《普通化学》中国石油大学(华东)版作业题解(2章化学反应的方向和程度)

《普通化学》中国石油大学(华东)版作业解(2章化学反应的方向和程度)3.查计算下列反应的ΔS298⊖和ΔG298⊖，并说明反应能否自发进行？(1)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)(2)CaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH-(aq)3.解：(1)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)S298⊖/J·K-1·mol-1192.34205.03210.65188.72ΔfG298⊖/kJ·mol-1-16.48086.57-228.59ΔS298⊖=∑(iS298⊖)生成物-∑(iS298⊖)反应物=4210.65+6188.72-4192.34-5205.03=180.41J·K-1·mol-1ΔG298⊖=∑(iΔfG298⊖)生成物-∑(iΔfG298⊖)反应物=486.57+6(-228.59)-0-5(-16.48)=-959.34kJ·mol-1<0∴反应能自发进行。3.解：(2)CaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH-(aq)S298⊖/J·K-1·mol-139.7569.91-53.1-10.75ΔfG298⊖/kJ·mol-1-604.04-237.18-553.54-157.29ΔS298⊖=∑(iS298⊖)生成物-∑(iS298⊖)反应物=-53.1+2(-10.75)-39.75-69.91=-184.26J·K-1·mol-1ΔG298⊖=∑(iΔfG298⊖)生成物-∑(iΔfG298⊖)反应物=-553.54+2(-157.29)-(-604.04)-(-237.18)=-26.90kJ·mol-1<0∴反应能自发进行。5.若反应C(石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)的ΔH⊖与ΔS⊖视为常数，且反应是在压力的条件下进行的，试计算该反应能自发进行的温度条件。5.解：C(石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)ΔfH298⊖/kJ·mol-10-214.82-110.520S298⊖/J·K-1·mol-15.740188.72197.56130.574ΔH298⊖=∑(iΔfH298⊖)生成物-∑(iΔfH298⊖)反应物=(-110.52)+0-0-(-214.82)=104.30kJ·mol-1ΔS298⊖=∑(iS298⊖)生成物-∑(iS298⊖)反应物=197.56+130.574-5.740-188.72=133.674J·K-1·mol-1ΔG⊖=ΔH⊖-TΔS⊖<0⇒6.利用热力学数据，计算下列反应在298K和500K时的平衡常数K⊖。(1)SO2(g)+½O2(g)=SO3(g)(2)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)6.解：(1)SO2(g)+½O2(g)=SO3(g)ΔfH298⊖/kJ·mol-1-296.830-395.72S298⊖/J·K-1·mol-1248.11205.03256.65ΔfG298⊖/kJ·mol-1-300.190-371.08ΔH298⊖=∑(iΔfH298⊖)生成物-∑(iΔfH298⊖)反应物=(-395.72)-0-(-296.83)=-98.89kJ·mol-1ΔS298⊖=∑(iS298⊖)生成物-∑(iS298⊖)反应物=256.65-248.11-½×205.03=-93.975J·K-1·mol-1ΔG298⊖=∑(iΔfG298⊖)生成物-∑(iGfH298⊖)反应物=(-371.08)-0-(-300.19)=-70.89kJ·mol-1T=298K时，T=500K时，ΔG⊖=ΔH298⊖-TΔS298⊖=-98.89-500×(-93.975)×10-3=-51.90kJ·mol-16.解：(2)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔfH298⊖/kJ·mol-1-1206.92-635.09-393.50S298⊖/J·K-1·mol-192.939.75213.64ΔH298⊖=∑(iΔfH298⊖)生成物-∑(iΔfH298⊖)反应物=(-635.09)+(-393.50)-(-1206.92)=178.33kJ·mol-1ΔS298⊖=∑(iS298⊖)生成物-∑(iS298⊖)反应物=39.75+213.64-92.9=160.49J·K-1·mol-1T=298K时，ΔG⊖=ΔH298⊖-TΔS298⊖=178.33-298×160.49×10-3=130.50kJ·mol-1T=500K时，ΔG500⊖=ΔH298⊖-TΔS298⊖=178.33-500×160.49×10-3=98.085kJ·mol-110.在某温度时，反应N2+O2⇌2NO的平衡常数Kc为0.0045，若2.5molO2与2.5molN2作用于15dm3密闭容器中，问达到平衡时有多少NO生成？9.