第3章 化学平衡和化学反应速率

【3-1】写出下列反应的标准平衡常数表达式 （1） 2N2O5(g)（2） SiCl4(l)（3） CaCO3(s)（4） ZnS(s)解：（1）K??4NO2(g)+O2(g)

+2H2O(g)CaO(s)2H+(aq)

SiO2(s)+CO2(g) Zn2+(aq)+4HCl

++H2S(g)

(pNO2/p?)4(pO2/p?)(pN2O5/p?)2(pHCl/p?)4（2）K? ??2(cSiCl4/c)(pH2O/p)?（3）K?pCO2/p （4）K????(cZn2?/c?)(pH2S/p?)(cH?/c?)2

⊙

mol-1，其他物质△fG⊙的查附录二。求下列反应【3-2】尿素CO(NH2)2(s)的△fG =-197.15kJ·

在298K时的K：CO2(g)+2NH3(g)⊙

H2O(g)+CO(NH2)2(s)

解：?rG? = -197.15 + (-228.6) – 2?(-16.5) – (-394.4) = 1.65 (kJ/mol)

1.65?103 = -8.314?298lnK?, K? = 0.514

【3-3】 673K时，将0.025molCOCl2(g)充入1.0L容器中，当建立下列平衡时：

COCl2(g)

有16% COCl2解离。求此时的K。

⊙

CO(g)+Cl2(g)

(0.025?0.16RT)2/(p?)2解：K??0.042 ?0.025?(1?0.16)RT/p?[p? = 101.3 kPa, R = 8.314 J/(mol·K)]

【3-4】 298K时，向1.00L烧瓶中充入足量的N2O4,使起始压力为100kPa，一部分N2O4分解为NO2,达平衡时总压力为116kPa，计算如下反应的K⊙：N2O4(g) 解：n1?2NO2(g)。

100?10.0116?10.0?0.404 (mol)， n2??0.468 (mol)

8.314?2988.314?298 2?(0.468?0.404)RT2[]0.016?8.314?298?10.0K???0.12(2?0.404?0.468)RT0.340?10.0?101.310.0【3-5】反应：H2(g)+I2(g)

2HI(g)在628K时K⊙=54.4。现于某一容器内充入H2和I2

各0.200mol，并在该温度下达到平衡，求I2的转化率。 解：设达到平衡时，消耗H2和I2各x mol。

(2x)2， 7.38(0.200 – x) = 2x, 1.48 – 7.38x = 2x, x = 0.157 (mol) 54.4?2(0.200?x)0.157?0.200 = 0.786 = 78.6%

【3-6】乙烷脱氢反应C2H6(g) 为150kPa时乙烷的平衡转化率。

解：设起始时刻乙烷为A mol。达到平衡时，若乙烷的平衡转化率为x，则此时乙烷为A(1-x) mol，乙烯为x mol，氢气为x mol。因此，有：

C2H4(g)+H2(g)，在1000K时K⊙=0.90。试计算总压力

xp?)2(1501x021.3)1?x0.90?, x = 0.61 ， 0.9?01?x?(1?x)?(x1)150p1?x(150?【3-7】已知反应2NaHCO3(s)

Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)在125℃时Kθ=0.25。现在1.00L

烧瓶中盛放10.0g NaHCO3，加热至125℃达平衡。试计算此时：

（1）CO2和H2O的分压；

（2）烧瓶中NaHCO3和Na2CO3的质量；

（3）如果平衡时要使NaHCO3全部分解，容器的体积至少多大？ 解：(1)

=

=50 kPa; (2) 7.5 g,1.6 g; (3) 3.9 L

2SO2(g)+O2(g)在700K时Kθ=1.5×10-5。某反应系统起始分压

【3-8】已知反应2SO3(g)

SO2为10kPa，O2为55kPa，求平衡时各气体分压。

解：

=0.055 kPa,

=10 kPa,

=50 kPa(提示:因K??1,平衡强烈地向逆方向移

动,可先假设SO2先全部变成SO3)

C2H5OH(l) + CH3COOH(l) = CH3COOC2H5(l) 【3-9】将乙醇和乙酸混合后，发生如下的酯化反应：+ H2O(l)此反应可看作理想溶液反应。在298 K时，若将2.0 mol C2H5OH与2.0 mol CH3COOH混合，平衡时各种物质有

2变为生成物。今将138克C2H5OH与120克CH3COOH在298 K时混合，试问3平衡混合物中有多少CH3COOC2H5生成？ 解：K??(43)2(23)2?4， 设：平衡时生成x mol CH3COOC2H5。

x2?4, 4(6 – 5x + x2) = x2, 3x2 –20x +24 = 0

(3?x)(2?x)x?20?400?288?1.57(mol), 1.57?88 = 138 (g)

6【3-10】已知在298K时， （1） 2N2(g)+O2(g) （2） N2(g)+2O2(g) 求 2N2O(g)+2O2(g)

2N2O(g) K1⊙=4.8×10-37 2NO2(g) K2⊙=8.8×10-19 4NO2(g)的K⊙。

解：2N2O(g) + 3O2(g) = 4NO2(g) 为（3），则(3) = 2?(2) – (1)

?K3?2(K?2)?K1(8.8?10?19)27.7?10?37???1.6?37?374.8?104.8?10

【3-11】反应2Cl2(g)+2H2O(g)

4HCl(g)+O2(g) ?rH??114.4kJ?mol?1

当该反应达到平衡后，进行左边所列的操作对右边所列的数值有何影响（操作中没有注明的，是指温度不变 ，体积不变）？

（1）增大容器体积 n(H2O) （3）加O2

n(O2)

