第六章化学平衡常数

6-1 写出下列各反应的标准平衡常数表达式。

(1)2SO₂(g) + O₂(g) = 2SO₃(g)

(2)NH₄HCO₃(s) = NH₃(g) + CO₂(g) + H₂O(g)

(3)CaCO₃(s) = CO₂(g) + CaO(s)

(4)Ag₂O = 2Ag(s) + 1/2 O₂(g)

(5)CO₂(g) = CO₂(aq)

(6)Cl₂(g) + H₂O(l) = H⁺(aq) + Cl^-(aq) + HClO(aq)

(7)HCN(aq) = H⁺(aq) + CN^-(aq)

(8)Ag₂CrO₄(s) = 2Ag⁺(aq) + CrO₄^2-(aq)

(9)BaSO₄(s) + CO₃^2-(aq) = BaCO₃(s) + SO₄^2-(aq)

(10)Fe²⁺(aq) + 1/2 O₂(g) + 2H⁺(aq) = Fe³⁺(aq) + H₂O(l)

6-2已知反应 ICl(g) = 1/2 I₂(g) + 1/2 Cl₂(g) 在 25℃ 时的平衡常数为 K^θ = 2.2×10^-3，试计算下列反应的平衡常数：

(1)ICl(g) = I₂(g) + Cl₂(g)

(2)1/2 I₂(g) + 1/2 Cl₂(g) = ICl(g)

6-3  下列反应的 Kp 和 Kc之间存在什么关系？

(1)4H₂(g) + Fe₃O₄(s) = 3Fe(s) + 4H₂O(g)

(2)N₂(g) + 3H₂(g) = 2NH₃(g)

(3)N₂O₄(g) = 2NO₂(g)

6-4实验测得合成氨反应在 500℃ 的平衡浓度分别为：[H₂]=1.15mol/L ，[N₂]=0.75mol/L ，[NH₃]=0.261mol/L ，求标准平衡常数 K^θ、浓度平衡常数 Kc以及分别用 Pa 为气体的压力单位和用bar为气体的压力单位的平衡常数 Kp。

6-5已知

HCN = H⁺ + CN^-                           K₁^θ = 4.9×10^-10

NH₃ + H₂O = NH₄⁺ + OH^-                   K₂^θ = 1.8×10^-5

H₂O = H⁺ + OH^-                      K₃^θ = 1.0×10^-14

求反应 NH₃ + HCN = NH₄⁺ + CN^- 的平衡常数 K^θ 。

6-6反应 CO(g) + H₂O(g) = CO₂ + H₂(g) 在 749K 时的平衡常数 K^θ =2.6 。设（1）反应起始时 CO 和 H₂O 的浓度都为 1mol/L（没有生产物，下同）；（2）起始时 CO 和 H₂O 的摩尔比为1比3，求 CO 的平衡转化率。用计算结果来说明勒夏特列原理。

6-7将 SO₃ 固体置于一反应器内，加热使 SO₃ 气化并令其分解，测得温度为 900K ，总压为 p^θ 时 ，气体混合物得密度为 ρ=0.925g/dm³ ，求 SO₃ 的（平衡）解离度 α 。

6-8已知反应 N₂O₄(g) = 2NO₂(g) 在308K下的标准平衡常数 K^θ 为0.32。求反应系统的总压为 p^θ和 2p^θ，N₂O₄ 的解离度及其比。用计算结果来说明勒夏特列原理。

6-9为使 Ag₂O 在常温下分解，真空泵需将氧的分压降至多大？

6-10求 10^-5Pa 的高真空中分解 CuO 的最低温度。

6-11对比 NH₄HCO₃ 在总压为 p^θ 与各组分气体分压均为 p^θ 时分解温度的差别。哪一种情况符合试管内该物质分解的实际情况？

6-12在 693K 和 723K 下氧化汞分解为汞蒸气和氧的平衡总压分 5.16*10⁴ 和 1.08*10⁵ Pa ，求在该温度区域内分解反应的标准摩尔焓和标准摩尔熵变。

6-13查阅热力学函数表估算二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的反应在 400℃ 、600℃  和 800℃ 下的平衡常数。由 400℃ 至 600℃ 和由 600℃ 至 800℃ 都是 200℃ 的温差，该反应的平衡常数的变化是否相同？若不同，又如何解释其差异？

6-14雷雨导致空气中的氮气和氧气化合为 NO 是自然界中氮的固定的主要反应之一。经热力学计算得知，在 2033K 和 3000K 下该反应达平衡时系统中 NO 的体积分数分别为   0.8%和4.5% ，试问（1）该反应是吸热反应还是放热反应？（2）计算 2033K时的平衡常数。

