北京大学药学院：《物理化学 Physical Chemistry》课程教学资源（练习思考）第三章 化学平衡

物理化 第三章 a1 Chemistry 化学平衡 难题解析 学生自测题 学生自测答案 难题解析「oP 例 反应2COg)+O2=2CO2(g)在200K时的Kp=327×107,设在此温度下有由CO.、O、CO2组成的 混合气体,它们的分压分别为1000、500、10000a试计算此条件下的 反应向哪个方向 进行?如果CO和CO2的分压不变,要使反应逆向进行,O2的分压应是多少?设气体服从理想气体状态 方程。 解根据判断 RINk°+ RINo:<0 100000 100000 =2×103 Pco l poz 1000 5000 100000)(100000 -RTnkp+ RTIngp -8.314×2000n327×10)+8314×2000h(2×10°) =-8475J.mol-l 反应向右进行。 若使反应逆向进行,必须满足 RINk+RTnOe >0 as )I,p

1 第三章 化学平衡 首 页 难题解析 学生自测题 学生自测答案 难题解析 [TOP] 例 3-1 反应 2CO(g)＋O2＝2CO２(g)在 2000K 时的 o Kp ＝3.27×107 ,设在此温度下有由 CO﹑O2﹑CO2 组成的 混合气体，它们的分压分别为 1000﹑ 5000 ﹑100000Pa,试计算此条件下的 T ,p G            。反应向哪个方向 进行？如果 CO 和 CO2 的分压不变，要使反应逆向进行，O2 的分压应是多少？设气体服从理想气体状态 方程。 解 根据判断 ln ln 0 o o = − +            p p T ,p RT K RT Q G  3 2 2 o o 2 o co 2 o o 2 10 100000 5000 100000 1000 100000 100000 2 2 =                    =                         = p p p p P p Q co p ( ) 1 7 5 o o 84 75 J mol 8 314 2000ln 3 27 10 8 314 2000ln(2 10 ) ln ln − = −  = −   +   = − +           . . . . RT K RT Q G p p T ,p  反应向右进行。 若使反应逆向进行，必须满足 ln ln 0 o o = − +            p p T ,p RT K RT Q G 

10000 即:-8314×2000n3.27×107)+8.314×2000n 100000 po 100000)(100000 Po, <31 Pa 例 实验测得某化学反应A(g)+B(g)=2D(g)在10~400C之间热力学平衡常数K与温度T 之间的关系为:hnK= 4980 +6.85 (1)计算反应在300K时的平衡常数 2)计算该反应在400K时的ΔG°、Δ,H°和ΔS°,并对所得结果加以讨论 (3)该反应是否有转折温度?如果有,估计转折温度为多少? 解:(1)hk 4980 4980 6.85 p=e300=5.829×10 (2)根据公式hK 980 +6.85,可知 △,Hm △,H=4980×8314×10-3=4140 kJ. mol 当温度为400K时 In Kp-400 +6.85=-5.6 △G=-RThK=-8.314×400×(-56)×10-=1862 KJ- mol △.S△,H°-△G°41.40×103-18.62×103 =56.95J. K-. mol 400 讨论:根据计算结果,△,H">0,该反应为吸热反应,升高温度有利于反应正向进行。△,G>0, 但G=不是很大,如果能将生成的产物移走,并加大反应物的分压,仍有可能使反应正向进行

2 即： ( ) 0 100000 100000 1000 100000 100000 8 314 2000ln 3 27 10 8 314 2000ln o2 2 2 7                      −   +  p . . . O2 p ＜31 Pa 例 3-2 实验测得某化学反应 A（g）＋B（g）＝2D（g）在 10～400℃之间热力学平衡常数 O K 与温度 T 之间的关系为： 6 85 4980 ln O . T K p = − + （1）计算反应在 300K 时的平衡常数； （2）计算该反应在 400K 时的 o ΔrGm、 o ΔrH m 和 o ΔrSm ，并对所得结果加以讨论； （3）该反应是否有转折温度？如果有，估计转折温度为多少？ 解：（1） 6 85 4980 ln o . T Kp = − + 5 6 85 300 4980 o 5 829 10− − + K = e = .  . p （2）根据公式 6 85 4980 ln o . T Kp = − + ，可知 4980 Δ o r m = R H o 3 -1 Δr m = 49808.31410 = 41.40 kJmol − H 当温度为 400K 时 6 85 5 6 400 o 4980 lnK . . p = − + = − o 3 1 Δr m ln 8.314 400 ( 5.6) 10 18.62 kJ mol − − = − = −   −  =  o G RT Kp -1 -1 o 3 3 r m o o r m r m 56.95 J K mol 400 Δ Δ 41.40 10 18.62 10 Δ =    −  = − = T H G S 讨论：根据计算结果， o ΔrH m ＞0，该反应为吸热反应，升高温度有利于反应正向进行。 o ΔrGm ＞0， 但 o ΔrGm 不是很大，如果能将生成的产物移走，并加大反应物的分压，仍有可能使反应正向进行