已知在1362K时下列化学平衡：(1)H2(g)+½S2(g)⇌H2S(g)K1=0.80(2)3H2(g)+SO2(g)⇌H2S(g)+2H2O(g)K2=1.8×104试计算反应：4H2(g)+2SO2(g)⇌4H2O(g)+S2(g)，在1362K时的平衡常数K。解：已知：(1)H2(g)+½S2(g)⇌H2S(g)(2)3H2(g)+SO2(g)⇌H2S(g)+2H2O(g)(2)×2-(1)×2，得：4H2(g)+2SO2(g)⇌4H2O(g)+S2(g)∴10.解：设平衡时有xmolNO生成。N2+O2⇌2NO起始浓度/mol·dm-30平衡浓度/mol·dm-312.反应PCl5(g)⇌PCl3(g)+Cl2(g)在523K和1.01325×105Pa下达平衡时，其分解百分率为80%，求该条件下反应的平衡常数Kp。12.解：设开始时PCl5为1molPCl5(g)⇌PCl3(g)+Cl2(g)起始时物质的量/mol100平衡时物质的量/mol1-1×80%0.80.8=0.2平衡时总物质的量为1.8mol13.已知反应Ag2S(s)+H2(g)⇌2Ag(s)+H2S(g)在740K时的Kp=0.36。若在该温度下，在密闭容器中将1.0molAg2S还原为Ag，试计算最少需用H2的物质的量。13.解：设最少需H2为xmol，设密闭容器总压力为P。Ag2S(s)+H2(g)⇌2Ag(s)+H2S(g)起始量/mol1.0x00平衡量/mol0x-1.02.01.0则平衡时气体总物质的量为xmol，∴15.已知2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)在1062K时的平衡常数K⊖=0.955。如在该温度下，某一容器中含有SO2、O2和SO3三种气体，其分压分别为30.4kPa、60.8kPa和25.33kPa，试判断反应进行的方向。如果只将SO3的分压减至3kPa，反应方向有何变化。15.解：(1)(2)1.不用查表，指出下列各组物质中熵值由大到小的顺序。(1)O2(l),O3(g),O2(g)(2)K(s),KCl(s),Na(s)解：（1）S(O3,g)>S(O2,g)>S(O2,l)（2）S(KCl,s)>S(K,s)>S(Na,s)2.判断下列反应，哪些是熵增加的过程，哪些是熵减少的过程，并说明理由。解：(1)(电解水)H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g)∵反应后气体分子总数增加，∴反应是熵增的过程，即ΔS>0。(2)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)∵反应后气体分子总数减少，∴反应是熵减的过程，即ΔS<0。(3)AgCl(s)=Ag+(aq)+Cl-(aq)难溶电解质溶解，混乱度增大，∴该过程是熵增的过程，即ΔS>0。(4)2HI(g)=H2(g)+I2(s)∵反应后气体分子总数减少，∴反应是熵减的过程，即ΔS<0。4.由锡石(SnO2)制取金属锡(Sn)，可以有以下三种。若希望加热温度尽可能低一些，试根据热力学数据计算说明应推荐哪一种方法。(1)SnO2(s)≜Sn(s)+O2(g)(2)SnO2(s)+C(s)≜Sn(s)+CO2(g)(3)SnO2(s)+2H2(g)≜Sn(s)+2H2O(g)解：(1)SnO2(s)≜Sn(s)+O2(g)ΔfH298⊖/kJ·mol-1-580.700S298⊖/J·K-1·mol-152.351.55205.03ΔH298⊖=∑(iΔfH298⊖)生成物-∑(iΔfH298⊖)反应物=0+0-(-580.7)=580.7kJ·mol-1ΔS298⊖=∑(iS298⊖)生成物-∑(iS298⊖)反应物=51.55+205.03-52.3=204.28J·K-1·mol-1ΔGT⊖=ΔH298⊖-TΔS298⊖<0⇒(2)SnO2(s)+C(s)≜Sn(s)+CO2(g)ΔfH298⊖/kJ·mol-1-580.700-393.50S298⊖/J·K-1·mol-152.35.74051.55213.64ΔH298⊖=0-393.50-(-580.7)-0=187.2kJ·mol-1ΔS298⊖=51.55+213.64-52.3-5.740=207.15J·K-1·mol-1ΔGT⊖=ΔH298⊖-TΔS298⊖<0⇒(3)SnO2(s)+2H2(g)≜Sn(s)+2H2O(g)ΔfH298⊖/kJ·mol-1-580.700-241.82S298⊖/J·K-1·mol-152.3130.57451.55188.72ΔH298⊖=0-2(-241.82)-(-580.7)-0=97.06kJ·mol-1ΔS298⊖=51.55+2188.72-52.3-2130.574=115.542J·K-1·mol-1ΔGT⊖=ΔH298⊖-TΔS298⊖<0⇒所以选择第三种方法最合适。7.写出下列反应的平衡常数Kc，Kp，K⊖的表达式。(3)CaCO3(s)⇌CaO(s)+CO2(g)(4)Fe3O4(s)+4H2(g)⇌3Fe(s)+4H2O(g)8.298K时已知下列化学平衡：（1）FeO(s)+CO(g)⇌Fe(s)+CO2(g)，K1⊖=0.403（2）FeO(s)+H2(g)⇌Fe(s)+H2O(g)，K2⊖=0.669试计算反应：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)的K⊖值。