物理化学考试考试解答六Word格式.docx

1、70.906p总V总=n总RT，p总=m总RT/（V总M均）=RT/M均M均=RT/p总= （2.6951038.314523） /（100103）=117.1846 gmol-1M均= m总/ n总= x（1- ）70.906/ x（1+） =（1- ）208.2388+137.3328+70.906/ （1+）= 117.1846（1-）70.906=117.1846 （1+）（208.2388+117.1846-137.3328-70.906）=208.2388-117.1846117.1846=91.0542，=0.777（2） x PCl5= x（1- ）/ x（1+）= （1- ）

2、/ （1+）=（1-0.777）/（1+0.777）= 0.125483x PCl3= xCl2=x/ x（1+）= /（1+）=0.777/（1+0.777）= 0.437259Kp= = rGm=-RTln Kp=-8.314523ln1.5237=-1831.4 J3、373K时，2NaHCO3（s）=Na2CO3（s）+CO2（g）+H2O（g）反应的Kp=0.231。（1） 在10-2m3的抽真空容器中，放入0.1mol Na2CO3（s），并通入0.2mol H2O（g），问最少需通入物质的量为多少的CO2（g），才能使Na2CO3（s）全部变成NaHCO3（s）？（2） 在373

3、K，总压为101325Pa时，要在CO2（g）及H2O（g）的混合气体中干燥潮湿的NaHCO3（s），问混合气体中H2O（g）的分压为多少才不致使NaHCO3（s）分解？（1） 2NaHCO3（s）=Na2CO3（s）+CO2（g）+H2O（g） 0 0.1 x 0.2 0.2 0 x-0.1 0.1 pH2O=npH2ORT/V，pCO2=nCO2RT/VQp= pH2O pCO2/（p ）2Kp0.1（x-0.1）（8.314373/10）2/10020.231x0.2311002102/0.1/（8.314373）2+0.1=0.34mol（2） 2NaHCO3（s）=Na2CO3（s）

4、 + CO2（g） + H2O（g）平衡时kPa： x 0 101.325- pH2O pH2OQp= pH2O pCO2/（p ）2Kp，（100- pH2O） pH2O/（p ）2Kp（101.325- pH2O） pH2OKp（p ）2=0.2311002（ pH2O-50.625）250.6252-2310=15.903234.72 kPapH2O66.53kPa4、合成氨反应为3H2（g）+N2（g）=2NH3（g），所用反应物氢气和氮气的摩尔比为3:1，在673K和1000kPa压力下达成平衡，平衡产物中氨的摩尔分数为0.0385，试求：（1） 该反应在该条件下的标准平衡常数；（2

5、） 在该温度下，若要使氨的摩尔分数为0.05，应控制总压为多少？（1） 3H2（g） + N2（g） = 2NH3（g）起始时kPa： 3x x 0 3x-3n0 x-n0 2n0 p总=4x-2n0，x氨=p氨/p总= 2n0/（4x-2n0）=0.0385，n0=0.074145x p总=4x-2n0=4x-20.074145x=1000，x=259.625 pH2=3x-3n0=3259.625 -30.074145259.625 =721.125kPa pNH3=2n0=2259.625 =38.5kPa pN2=x-n0=259.625 -0.074145259.625 =240.3

6、75kPa （2） p总=4x-2n0，x氨=p氨/p总= 2n0/（4x-2n0）=0.05，n0=0.095238x x2=（20.095238）21002/27（1-0.095238）4/（1.64410-4）=121976.9x=349.25 p总=4x-2n0=4349.25-20.095238349.25=1330.5kPa 5、反应C（s）+2H2（g）=CH4（g）的rGm（1000K）=19.29 kJmol-1。若参加反应气体的摩尔分数分别为xCH4=0.10，xH2=0.80，xN2=0.10，试问在1000K和100kPa压力下，能否有CH4（g）生成？Qp= pCH4