(3)由于Δ1Hm和ΔS都大于0,该反应有转折温度 △,H°4140×103 =727.0K △S 例3-3气态HNO3可按下式分解 4HNO, (g=4NO2(9)+ 2H,O(9)+O,(g 1024 K 式中p为平衡压力,Po为氧气的平衡分压 4HNO3(g)=4NO2(g)+2H2O(g)+O2(g) 反应前 平衡时p0-4p2 4p022p 4 2po po→p-3p02 K.=(pwr)YOp20)p2=(4p2)(2po)p2=1042 PH (p-7Po) (p-7Po. 学生自测题「rop 1.请判断下列说法是否正确 (1)因为AG=-Rhp,所以AG”表系统达到平衡时产物与反应物的吉布斯能差 (2)若化学反应的△,H°与温度无关,△S"一定与温度无关;由此可以推出△G也与温度无 关 (3)移走反应体系中的催化剂,可使平衡向左移动。 2.选择正确答案,填入后面的空格中 (1)已知在温度T时,反应C(s)+CO2(g)=CO(g)的平衡常数为K1,则反应方程式 3

3 （3）由于 o ΔrH m 和 o ΔrSm 都大于 0，该反应有转折温度： 727.0 K 56.95 41.40 10 Δ Δ 3 o r m o r m =  = = S H T 例 3-3 气态 HNO3 可按下式分解 4HNO (g) 4NO (g) 2H O(g) O (g) 3 = 2 + 2 + 2 4 7 ( 7 ) 1024 2 2 o O p p p p K − = 式中 p 为平衡压力， O2 p 为氧气的平衡分压。 证: 4HNO (g) 4NO (g) 2H O(g) O (g) 3 = 2 + 2 + 2 反应前 p0 0 0 0 平衡时 p0 －4pO2 4pO2 2pO2 pO2 p=p0 －4pO2 ＋ 4pO2 ＋ 2pO2 ＋ pO2 = p0 ＋3pO2 po=p－3pO2 4 O O 2 O 4 O 4 HNO O 2 H 0 4 NO ( 7 ) (4 ) (2 ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 3 2 2 2 p p p p p p p p p Kp − = = 4 O 7 O 2 2 7 1024 ( p p ) p − = 学生自测题 [TOP] 1． 请判断下列说法是否正确 （1）因为 o o r  G = −RTlnKp ，所以 o rG 表示系统达到平衡时产物与反应物的吉布斯能差。 （2）若化学反应的 o ΔrH m 与温度无关， o ΔrSm 一定与温度无关；由此可以推出 o ΔrGm 也与温度无 关。 （3）移走反应体系中的催化剂，可使平衡向左移动。 2． 选择正确答案，填入后面的空格中 （1）已知在温度 T 时，反应 2 1 C（s）+ 2 1 CO2（g）＝CO（g）的平衡常数为 K1，则反应方程式

书写为:C(s)+CO2=(g)2O(g)时,其平衡常数K2=( B. K K (2)下列哪项是判断一个化学反应的方向及是否达到平衡的判据( A.△,SnB.△Gm D.△Gn (3)在温度T时,分解反应A(s)=B(g)+D(g)达到平衡后体系的压力为8806kPa,该反 应的平衡常数KO=() A.7755 B.1939 C.0.7755 D.0.1939 3.填空 (1)有理想气体反应A(g)+B(g)=3C(g),在等温下维持体系总压不变,向体系中加入惰 性气体,平衡 移动:若在恒温下将气体置于钢筒内加入惰性气体后平衡 移动 (2)在300K下,一个抽空的容器中放入过量的As,发生A(s)=B(s)+3D(g)的反应达到平衡时 D的分压为p=10kPa,反应的标准平衡常数(p°=105Pa)Kp (3)化学反应2NOg)+O2(g)=2NO2(g)是放热反应,反应平衡后,用 度和 压力的方法可以使平衡向生成产物的方向移动 学生自测答案mOp 1.(1)错(2)错(3)错 2.(1)C(2)D(3)D 3.(1)向右、不变(2)K(10=1×10°(3)降低、增加 100

4 书写为：C（s）+CO2＝（g）2CO（g）时，其平衡常数 K2=（ ）。 A．2K B．.K C．K 2 D． 2 1 K （2）下列哪项是判断一个化学反应的方向及是否达到平衡的判据（ ）。 A． o ΔrSm B． o ΔrGm C． O K D．ΔrGm （3）在温度 T 时，分解反应 A（s）＝B（g）+D（g）达到平衡后体系的压力为 88.06 kPa，该反 应的平衡常数 O K =（ ）。 A．7755 B．1939 C．0.7755 D．0.1939 3． 填空 （1）有理想气体反应 A（g）＋B（g）=3C（g）,在等温下维持体系总压不变，向体系中加入惰 性气体，平衡 移动：若在恒温下将气体置于钢筒内加入惰性气体后平衡 移动。 （2）在 300K 下，一个抽空的容器中放入过量的 A(s),发生 A(s) = B(s)＋3D(g) 的反应,达到平衡时 D 的分压为 pD=1.0 kPa，反应的标准平衡常数（ o p ＝105 Pa） o K p = 。 （3）化学反应 2NO(g) O (g) 2NO (g) + 2 = 2 是放热反应，反应平衡后，用 温 度和 压力的方法可以使平衡向生成产物的方向移动。 学生自测答案 [TOP] 1．（1）错 （2）错 （3）错 2．（1）C （2）D （3）D 3．（1）向右、不变 （2） 6 3 o 1 10 100 1 0  =       = . Kp （3）降低、增加