物化第四章习题答案【通用】.ppt

第四章（相平衡）习题解答1．指出平衡体系的组分数、自由度（1）NH4Cl(s)部分解离为NH3(g)、HCl(g)K=S–R–R’=3–1–1 = 1f = K–φ +2 = 1–2 + 2 = 1（2）上述体系加少量NH3(g)K=S–R–R’=3–1–0 = 2f = K–φ +2 = 2–2 + 2 = 2（3）NH4HS(s)与任意量NH3(g)、H2S(g)平衡K=S–R–R’=3–1–0 = 2f = K–φ +2 = 2–2 + 2 = 2（4）C(s)、CO(g)、CO2(g)、O2(g)在100︒C平衡独立化学反应数为2： C(s)+O2(g)→CO2(g)2CO(g)+O2(g)→2CO2(g)K=S–R–R’=4–2–0 = 2f = K–φ +2 = 2–2 + 1 = 12. 本体系K=3，当f=0时，φ最大，即f=K-φmax+2=5-φmax=0，(1) 指定T，减少一个变量，f=(5-φmax)-1=0 φmax=4如冰，水和苯含苯甲酸的一对共轭溶液，气相(2) 指定T和水在苯甲酸中的浓度，减少二个变量，f=(5-φmax)-2=0 φmax=3如水和苯含苯甲酸的一对共轭溶液，气相(3) 指定T，p和水在苯甲酸中的浓度，减少三个变量，f=(5-φmax)-3=0 φmax=2如水和苯含苯甲酸的一对共轭溶液4．两相平衡线三相点AB：s正交↔g E：s正交↔ s斜方↔lBC：s斜方↔g B：s正交↔ s斜方↔gCD：l↔g C：s斜方↔l ↔gEB：s正交↔ s斜方G：s正交↔l ↔g（亚稳态）EC：s斜方↔lEC：s正交↔lX→Y变化：正交硫→转晶→斜方硫→熔化→5． 按Trouton 规则，11-v m ol K J 88TH -⋅⋅=∆∆H V =88⨯(273.2+61.5)=29454 J ⋅mol -1⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆-=12v 12T 1T 1R H p p ln ⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=5.612.2731402.2731R 29454325.101p ln 2 p 2=48.99 kPa 6. ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆-=12v 12T 1T 1RH p p ln ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=2.3731T 1R 40670325.10199.151ln2 T 2=385.1K=111.9︒C7． ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆-=12v 12T 1T 1RH p p ln⎪⎭⎫⎝⎛+-+∆-=2.27323012.273901R H 3.101267.0ln v∆H V = 64454 J ⋅mol –1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=2.2732301T 1R 644543.10133.1ln2 T 2=392.7K = 119.5︒C8.229.37T13115p ln +-=∆H 升华=-13115R=109044 J ⋅mol -1液←→气平衡，lnp ~1/T 的回归方程为90.26T8521p ln +-=∆H 汽化=-8521R=70848 J ⋅mol -1∆H 熔化=∆H 升华-∆H 汽化=38196 J ⋅mol -1(2) 三相点p ，T 是气液平衡线和气固平衡线的交点，联立两回归方程，解得 T=444.8 K=171.6 ︒C p=2298 Pa(3) T=500K 代入气液平衡回归方程，得沸点压力 p=19083 Pa9． 由0︒C 和10︒C 的蒸汽压求水的汽化热： ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆-=12v 12T 1T 1R H p p ln⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆-=27312831R H 6106.0228.1lnv ∆H v =44880 J ⋅mol -1求出升华热：∆H 升华= ∆H 熔化+∆H 汽化=333.5⨯18+44880=50883 J ⋅mol -1由0︒C 数据求出口处（-25︒C ）的蒸气压：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆-=1212T 1T 1R H p p ln升华 ⎪⎭⎫⎝⎛--=27312481R 508836106.0p ln2 p 2=0.637 kPa计算20︒C 时的蒸汽压（用10︒C 数据，也可用0︒C 数据）：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆-=12v 12T 1T 1RH p p ln⎪⎭⎫⎝⎛--=28312931R 44880228.1p ln2 p 2=2.31 kPa％＝＝饱和蒸汽压实际蒸汽压相对湿度＝72.231.20637.010. 1.54p 65.0p x p y *AA *A A ==总 p*A =37.45 kPap 总= p*A x A + p*B x B = 37.45⨯0.65 + p*B ⨯0.35 = 54.1p*B = 85.02 kPa11．2665.078/7092/3092/30M /70M /30M /30x ＝＝＝苯甲苯甲苯甲苯++甲苯甲苯甲苯x p p ==4.89⨯0.2665=1.303 kPa苯苯苯x p p ==15.76⨯(1-0.2665)=11.56 kPap 总= p 甲苯+p 苯=12.86 kPa12．(1) 作相图(2) 物系组成为x=0.6，由相图，114︒C 时，气相x g =0.92，液相x l =0.53杠杆规则：22.06.092.053.06.0n n lg =--=(3) x=0.6时，沸点为110︒C ，提高到114︒C ，馏出物（气相）组成为0.92 (4) 完全蒸馏（精馏），馏出物为100%的HNO 3，残留液为0.38的恒沸物。