7、 p /pH22= xCH4 p/xH22p=0.10100/（0.802100）=0.15625rGm=-RTln Kpln Kp=-rGm/RT=-19.29103/（8.3141000）=-2.32018Kp=0.098256QpKp，故不能生成CH4（g）。6、在723K时，将0.10mol H2（g）和0.20molCO2（g）通入抽空的瓶中，发生如下反应： （1） CO2（g） + H2（g）=H2O（g） + CO（g）平衡后瓶中的总压为50.66kPa，经分析知其中水蒸气的摩尔分数为0.10，今在容器中加入过量的氧化钴CoO（s）和金属钴Co（s），在容器中又增加了如下两个平衡

8、：（2） CoO（s）+H2（g）=Co（s）+H2O（g）（3） CoO（s）+CO（g）=Co（s）+CO2（g）经分析知容器中的水蒸气的的摩尔分数为0.30，试分别计算这三个反应用摩尔分数表示的平衡常数。（1） CO2（g） + H2（g）= H2O（g） + CO（g） 0.20 0.10 0 0 0.20-n1 0.10-n1 n1 n1n总=0.30，xH2O= n1/0.30=0.10，n1=0.03xCO2=（0.20-n1 ）/0.30=（0.20-0.03）/0.30=17/30xH2=（0.10-n1 ）/0.30=（0.10-0.03）/0.30=7/30xCO =n1

9、/0.30=0.03/0.30=0.10 Kx（1）= xCO xH2O/（xCO2 xH2）= 33/（177）=9/119 Kp （1）=Kp= Kx= 9/119 CO2（g） + H2（g）= H2O（g） + CO（g）0.20-n1+ n3 0.10-n1-n2 n1+ n2 n1-n3 CoO（s） + H2（g） = Co（s） + H2O（g） ? 0.10-n1-n2 ? n1+ n2CoO（s） + CO（g）=Co（s） + CO2（g） n1-n3 ? 0.20-n1+ n3n总=nCO+nCO2+nH2O+nH2= n1-n3+ 0.20-n1+ n3+ n1+ n

10、2+ 0.10-n1-n2= 0.30xH2O=（n1+n2 ）/0.30=0.30，n1+n2 =0.09 = 9/119= 9/119， Kx（2）= xH2O/xH2=（ n1+n2）/ （0.10-n1-n2 ）=0.09/（0.1-0.09）=9Kx（3）=xCO2/xCO=（0.20-n1+ n3）/ （n1-n3 ）=1197、有人尝试用甲烷和苯为原料来制备甲苯CH4（g）+C6H6（g）=C6H5CH3（g）+H2（g）通过不同的催化剂和选择不同的温度，但都以失败而告终。而在石化工业上，是利用该反应的逆反应，使甲苯加氢来获得苯，试通过如下两种情况，从理论上计算平衡转化率。（1）

11、 在500K和100kPa的条件下，使用适当的催化剂，若原料甲烷和苯的摩尔比为1:1，用热力学数据估算一下，可能获得的甲苯所占的摩尔分数。（2） 若反应条件同上，使甲苯和氢气的摩尔比为1:1，请计算甲苯的平衡转化率。已知500K时这些物质的标准摩尔Gibbs自由能分别为：fGm（CH4,g）=-33.08 kJmol-1，fGm（C6H6,g）=162.0 kJfGm（C6H5CH3,g）=-172.4kJmol-1，fGm（H2,g）=0 （1） CH4（g） + C6H6（g） = C6H5CH3（g） + H2（g） x x 0 0 x-n x-n n nrGm=-172.4-162.0

12、+33.08=-301.32rGm=-RTln Kp，ln Kp=-rGm/RT=-301.32/8.314/500=-0.07248Kp=0.93008 Kp=n2/（x-n）2=0.93008，n/（x-n）=0.9644，n=0.49094xx甲苯= n/2x=0.49094x/2x=0.24547（2） C6H5CH3（g） + H2（g） =CH4（g） + C6H6（g） x x 0 0Kp=1.075177Kp=n2/（x-n）2=1.075177，n/（x-n）=1.036907，n=0.50906x转化率=n/x=0.5090622、800K，100kPa时，C6H5C2H5