解：已知：(1)FeO(s)+CO(g)⇌Fe(s)+CO2(g)，K1⊖=0.403(2)FeO(s)+H2(g)⇌Fe(s)+H2O(g)，K2⊖=0.669(2)-(1)得：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)，K⊖9.已知在1362K时下列化学平衡：(1)H2(g)+½S2(g)⇌H2S(g)K1⊖=0.80(2)3H2(g)+SO2(g)⇌H2S(g)+2H2O(g)K1⊖=1.8×104试计算反应：4H2(g)+2SO2(g)⇌4H2O(g)+S2(g)，在1362K时的平衡常数K⊖。解：已知：(1)H2(g)+½S2(g)⇌H2S(g)(2)3H2(g)+SO2(g)⇌H2S(g)+2H2O(g)(2)×2-(1)×2，得：4H2(g)+2SO2(g)⇌4H2O(g)+S2(g)∴11.在某温度时，反应CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)的Kc=1.0，问2molCO与多少molH2O(g)在密闭容器中反应，才能使50%（摩尔分数）的CO转变为CO2。11.解：设有xmolH2O(g),设密闭容器体积为Vdm3。CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)起始浓度/mol·dm-32/Vx/V00平衡浓度/mol·dm-31/V(x-1)/V1/V1/V14.在10dm-3的密闭容器中有1.0mol的氧化亚铁、0.50mol的一氧化碳和、0.10mol的二氧化碳。当混合物加热到1273K时，发生如下反应：FeO(s)+CO(g)⇌Fe(s)+CO2(g)，平衡常数Kc=0.50(1)确定反应进行的方向。(2)计算氧化亚铁转化为铁的百分率（摩尔分数）。14.解：（1）（2）设有xmolFeO转化为铁。FeO(s)+CO(g)⇌Fe(s)+CO2(g)起始浓度/mol·dm-30.50/100.10/10平衡浓度/mol·dm-3(0.50-x)/10(0.10+x)/1016.已知下列反应：Fe(s)+CO2(g)⇌FeO(s)+CO(g)平衡常数K1⊖Fe(s)+H2O(g)⇌FeO(s)+H2(g)平衡常数K2⊖在不同温度时，平衡常数值如下：T/KK1⊖K2⊖9731.472.3810731.812.0011732.151.67试计算在上述各温度时反应CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)的平衡常数K⊖。通过计算说明此反应是吸热反应还是放热反应。16.解：已知：Fe(s)+CO2(g)⇌FeO(s)+CO(g)(1)Fe(s)+H2O(g)⇌FeO(s)+H2(g)(2)(1)-(2)得：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)K⊖当T1=973K时，K1⊖=1.47/2.38=0.618当T2=1073K时，K2⊖=1.81/2.00=0.905当T3=1173K时，K3⊖=2.15/1.67=1.29由于T升高，K⊖增大，反应向右移动，说明此反应是吸热反应。17.对于反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，H298⊖=-92.2kJ·mol-1若升高温度（约升高100K），则H⊖(),S⊖(),G⊖(),K⊖(),(只要求定性地指出温度升高的影响)。17.解：已知：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，H298⊖=-92.2kJ·mol-1(1)T升高，H⊖不变。(2)T升高，S⊖不变。(3)H⊖<0，S⊖<0又因为G⊖=H⊖-TS⊖所以T升高，G⊖升高。(4)H⊖<0，即该反应为放热反应，所以T升高，K⊖下降。或者根据公式：18.根据平衡移动原理，讨论下列反应：2Cl2(g)+2H2O(g)⇌4HCl(g)+O2(g)，H>0将Cl2、H2O、HCl、O2四种气体混合后，反应达到平衡时，若改变下列各题前面的操作条件，对后面的平衡数值有何影响(操作条件中没有注明的是指温度不变、体积不变)？(1)加O2，H2O的物质的量(2)加O2，HCl的物质的量(3)加O2，O2的物质的量(4)增大容器的体积，H2O的物质的量(5)减小容器的体积，Cl2的物质的量(6)减小容器的体积，Cl2的分压(7)减小容器的体积，KP(8)升高温度，KP(9)升高温度，HCl的分压(10)加催化剂，HCl的物质的量18.解：已知：2Cl2(g)+2H2O(g)⇌4HCl(g)+O2(g)，H>0(1)加O2，向左移动，H2O的物质的量增大。(2)加O2，向左移动，HCl的物质的量减小。(3)加O2，向左移动，O2的物质的量增大。(4)增大容器的体积，H2O的物质的量减小。因为P总V总=n总RTn总不变，V总↗，P总↙，所以反应正向移动。(5)减小容器的体积，V总↙，P总↗，反应逆向移动，所以Cl2的物质的量增大。(6)减小容器的体积，T不变，V总↙，n(Cl2)↗[根据(5)]，所以由P(Cl2)V总=n(Cl2)RT知，Cl2的分压增大。18.(7)减小容器的体积，KP不变。(8)升高温度，H>0，T↗，反应右移，所以KP增大。(9)升高温度，T↗，KP↗，所以HCl的分压增大。(10)加催化剂，因为KP不变，HCl的物质的量不变。