物理化学第五版课后习题答案

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1、第五章化学平衡5－1．在某恒定的温度和压力下，取n0﹦1mol的A(g)进行如下化学反应：A(g)B(g)若﹦，试证明，当反应进度x﹦0.5mol时，系统的吉布斯函数G值为最小，这时A，B间达到化学平衡。解：设反应进度x为变量A(g)B(g)t﹦0nA,0﹦n00x0﹦0t﹦t平nAnBxx﹦nB﹦nBx，nA﹦n0－nB﹦n0－nBx，n﹦nA＋nB﹦n0气体的组成为：yA﹦﹦﹦，yB﹦﹦各气体的分压为：pA﹦pyA﹦，pB﹦pyB﹦各气体的化学势与x的关系为：由G＝nAmA＋nBmB＝(nA＋nB)＋＋＝[n0－x＋x]＋n0＋＋因为﹦，则G＝n0(＋)＋＋＜0令x﹦0.5此时系统

2、的G值最小。655－2．已知四氧化二氮的分解反应N2O4(g)2NO2(g)      在298.15K时，＝4.75kJ·mol－1。试判断在此温度及下列条件下，反应进行的方向。(1)N2O4(100kPa)，NO2(1000kPa);(2)   N2O4(1000kPa)，NO2(100kPa);(3)   N2O4(300kPa)，NO2(200kPa);解：由Jp进行判断＝exp(－)＝exp(－)＝0.1472Jp＝(1)Jp＝＝100Jp＞反应向左进行。或ΔrGm＝16.1654kJ·mol－1(2)Jp＝＝0.1Jp＜反应向右进行。或ΔrGm＝－0.9677kJ·mol－

3、1(3)Jp＝＝1.3333Jp＞反应向左进行。或ΔrGm＝5.4631kJ·mol－1             5－3．一定条件下，Ag与H2S可能发生下列反应：2Ag(s)＋H2S(g)Ag2S(s)＋H2(g)25℃,100kPa下，将Ag置于体积比为10∶1的H2(g)与H2S(g)混合气体中。      (1)Ag是否会发生腐蚀而生成Ag2S？      (2)混合气体中H2S气体的体积分数为多少时，Ag不会腐蚀生成Ag2S？已知25℃时，H2S(g)和Ag2S(s)的标准生成吉布斯函数分别为－33.56kJ·mol－1和－40.26kJ·mol－1。      解：设反应体

4、系中气相为理想气体，则ΔrGm＝＋RTln(1)ΔrGm＝(－40.26＋33.56)＋R×298.15×103×ln10＝－6.7＋5.708＝－0.992kJ·mol－1ΔrGm＜0，Ag会发生腐蚀而生成Ag2S。(2)当ΔrGm＞0时，Ag不会发生腐蚀而生成Ag2S，因此ln＞(－)＝＝2.7029＞14.9229＜0.0628655－4．已知同一温度，两反应方程及其标准平衡常数如下：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)求下列反应的：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)解：(2)×2－(1)＝(3

5、)＝5－5．在一个抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫，若它们之间没有发生反应，则在375.3K时的分压分别为47.836kPa和44.786kPa。将容器保持在375.3K，经一定时间后，总压力减少至86.096kPa，且维持不变。求下列反应的。SO2Cl2(g)SO2(g)＋Cl2(g)      解：反应各组分物料衡算如下SO2Cl2(g)SO2(g)＋Cl2(g)0p0(SO2)p0(Cl2)pxp0(SO2)－pxp0(Cl2)－pxp＝p0(SO2)＋p0(Cl2)－px＝86.096px＝44.786＋47.836－86.096＝6.526kPap(Cl2)＝47.836－6

6、.526＝41.31kPap(SO2)＝44.786－6.526＝38.26kPa＝＝＝2.42195－6．900℃，3×106Pa下，使一定量摩尔比为3∶1的氢、氮混合气体通过铁催化剂来合成氨。反应达到平衡时，测得混合气体的体积相当于273.15K，101.325kPa的干燥气体(不含水蒸气)2.024dm3，其中氨气所占的体积分数为2.056×10－3。求此温度下反应的。解：＝0.2495＝0.7485＝＝＝＝4.489×10－85－7． PCl5分解反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)      在200℃时的＝0.312，计算：65      （1）200℃，200k

7、Pa下PCl5的解离度。      （2）摩尔比为1：5的PCl5与Cl2的混合物，在200℃，101.325kPa下，求达到化学平衡时PCl5的解离度。      解：（1）设200℃，200kPa下五氯化磷的解离度为α，则PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)1－ααα＝1＋α＝＝＝0.312＝0.156＝7.4103α＝0.3674或＝α＝＝＝0.3674（2）设混合物的物质的量为n，五氯化磷的解离度为α'，则平衡时PCl5(g)PC