（2）加O2 n(H2O) （4）加O2 n(HCl) （6）减小容器体积 p(Cl2) （8）升高温度 K⊙ （10）加N2 n(HCl)

（5）减小容器体积 n(Cl2) （7）减小容器体积 K⊙

（9）升高温度 p(HCl) （11）加催化剂 n(HCl) 解：（1）水的摩尔数减少 （2）水的摩尔数增加

（3）平衡向左移动，氧的摩尔数的变化取决于平衡移动所消耗的氧气和加入氧气的相对量。 （4）氯化氢的摩尔数减少 （5）氯气的摩尔数增加 （6）氯气的分压增大 （7）K?不变 （8）K?减小 （9）p(HCl)增高

（10）n(HCl)不变（理想气体）； （11）n(HCl)减少（真实气体） （12）n(HCl)不变 【3-12】已知反应CaCO3(s)中，在下列情况下反应进行的方向：

CaO(s)+CO2(g)在1123K时Kθ=0.489。试确定在密闭容器

（1）只有CaO和CaCO3；

（2）只有CaO和CO2，且p(CO2)=30kPa； （3）只有CaCO3和CO2，且p(CO2)=100kPa； （4）只有CaCO3，CaO和CO2，且p(CO2)=100kPa。 解：(1) 向右; (2) 不变; (3) 不变; (4) 向左 【3-13】25℃时下列反应达平衡PCl3(g)+Cl2(g)如果升高温度，p(PCl5)/p(PCl3)比值如何变化？为什么？

解：变小(提示:应先判断此反应是吸热还是放热) 【3-14】已知反应N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)，在500K时K⊙=0.16。试判断在该温度下，

PCl5(g) △rGθ=-92.5kJ·mol-1

10L密闭容器中充入N2, H2和NH3各0.10时反应的方向。

解：pN2?pNH30.1?8.314?5000.1?8.314?500?41.6 (kPa), pH2??41.6 (kPa)

10100.1?8.314?500??41.6 (kPa)

10(pNH3p?)2(pN2p?)(pH2(p?)2??5.9> 0.16，平衡向左移动（即反应逆向进行）。 p?)3(41.6)2PCl3(g)+Cl2(g)，在10L密闭容器内充入

【3-15】PCl5热分解反应式为PCl5(g)

2.0molPCl5,700K时有1.3mol分解，求该温度下的K⊙。若在该密闭容器中再充入1.0molCl2，PCl5分解百分率为多少？

解：K??(pPCl3p?)(pCl2p?)pPCl5p?1.32RT1.32?8.314?700???14。 0.7?V?p?0.7?10?101.3设：分解分数为x，则：

2x?(1?2x)?8.314?700?14 ?2(1?x)?10?p2x·(1 + 2x) = 4.87(1 – x), 4x2 + 6.87x – 4.87 = 0

?6.87?6.872?4?4?4.87x??0.54。

8【3-16】反应N2O4(g)

2NO2(g)在317K时K⊙=1.00。分边计算总压力为400和1000时

N2O4的解离百分率，并解释计算结果。

解：设离解百分率为x。

2x2?400()/p1?x, 1 – x 2 = 15.8x2, x = 0.244 1.00?1?x1?x2x2?1000()/p1?x, 1 – x2 = 39.5x2, x = 0.157 1.00?1?x1?x由于1摩尔四氧化二氮分解成2摩尔二氧化氮，所以增加压力不利于四氧化二氮的分解，而导致其分解百分率下降。

【3-17】已知反应CO(g)+H2(g)

CO2(g)+H2(g)在749K时K⊙=6.5，若将90%CO转化为

CO2,问CO和H2O要以怎样的物质的量比混合？

解：设初始混合物中CO和H2O的摩尔比为1:x

0.92, 0.65(x – 0.9) = 0.81, x = 2.1 6.5?(1?0.9)(x?0.9)【3-18】计算反应2HI(g)压皆是20.0kPa。

解：

=

=6.2 kPa, pHI=47.6 kPa(提示:利用热力学函数先求反应在500℃的K?)

H2(g)+I2(g)在500℃达平衡时的分压。已知起始时各物质的分

【3-19】利用热力学数据，估算溴在30℃时的蒸气压。

解：35.2 kPa(提示:先求30℃溴相变Br2(l)

)

Br2(g)的Δr

,然后求K?,最后由K?求

【3-20】NH4HS(s)解离的气压在298.3K时为65.9kPa，在308.8K时为120.9kPa。试计算： （1）NH4HS的解离焓；（2）NH4HS的分解温度。

解：(1) 88.5 kJ·mol-1; (2) 305.6 K(提示:NH4HS的分解温度即为其分解气压达101.3 kPa时的温度)

【3-21】在某温度下，测得下列反应

dc(Br2)?4.0?10?5mol?L?1?s?1。 dt2H2O(g)+2Br2(g)

4HBr(g)+O2(g)

求：（1）此时的

dc(O2)dc(HBr)和；（2）此时的反应速率v。

dtdtdc(O2)dc(Br2)s) ??2?(?1)??2.0?10?5 mol/(L·

dtdtdc(HBr)dc(Br2)s) ??2?(?4)??8.0?10?5 mol/(L·

dtdtdc(Br2)（2） ??s) ?2?2.0?10?5 mol/(L·

dt解：（1）

【3-22】（CH3）2O分解反应（CH3）2O→C2H4+H2O的实验数据如下：

t/s

0

200

400

600

800