程蘭征物理化學習題解答

1、第三章 化學平衡1、 氣相反應(yīng)：2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)在1000K時的平衡常數(shù)=3.54×103，求該反應(yīng)的(1000K)和(1000K)。解：第一問能做，第二問不能做（不知道系統(tǒng)總壓）。解答略。2、氧化鈷(CoO)能被氫或CO還原為Co，在721、101325Pa時，以H2還原，測得平衡氣相中H2的體積分數(shù)=0.025；以CO還原，測得平衡氣相中CO的體積分數(shù)=0.0192。求此溫度下反應(yīng)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) 的平衡常數(shù)。解：CoO(s) + H2(g) = Co(s) + H2O (1) 0.025 (1-0.025) CoO(s

2、) + CO(g) = Co(s) + CO2 (2) 0.0192 (1-0.0192) (2)-(1)= CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ，所以=51/39=1.313、計算加熱純Ag2O開始分解的溫度和分解溫度。（1）在101325Pa的純氧中；（2）在101325Pa且=0.21的空氣中。已知反應(yīng)2Ag2O(s)=4Ag(s)+O2(g)的=(58576-122T/K)J·mol-1。解：分解溫度即標態(tài)下分解的溫度。令=(58576-122T/K)<0，得T>480K開始分解溫度即非標態(tài)下分解的溫度。令=(58576-122T/K)+8.314

3、×Tln0.21<0，得T>434K4、已知Ag2O及ZnO在溫度1000K時的分解壓分別為240及15.7kPa。問在此溫度下（1）哪一種氧化物容易分解？（2）若把純Zn及純Ag置于大氣中是否都易被氧化？（3）若把純Zn、Ag、ZnO、Ag2O放在一起，反應(yīng)如何進行？（4）反應(yīng)ZnO(s)+2Ag(s)=Zn(s)+Ag2O(s)的=242.09kJ·mol-1，問增加溫度時，有利于那種氧化物的分解？解：（1）氧化銀易分解；（2）銀不易被氧化；（3）Zn + Ag2O = Ag + ZnO；（4）ZnO5、已知下列反應(yīng)的-T關(guān)系為：Si(s)+O2(g)=Si

4、O2(s); =(-8.715×105+181.09T/K)J·mol-12C(s)+O2(g)=2CO(g); =(-2.234×105-175.41T/K)J·mol-1試通過計算判斷在1300K時，100kPa下，硅能否使CO還原為C？硅使CO還原的反應(yīng)為：Si(s)+2CO(g)=SiO2(s)+2C(s)解：（1）-（2）=（3），則=(-6.481×105+356.5T/K)J·mol-11300K時，=(-6.481×105+356.5×1300)=-1.847×105J·mol-

5、1<0，可以6、將含水蒸氣和氫氣的體積分數(shù)分別為0.97和0.03的氣體混合物加熱到1000K，這個平衡氣體混合物能否與鎳反應(yīng)生成氧化物？已知Ni(s)+0.5O2=NiO(s); =-146.11 kJ·mol-1H2(g)+0.5O2(g)=H2O(g); =-191.08 kJ·mol-1解：（1）-（2）得 Ni(s)+ H2O(g)= NiO(s)+ H2(g)=-146.11+191.08 =44.97kJ·mol-1=+RTlnQ=44970+8.314×1000×ln（0.03/0.97）=16.07 kJ·mo

6、l-1反應(yīng)不能正向進行。7、已知反應(yīng) PbS(s)+1.5O2(g)=PbO(s,紅)+SO2(g)，試計算在762K下的平衡常數(shù)，并證明此溫度下反應(yīng)可進行得很完全（可作近似計算）。解：查表得 PbS(s) + 1.5O2(g) = PbO(s,紅) + SO2(g) -94.3 0 -218.99 -296.9 kJ·mol-1 91.2 205.02 67.8 248.53 J·K-1·mol-1= -296.9-218.99+94.3= -421.59（ kJ·mol-1）= 1.5×205.02= -82.4 (J·K-1&#

7、183;mol-1)= -421590+762×82.4= -358801( J·mol-1)ln=358801/(8.314×762)=56.63 ； =3.95×1024 ；數(shù)值很大，應(yīng)可進行得很完全。8、通過計算說明磁鐵礦（Fe3O4）和赤鐵礦（Fe2O3）在25的空氣中哪個更穩(wěn)定？解：查表可知，磁鐵礦（Fe3O4）和赤鐵礦（Fe2O3）的分別為-1014.2和-740.99 kJ·mol-1空氣中，磁鐵礦分解的=1014.2+8.314×298ln0.212= 1021.9赤鐵礦分解的=740.99+8.314×29