13、（g）=C6H5C2H3（g）+H2（g）的Kp=0.05，试计算：（1） 平衡时乙苯的解离度；（2） 若在原料中添加水蒸气，使乙苯和水蒸气的摩尔比为1:9，总压仍为100kPa，求此时乙苯的解离度。 （1） C6H5C2H5（g）=C6H5C2H3（g）+H2（g）起始时p/kPa： p 0 0平衡时p/kPa： p（1-） p pp总=p+ p=100，p=100/（1+）Kp=（p/100）（p/100）/p（1-）/100=0.05 p2/（1-）=5，2/（1-2）=0.052=0.05-0.052；5.05 2=0.05；2=9.42510-4；=0.0307（2） C6H5C2H

14、5（g）=C6H5C2H3（g）+H2（g） H2O（g） p 0 0 9p p（1-） p p 9pp总=p+ p+9p=100，p=100/（10+）Kp= （p/100）（p/100）/p（1-）/100=0.05 p2/（1-）=5，2/（1-）（10+）=0.05，2=0.05（10-9-2） 1.052+0.45=0.5，2+0.428571=0.47619（+0.214286）2=0.47619+0.2142862=0.522108+0.214286=0.722571；=0.50828524、CO2（g）与H2S（g）在高温的反应为：CO2（g）+H2S（g）=COS（g）+H2

15、O（g），今在610K时将4.4g的CO2（g）加入体积为2.5dm3的空瓶中，然后再充入H2S（g）使总压为1000kPa.。达平衡后取样分析，得其中含H2O（g）的摩尔分数为0.02。将温度升至620K重复上述实验，达平衡后取样分析，得其中含H2O（g）的摩尔分数为0.03。视气体为理想气体，度计算：（1） 610K时的Kp；（2） 610K时的rGm；（3） 反应的标准摩尔焓变rHm （设其不随温度而变）；（4） 在610K时，往该体积的瓶中充入不参与反应的气体，直至压力加倍，则COS（g）的产量有何变化，若充入不参与反应的气体，保持压力不变，而使体积加倍，则COS（g）的产量又有何变化

16、？起始时： pCO2=nCO2RT/V=4.4/44610/2.5=202.86kPa pH2S =1000-202.86=797.14kPa CO2（g） + H2S（g） = COS（g） + H2O（g） 起始时p/kPa： 202.86 797.14 0 0 平衡时p/kPa： 202.86-pH2O 797.14-pH2O pH2O pH2O（1） 610K时： p总=1000kPa，xH2O= pH2O/p总=0.02，pH2O=20kPa Kp= （20/100）（20/100）/（182.86/100）（777.14/100）=2.81510-3（2） rGm= -RTlnKp

17、 =-8.314610ln（2.81510-3）=29.78kJ（3） 620K时：p总=1000kPa，xH2O= pH2O/p总=0.03，pH2O=30kPa Kp= （30/100）（30/100）/（172.86/100）（767.14/100）=6.787根据公式： ， rHm=RT1T2ln Kp,2 / Kp ,1/（T2-T1）=8.314620ln（6.787/2.817）/（620-610）=276.49 kJ（4） Kp=Kx（p） =Kx由于反应前后分子数不变，压力不影响化学平衡，故COS（g）的产量也无影响。25、一个可能大规模制备氢气的方法是：将CH4（g） +H

18、2O（g）的混合气通过灼热的催化床，若原料气体组成的摩尔比为nH2O:nCH4=5:1，温度为873K，压力为100kPa，并假设只发生如下两个反应：（1） CH4（g） +H2O（g）=CO（g）+H2（g） r1Gm=4.435 kJ（2） CO（g） +H2O（g）=CO2（g）+H2（g） r1Gm=-6.633kJ试计算达到平衡并除去H2O（g）后，平衡干气的组成，用摩尔分数表示。r1Gm= -RTlnKp1，lnKp1=-r1Gm /（RT）= -4.435873）=-0.61104Kp1=0.542786r2Gm= -RTlnKp2，lnKp2=-r2Gm /（RT）= 6.63