6-15下面各种改变对反应 2SO₂(g) + O₂(g) = 2SO₃(g)（△rH_m^θ =198kJ/mol）中的 SO₃ 的平衡分压有何影响？

A将反应容器的体积加倍。

B保持体积而增加反应的温度。

C加多氧量。

D保持反应容器的体积而加入氩气。

6-16下面的反应在一个 1L 的容器里，在 298K 下达成平衡：

   C(石墨) + O₂(g) = CO₂(g)          △rH_m^θ =-393kJ/mol

以下各种措施对氧气的平衡分压有何影响？

A增加石墨的量。

B增加 CO₂ 气体的量。

C增加氧气的量。

D降低反应的温度。

E加入催化剂。

6-17 PCl₅(g)分解成 PCl₃(g) 和 Cl₂(g) 的反应是一个吸热反应。以下各种措施对于五氧化磷的解离有何影响？

A压缩气体混合物。

B增加气体混合物的体积。

C降低温度。

D保持混合气体的体积不变的前提下向气体混合物添加氩气。

6-18在 200℃ 下的体积为 V 的容器里，下面的吸热反应达成平衡态：

      NH₄HS(g) = NH₃(g) + H₂S(g)

通过以下各种措施，反应再达到平衡时，NH₃ 的分压跟原来的分压相比，有何变化？

A增加氨气。

B增加硫化氢气体。

C增加 NH₄HS固体。

D增加温度。

E.加入氩气以增加体系的总压。

F.把反应容器的体积增加到 2V。

6-19已知氯气在饱和食盐水里的溶解度小于在纯水里的溶解度。试从平衡移动的原理加以解释。

6-20实验测得氯气溶于水后约有三分之一的 CL₂ 发生歧化转化为盐酸和次氯酸，求该反应的平衡常数，293K 下氯气在水中的溶解度为 0.09 mol·L^-1 。

6-21自然界里氮的固定的主要途径之一是在闪电的作用下，氮气与氧气反应生成 NO ，然后 NO 和氧气继续反应生成 NO₂ ，后者与水反应，生成硝酸。热力学研究证明，在通常条件下氮气和氧气的反应的转化率要低于闪电条件下的转化率（在催化剂存在下，克服动力学的障碍，氮气和氧气在常温下也能反应的话）。问：氮气和氧气的反应是放热反应还是吸热反应？闪电造成的气体体积膨胀对反应的平衡转化率有何影响？

6-22超音速飞机在平流层飞行放出的燃烧尾气中的 NO 会通过下列反应破坏其中保护我们免受太阳光中的短波紫外线辐射伤害的臭氧:

      NO(g) + O₃(g) = NO₂(g) + O₂(g)

a.如果已知 298K 和 100kPa 下 NO、NO₂和 O₃ 的生成自由能分别为 +86.7、+51.8、+163.6kJ·mol^-1，求上面的反应的 Kp 和 Kc 。 

b.假定反应在 298 K下发生前，高层大气里的 NO、O₃和 O₂ 的浓度分别为 2×10^-9 mol·L^-1，1×10^-9mol·L^-1，，2×10^-3 mol·L^-1，NO₂的浓度为零，试计算O₃的平衡浓度。

c.计算达到平衡时 O₃ 被 NO 破坏的百分数。

附注：实际上上述反应的速度不很大，反应并不易达到平衡转化率。

6-23 通过热力学的研究求得反应：

    CO(g) + 1/2 O₂(g) = CO₂(g)

在 1600℃ 下的 Kc 约为 1×10⁴ 。经测定汽车的尾气里的 CO 和 CO₂ 气体的浓度分别为    4.0×10^-5 mol·L^-1和4.0×10^-4 mol·L^-1。若在汽车的排气管上增加一个1600℃的补燃器，并使其中的氧气的浓度始终保持 4.0×10^-4 mol·L^-1，求 CO 的平衡浓度和补燃转化率。

6-24  在23题的系统里，同时发生反应：

     SO₂(g) + 1/2 O₂(g) = SO₃(g)        Kc=20

经测定，汽车的尾气原有 SO₂ 气体的浓度为 2.0×10^-4 mol·L^-1，问 SO₃ 的平衡浓度。

6-25汽车的尾气里有 NO 气体，他是汽车内燃机燃烧的高温引起的氮气和氧气的反应：

        N₂(g) + O₂(g) = 2NO(g)       Kc=0.10(2000℃时)

在一个 2L 的容器里进行实验，起始时，氮气和氧气的浓度分别为 0.81 mol·L^-1 ，求达到平衡时 NO 气体的浓度。

6-26实验指出，无水三氯化铝在热力学标准压力下的以下各温度时测定的密度为：

T/℃           200       600        800

d/mg·L^-1      6.8×10^-3    2.65×10^-3   1.51×10^-3

A.求三氯化铝在 200℃ 和 800℃ 时的分子式。

B.求 600℃下的平衡物种。

C.求 600℃下个物种的平衡分压。

D.求 600℃ 的 Kc和 Kp。