第四章 化学平衡一、基本公式和内容提要 1. 化学反应的方向和限度（1）反应系统的吉布斯自由能和反应进度反应进行过程中，A 和B 均各以纯态存在而没有相互混合，则在反应进度为ξ时反应体系的总吉布斯自由能G *为：G * = n A μA * + n B μB * = （1－ξ）μA * +ξμB * = μA * +ξ（μB * －μA *）对于封闭体系在定温定压下在反应实际进行过程中，A 和B 是不可能以纯态存在的。

它们是混合在一起的，因此还存在混合吉布斯自由能△mix G 。

△mix G = RT （n A lnX A + n B lnX B ） = RT [(1－ξ)ln(1－ξ) + ξlnξ]（2）化学反应标准平衡常数理想气体的化学反应()()()()aA g bB g gG g hH g −−→++←−− bB a A hH gG P P P P P P P P )/()/()/()/(θθθθ= e )－－(1θθθθμμμμB A H G b a h g RT－+= 常数 = K θK θ称为标准平衡常数。

（3）化学反应的等温方程式（a ）对任意反应达平衡时：△r G m θ = －RTlnK θ△r G m θ是指产物和反应物均处于标准态时，产物的吉布斯自由能和反 应物的吉布斯自由能总和之差，称为反应的“标准吉布斯自由能变化”。

（b ）反应在定温定压条件下△r G m = △r G m θ+ RT ln Q p上式称为范特霍夫(Vait Hoff) 等温方程。

（c ）依据吉布斯自由能函数可判断反应进行的方向，在温度、压力一定的条件下：RT ln Q a ＜ RTlnK θ Q a ＜K θ △r G m ＜0 反应正向自发进行 若 RT ln Q a ＞RTlnK θ Q a ＞K θ △r G m ＞0 反应逆向自发进行若 RT ln Q a = RTlnK θ Q a = K θ △r G m =0 反应达平衡 2. 反应的标准吉布斯自由能变化 （1）化学反应的△r G m 与△r G m θ（a ）在一定温度和压力为p θ下，任何物质的标准态化学势μi θ都有确定值，所以任何化学反应的△r G m θ都是常数；（b ）△r G m 不是常数，在一定T ，p 下，它与各物质的活度（分压、浓度）等有关，即与Q a 有关；（c ）在定温定压条件下0W '=时，△r G m 的正负可以指示化学反应自发进行的方向，在定温下△r G m θ的正负通常不能指示反应进行的方向，根据公式△r G m = △r G m θ+ RT ln Q p ，但当△r G m θ的数值很大时，也可用其值估计反应的方向。

第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。

此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。

以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。

解：根据各组成表示的定义4.3在25℃，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于和之间时，溶液的总体积求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。

（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。

解：根据定义当时4.4 60℃时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa ，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa 。

二者可形成理想液态混合物。

若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60℃时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。

解：甲醇的摩尔分数为58980049465004232500423250....x B =+=4.5 80℃时纯苯的蒸气压为100 kPa ，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa 。

两液体可形成理想液态混合物。

若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80℃时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。

解：4.720℃下HCl 溶于苯中达平衡，气相中HCl 的分压为101.325 kPa 时，溶液中HCl 的摩尔分数为0.0425。

已知20℃时苯的饱和蒸气压为10.0 kPa ，若20℃时HCl 和苯蒸气总压为101.325 kPa ，求100 g 苯中溶解多少克HCl 。

解：设HCl 在苯中的溶解符合亨利定律HCl HCl ,x HCl x k p =Pa .Pa .x p kHCl HClHCl,x 610×3842=04250101325==HCl,x HCl ,x *HCl ,x *HCl HCl ,x *HCl k x k p x k x p x k x p p p p +1+=+苯苯苯苯苯苯苯苯总）－＝（）－（＝＋＝96010×38421000010×384210132566...k p kp x HCl,x *HCl,x ＝－－＝－－＝苯总苯960=536+7810078100=..m x 苯 m = 1.867g4.11A ，B 两液体能形成理想液态混合物。