19、3873）=0.913873Kp2=2.493962（1） CH4（g） + H2O（g） = CO（g） +3H2（g） x 5x 0 0 x-n1 5x-n1-n2 n1-n2 3n1+n2（2） CO（g） + H2O（g）=CO2（g）+H2（g） 0 5x 0 0n1-n2 5x-n1-n2 n2 3n1+n2p总=nCO+nCO2+nH2O+nH2+nCH4 =n1-n2+ n2 +5x-n1-n2+3n1+ n2+x-n1= 6x+2n1=100n1=50-3xKp1=（3n1+n2）3（n1-n2）/（ x-n1）（ 5x-n1-n2）/（p）2=0.542786（3n1+n2

20、）3（n1-n2）/（ x-n1）（ 5x-n1-n2）=5427.86Kp2=（3n1+n2）n2 /（n1-n2）（ 5x-n1-n2）=2.493962p总（干）= nCO+nCO2+nH2+nCH4 = n1-n2+ n2 +3n1+ n2+x-n1=3n1+n2+xxCO （干）=（n1-n2）/（3n1+n2+x）=xCO2（干）=n2/（3n1+n2+x）=xH2（干）=（n1+n2）/（3n1+n2+x）=xCH4（干）=（ x-n1）/（3n1+n2+x）=26、有如下两个反应在323K时达成平衡：（1） 2NaHCO3（s）=Na2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）（

21、2） CuSO45H2O（s）= CuSO43H2O（s）+2H2O（g）已知反应（1）的解离压力为4.0kPa，反应（2）的水气压力为6.05kPa。试计算出NaHCO3（s），Na2CO3（s），CuSO45H2O（s），CuSO43H2O（s）所组成的系统，在达到同时平衡时CO2（g）的分压。Kp （1）=pCO2 pH2O/（p）2=22/1002=410-4Kp （2）=（ pH2O/p）2=（6.05/100）2=3.66025（1） 2NaHCO3（s）=Na2CO3（s） + H2O（g） + CO2（g） 0 0 2pH2O + pCO2 pCO2 3H2O（s） + 2H2

22、O（g） 0 0 2pH2O + pCO2Kp （2）=（ pH2O/p）2=（2pH2O + pCO2）2/（p ）2=3.66025（2pH2O + pCO2）2=36.6025（2pH2O + pCO2）=6.05Kp （1）=pCO2 pH2O/（p）2= pCO2（2pH2O + pCO2）/ （p）2=4pCO2（2pH2O + pCO2）=4pCO2=4/（2pH2O + pCO2）=4/6.05=0.661157kPa补充：N2O的热分解反应为2N2O（g）=2N2（g）+O2（g），在一定温度下，反应的半衰期与初始压力成反比。在970K时，N2O（g）的初始压力为39.2kP

23、a，测得半衰期为1529s；在1030K时，N2O（g）的初始压力为48.0kPa，测得半衰期为212s。（1） 判断该反应的级数；（2） 计算两个温度下的常数；（3） 求反应的实验活化能；（4） 在1030K，当N2O（g）的初始压力为53.3kPa，计算总压达到64.0kPa所需的时间。（1） 反应的半衰期与初始压力成反比，故该反应为二级反应。 （2） -dA/dt=k2A2，1/A-1/A0= k2t，t1/2=1/pAk2 k2（970K）=1/39.2/1529=1.6684210-5kPa-1.s-1 k2（1030K）=1/48.0/212=9.82704（3） lnk2（T2）/k2（T1）= -Ea/R（1/T2-1/T1） ln9.82704/1.66842= - Ea/8.314（1/1030-1/970） Ea= 245.5kJ.mol-1（4） 2N2O（g） = 2N2（g） + O2（g） 起始时kPa： 53.3 0 0 平衡时kPa： 53.3-2x 2x xp总= 53.3-x=64.0，x =10.7kPa1/（53.3-210.7）-1/53.3=9.8270410-5 t t=128s