8、8ln0.211.5= 746.8顯然，磁鐵礦更穩(wěn)定。（答案不對）9、試用標準摩爾熵法計算25時制氫反應(yīng)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)的、。解：查表得 CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) -110.54 -241.84 -393.5 0 kJ·mol-1 197.9 188.74 213.64 130.58 J·K-1·mol-1= -393.5+110.54+241.84= -41.12（ kJ·mol-1）= 130.58+= -42.42 (J·K-1·mol-1)= -41120

9、+298×42.42= -28479( J·mol-1)ln=28479/(8.314×298)=11.49 ； =9.82×104 10、設(shè)上題的、與溫度無關(guān)，計算200時的。和前題結(jié)果比較，那個溫度更有利于CO的轉(zhuǎn)化？工業(yè)上實際的溫度在200-400，這是為什么？解：= -41120+473×42.42= -21055( J·mol-1)；可見，從熱力學上考慮低溫有利于反應(yīng)。但從動力學上考慮，溫度高有利于反應(yīng)。11、試用標準生成吉布斯函數(shù)法求在25時反應(yīng)3Fe(s)+2CO(g)=Fe3C(s)+CO2(g)的、。解：查表得 3F

10、e(s) + 2CO(g) = Fe3C(s) + CO2(g) 0 -137.28 14.64 -394.38 kJ·mol-1= -394.38+14.64+2×137.28= -105.21 kJ·mol-1ln=105210/(8.314×298)=42.46 ； =2.77×1018 12、為除去氮氣中的雜質(zhì)氧氣，將氮氣在101325Pa下通過600的銅粉進行脫氧，反應(yīng)為：2Cu(s)+0.5O2=Cu2O(s)，若氣流緩慢通過可使反應(yīng)達到平衡，求經(jīng)過純化后在氮氣中殘余氧的體積分數(shù)。已知298K的(Cu2O)=-166.5 kJ

11、83;mol-1, (Cu2O)=93.7，(Cu)=33.5, (O2)=205 J·K-1·mol-1,反應(yīng)的=2.09 J·K-1·mol-1并假定不隨溫度變化。解：(298K)=-166.5 kJ·mol-1, =93.7-2××205=-75.8 J·K-1·mol-1(873K)= (298K)+= -166500+2.09×(873-298)=-165298 J·mol-1 (873K)= (298K)+=-75.8+2.09×ln(873/298)=-73.5

12、5 J·K-1·mol-1 (873K)=-165298+873×73.55=-101089 J·mol-1 ln=101089/(8.314×873)=13.93 ； =1.119×106=101325/p p=0.09055(pa) ; (O2)=0.0906/101325=8.93×10-7 （書上答案有問題）。13、已知反應(yīng)H2(g)+0.5O2(g)=H2O(g)的(298K)=-228.6 kJ·mol-1，又知(H2O,l,298K)= -237 kJ·mol-1，求水在25時的飽和蒸氣壓（

13、可將水蒸氣視為理想氣體）。解：H2O(l)= H2O(g)=-228.6+237=8.4 kJ·mol-1 ln=-8400/(8.314×298)=-3.39 ； =0.03369= p/101325 ；p =3414(pa)14、已知反應(yīng) Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)的如下：t/ 100 250 1000 1100 100 0.0721在1120時反應(yīng)2CO2=2CO+O2的=1.4×10-12，今將Fe2O3(s)置于1120的容器內(nèi)，問容器內(nèi)氧的分壓應(yīng)該維持多大才可防止Fe2O3還原成鐵？解：根據(jù) lg=A/T+B 得 Lo

14、g100=A/523+B Log0.0721=A/1273+B解得 A=2789，B=-3.333 1120時，log=2789/1394-3.333，=0.0467(1)×2+(2)×3=2 Fe2O3(s)=4Fe(s)+3O2(g)，其=0.04672×(1.4×10-12)3=5.98×10-39若不使反應(yīng)進行，必須=5.98×10-39 ，解得p1.84×10-8(Pa)該題結(jié)果沒有意義。并且100時的是錯誤的。15、設(shè)物質(zhì)A按下列反應(yīng)分解成B和C：3A=B+C，A、B、C均為理想氣體。在壓力為101325Pa，溫