物理化学第四章习题解答思考题3.注：题目为反应对该反应物分别是一级、二级2A——>P+...、三级3A——>P+...。

而A+B——>P+...这个反应若为如书P141所示的二级反应，则对反应物A和B都分别是一级的。

所以本题应该套用简单n级反应的公式进行计算。

设反应物A的初始浓度为a，t时刻生成物P的浓度为某，则对于简单的n级反应我们有：n=1时lnn>1时ak1ta某111ktn1n1n1na(an某)代入n=2得某k2ta(a-2某)代入n=3得1112k3t26a3某a将某=0.5a和某=0.75a分别代入n=1对应的反应速率方程，可得t12ln2ln4t34t12:t341:2k1k1将某=0.25a和某=0.375a分别代入n=1对应的反应速率方程，可得t1213t34t12:t341:32ak22ak215tt12:t341:5342a2k32a2k3.将某=1/6a和某=1/4a分别代入n=1对应的反应速率方程，可得t124.根据阿伦尼乌斯公式的微分形式，我们有dlnk1lnk2Ea1Ea2EadlnkdTRT2dTRT2dlnk1k2Ea1Ea2dTRT2根据平行反应反应速率与生成物浓度之间的关系，我们有dln某1某2Ea1Ea20dTRT2即随着温度增加ln某1某2增大，所以温度升高时更利于反应1的进行。

习题解答d[A]=―k1[A]―k4[A]dtd[B]=k1[A]―k2[B]+k3[C]dtd[C]=k2[B]―k3[C]dtd[D]=k4[A]dtd[A]（2）=―k1[A]+k2[B]dtd[B]=k1[A]―k2[B]―k3[B][C]dtd[C]=―k3[B][C]dtd[D]=k3[B][C]dtd[A]（3）=―k1[A]+k2[B]2dtd[B]=2(k1[A]―k2[B])2dtd[A]（4）=―2k1[A]2+2k2[B]dtd[B]=k1[A]2―k2[B]―k3[B]dtd[C]=k3[B]dt1、解：（1）2、解（1）以lnc对t作图得一直线，说明该反应是一级反应。

第四章 习题1. 1000K 、101.325kPa 时，反应)()(2)(2223g O g SO g SO +⇔的K c ＝3.54mol ·m -3。

（1）求此反应的K p 和K x 。

（2）求反应)(21)()(223g O g SO g SO +⇔的K p 和K x 2. 已知457K 、总压为101.325kPa 时，NO 2有5％分解，求此反应的。

θp K )()(2)(222g O g NO g NO +⇔3. PCl 5的分解作用为 )()()(235g Cl g PCl g PCl +⇔在523.2K 、101.325kPa 下反应到达平衡后，测得平衡混合物的密度为2.695kg ·m -3，试计算（1）PCl （g ）的离解度。

（2）该反应的。

θp K （3）该反应的。

θm r G Δ4. 温度为T 在体积为V 的容器中，充入1mol H 2，3mol I 2，设平衡后有x mol HI生成。

若再加入2 mol H 2，则平衡后HI 的物质的量为2x mol ，试计算K p 的值。

5. 在298.15K 时，有0.01kg 的N 2O 4（g ），压力为202.65kPa ，现把它完全转变成NO 2（g ），压力为30.40kPa ，求过程中的G r Δ。

已知N 2O 4（g ）和NO 2（g ）的分别为98.29kJ ·mol θmf G Δ-1和51.84kJ ·mol -1。

6. 反应的。

若参加反应的气体是由10％CH )()(2)(42g CH g H s C =+1.19290)1000(−=Δmol J K G m r θ4，80％H 2及10％N 2所组成的，试问在T ＝1000K 及p ＝101.325kPa 时能否有甲烷生成。

7. 银可能受到H 2S （g ）的腐蚀而发生下面的反应：)()()(2222g H s S Ag s Ag S H +⇔+ 已知 该反应1.24.7−−=Δmol kJ G m r θ今在298K 和标准压力p θ下，将银放在等体积的氢和H 2S 组成的混合气体中（1）试问能否发生腐蚀而生成硫化银。

第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。

此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。

以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。

解：根据各组成表示的定义4.3在25℃，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于和之间时，溶液的总体积求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。

（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。

解：根据定义当时4.460℃时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa ，乙醇的饱和蒸气压是47.0kPa 。

二者可形成理想液态混合物。

若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60℃时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。

解：甲醇的摩尔分数为58980049465004232500423250....x B =+=4.580℃时纯苯的蒸气压为100 kPa ，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa 。

两液体可形成理想液态混合物。

若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80℃时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。

解：4.7 20℃下HCl 溶于苯中达平衡，气相中HCl 的分压为101.325 kPa 时，溶液中HCl 的摩尔分数为0.0425。

已知20℃时苯的饱和蒸气压为10.0 kPa ，若20℃时HCl 和苯蒸气总压为101.325 kPa ，求100 g 苯中溶解多少克HCl 。

解：设HCl 在苯中的溶解符合亨利定律HCl HCl ,x HCl x k p = Pa .Pa .x p k HCl HCl HCl,x 610×3842=04250101325== HCl,x HCl ,x *HCl ,x *HCl HCl ,x *HCl k x k p x k x p x k x p p p p +1+=+苯苯苯苯苯苯苯苯总）－＝（）－（＝＋＝96010×38421000010×384210132566...k p k p x HCl,x *HCl ,x ＝－－＝－－＝苯总苯 960=536+7810078100=..mx 苯 m = 1.867g4.11 A ，B 两液体能形成理想液态混合物。