的最高转化率为 52.6%。 6. 反应 C H (g) + H O(g) == C H OH(g) 24 2 25 在 250℃的 Ko = × − 584 10 3 . 。在 250℃和 3.45 MPa 下，若 C2H4与 H2O 的物质的量之比为 1∶5，求 C2H 4 的平衡转化率。 已知纯 C2H4、H2O、 C2H5OH 的逸度因子分别为 0.98、0.89、0.82，假设混合物可应用路易 斯–兰德尔规则。 解： 0.94 0.98 0.89 0.82 = × Kφ = 8 1 o o 3 3 1 1 = 5.84 10 Pa ( ) [5.84 10 (100 10 ) ] Pa B B − − ∑ ν − − − × K f = K p = × × × 8 1 8 1 6.21 10 Pa 0.94 5.84 10 Pa − − − − = × × = = Kφ K K f p 设原有C H 1 mol 2 4 ， H O 5 mol 2 ；达平衡时C H (1 ) mol 2 4 − x ， H O (5 mol 2 − x) ，C H OH mol 2 5 x ，则 n x B eq ∑B = − ( ) 6 mol K K p n x xx x p n = ∑ ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ = − − × − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ∑ − − B eq B B B Pa ν ( )(5 ) . 1 345 10 6 6 1 1 以 Kp = × − − 6 21 10 8 1 . Pa 代入，解得 x = 0150 . ，即C H2 4 的平衡转化率 为 15.0%。 7. 计算反应 C H (l) + CCl COOH(l) == CCl COOC H (l) 5 10 3 3 5 11 在 100℃和 0.1MPa 下的 Kx 。设混合物为理想溶液；已知 2.15 mol C5H10 和1 mol CCl COOH 3 在上述条件下反应生成0 762 . mol CCl COOC H 3 5 11