15、度為300K時測得有40%解離，在等壓下將溫度升高10K，結(jié)果A解離41%，試求反應(yīng)焓變。解：設(shè)開始時A物質(zhì)的量為1mol 3A = B + C平衡時各物質(zhì)的mol數(shù)為 1-0.4 0.4/3 0.4/3 總mol數(shù)為2.6/3平衡時各物質(zhì)的分壓為 ；同理求得=0.07851 ，解得=7415（ J·mol-1）與書上答案稍有差別。16、已知 ZnO(s)+CO(g)=Zn(s)+CO2(g)為用蒸汽法煉鋅的主要反應(yīng)，并知反應(yīng)的為：=199.85×103+7.322T/Kln(T/K)+5.90×10-3(T/K)2-27.195×10-7(T/K)3-

16、179.8T/KJ·mol-1求（1）1600K時的平衡常數(shù)； （2）如壓力保持在101325Pa的條件下進行上述反應(yīng)，求平衡時氣體的組成。解：（1）=199.85×103+7.322×1600/ln1600+5.90×10-3×(1600)2-27.195×10-7×(1600)3-179.8×1600 = -82277J·mol-1 ln=82277/(8.314×1600)=6.185 ； =485.47（2）=485.47 ；解得 p(CO2)=0.9979p書上答案不對。17、425時

17、，HI的離解度（達平衡時分解的百分數(shù)）是0.213，（1）問該溫度下HI離解反應(yīng)的平衡常數(shù)為多少？（2）2.00mol碘和3.00mol氫在此溫度下反應(yīng)，生成多少HI？解：（1）設(shè)開始時HI物質(zhì)的量為1mol HI = H2 + I2平衡時各物質(zhì)的mol數(shù)為 1-0.213 0.213 0.213 總mol數(shù)為1.213平衡時各物質(zhì)摩爾分數(shù)濃度為 （2） HI = H2 + I2平衡時各物質(zhì)的mol數(shù)為 x 3-x 2-x 總mol數(shù)為5-x平衡時各物質(zhì)摩爾分數(shù)濃度為 ；解得 x=1.782(mol)該題計算過于復(fù)雜。書上答案顯然不對。18、銀可能受到H2S(g)的腐蝕而發(fā)生下面的反應(yīng)：H2S

18、(g)+2Ag(s)=Ag2S(s)+H2(g)，在25及101325Pa下，將Ag放在等體積的氫和硫化氫組成的混合氣體中，問（1）是否可能發(fā)生腐蝕而生成硫化銀？（2）在混合氣體中硫化氫的體積分數(shù)低于多少才不致發(fā)生腐蝕？已知25時Ag2S(s)和H2S(g)的標準摩爾生成吉布斯函數(shù)分別為-40.25和-32.90 kJ·mol-1。解：=-40.25+32.90= -7.35 kJ·mol-1（1）=+RTlnQ=-7.35 kJ·mol-1 ；可以腐蝕。（2）設(shè)硫化氫的體積分數(shù)為x，則=-7350+8.314×298×ln>0解得x=0

19、.049=4.9%19、已知下列熱力學數(shù)據(jù) 金剛石 石墨(298K)/ kJ·mol-1 -395.3 -393.4(298K)/ J·K-1·mol-1 2.43 5.69密度/kg·dm-3 3.513 2.260求（1）在298K時，由石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的標準摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)。（2）根據(jù)熱力學計算說明單憑加熱得不到金剛石，而加壓則可以的道理（假定密度和熵不遂溫度和壓力變化）。（3）298K時石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的平衡壓力。解：（1）= -393.5+395.3= -1.9（ kJ·mol-1）= 2.43-5.69= -3.26 (J

20、3;K-1·mol-1)= 1900+298×3.26= 2871( J·mol-1) = -1.896×10-6（m3·mol-1）（2）=-恒壓下兩邊對T求導(dǎo)，得=3.26可見，隨溫度升高增大，即單憑加熱不會轉(zhuǎn)變。恒溫下兩邊對p求導(dǎo)，得=-1.896×10-6可見，隨壓力升高減小，壓力足夠大時變?yōu)樨撝?，可以轉(zhuǎn)變。 （3）對上式進行積分令 (p)=2871-1.896×10-6 (p-p)<0解得 p=1.51×109(Pa)20、（1）某鐵礦含鈦，以TiO2形式存在，試求用碳直接還原TiO2的最低溫度。若高爐內(nèi)的溫度為1700，TiO2能否被還原？ （2）若鈦礦為FeTiO3(s)，試求用碳直接還原的最低溫度。在