物理化學(xué)習(xí)題第三章化學(xué)勢(shì).doc

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1、第三章 化學(xué)勢(shì)一基本要求1了解混合物的特點(diǎn)，熟悉多組分系統(tǒng)各種組成的表示法。2掌握偏摩爾量的定義和偏摩爾量的加和公式及其應(yīng)用。3掌握化學(xué)勢(shì)的狹義定義，知道化學(xué)勢(shì)在相變和化學(xué)變化中的應(yīng)用。4掌握理想氣體化學(xué)勢(shì)的表示式，了解氣體標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的含義。5掌握Roult定律和Henry定律的含義及用處，了解它們的適用條件和不同之處。6了解理想液態(tài)混合物的通性及化學(xué)勢(shì)的表示方法，了解理想稀溶液中各組分化學(xué)勢(shì)的表示法。7了解相對(duì)活度的概念，知道如何描述溶劑的非理想程度，和如何描述溶質(zhì)在用不同濃度表示時(shí)的非理想程度。8掌握稀溶液的依數(shù)性，會(huì)利用依數(shù)性來計(jì)算未知物的摩爾質(zhì)量。二把握學(xué)習(xí)要點(diǎn)的建議混合物是多組分系統(tǒng)的一

2、種特殊形式，各組分平等共存，服從同一個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律（即Rault定律），所以處理起來比較簡(jiǎn)單。一般是先掌握對(duì)混合物的處理方法，然后再擴(kuò)展到對(duì)溶劑和溶質(zhì)的處理方法。先是對(duì)理想狀態(tài)，然后擴(kuò)展到對(duì)非理想的狀態(tài)。偏摩爾量的定義和化學(xué)勢(shì)的定義有相似之處，都是熱力學(xué)的容量性質(zhì)在一定的條件下，對(duì)任一物質(zhì)B的物質(zhì)的量的偏微分。但兩者有本質(zhì)的區(qū)別，主要體現(xiàn)在“一定的條件下”，即偏微分的下標(biāo)上，這一點(diǎn)初學(xué)者很容易混淆，所以在學(xué)習(xí)時(shí)一定要注意它們的區(qū)別。偏摩爾量的下標(biāo)是等溫、等壓和保持除B以外的其他組成不變（）?；瘜W(xué)勢(shì)的下標(biāo)是保持熱力學(xué)函數(shù)的兩個(gè)特征變量和保持除B以外的其他組成不變。唯獨(dú)偏摩爾Gibbs自由能與狹義化學(xué)

3、勢(shì)是一回事，因?yàn)镚ibbs自由能的特征變量是，偏摩爾量的下標(biāo)與化學(xué)勢(shì)定義式的下標(biāo)剛好相同。多組分系統(tǒng)的熱力學(xué)基本公式，比以前恒定組成封閉系統(tǒng)的基本公式，在最后多了一項(xiàng)，這項(xiàng)表示某個(gè)組成B的物質(zhì)的量發(fā)生改變時(shí)所引起的相應(yīng)熱力學(xué)函數(shù)值的改變。最后一項(xiàng)中化學(xué)勢(shì)是常數(shù)，說明的改變并不是隨意的，在數(shù)量一定的系統(tǒng)中只發(fā)生了的變化，或在數(shù)量很大的系統(tǒng)中改變了1 mol，這樣才能維持不變。單組分理想氣體的化學(xué)勢(shì)是溫度和壓力的函數(shù)，即。等式右邊的第一項(xiàng)，是當(dāng)時(shí)的化學(xué)勢(shì)，它僅是溫度的函數(shù)，這個(gè)狀態(tài)就是氣體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，即氣體的壓力等于標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí)而還能作為理想氣體處理的那個(gè)狀態(tài)。第二項(xiàng)是，是理想氣體的實(shí)際壓力。記住了這

4、個(gè)化學(xué)勢(shì)的表示式，其余氣體的化學(xué)勢(shì)表示式只要在這基礎(chǔ)上略作修改即可。例如，混合理想氣體中B組分的化學(xué)勢(shì)，只要將壓力改為B物質(zhì)的分壓即可；如果是非理想氣體，則將壓力改為逸度也就行了。掌握化學(xué)勢(shì)的表示式，是因?yàn)榻窈笤趯?dǎo)出化學(xué)反應(yīng)等溫式、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式等都要用到化學(xué)勢(shì)的表示式，這樣才能完成熱力學(xué)的判斷化學(xué)變化的方向和限度的任務(wù)。稀溶液與混合物不同，有溶劑和溶質(zhì)之分。溶劑服從Rault定律，由此可以計(jì)算溶劑的分壓和由于非揮發(fā)性溶質(zhì)的加入使溶劑蒸氣壓降低的分?jǐn)?shù)，溶劑蒸氣壓的降低分?jǐn)?shù)與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。正由于溶劑蒸氣壓降低這個(gè)原因，才出現(xiàn)了溶液凝固點(diǎn)降低、沸點(diǎn)升高和滲透現(xiàn)象等一系列依數(shù)性質(zhì)。在稀

5、溶液中表示溶質(zhì)的化學(xué)勢(shì)時(shí)，當(dāng)溶質(zhì)用不同濃度表示時(shí)，要選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，而且這些標(biāo)準(zhǔn)態(tài)都是假想的，初學(xué)時(shí)對(duì)這個(gè)問題會(huì)產(chǎn)生疑問。其實(shí)對(duì)這個(gè)問題不必過于強(qiáng)調(diào)，通常不會(huì)去計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的化學(xué)勢(shì)，而是選擇了共同的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)以后，在求熱力學(xué)函數(shù)的變量時(shí)，可以將這些相同的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)銷掉，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)僅僅是共同的參考狀態(tài)而已。需要搞清楚的是：在稀溶液中，溶劑和溶質(zhì)的化學(xué)勢(shì)的表示式是不同的，它們的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)也是不同的，要分別進(jìn)行計(jì)算。溶質(zhì)的化學(xué)勢(shì)在用不同濃度表示時(shí)，化學(xué)勢(shì)的表示式是不同的，所選擇的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)也是不同的，但是，最后得到的化學(xué)勢(shì)的數(shù)值是相同的，化學(xué)勢(shì)的數(shù)值不會(huì)因?yàn)檫x擇的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)不同而不同。在稀溶液中，產(chǎn)生依數(shù)性的本質(zhì)是由于非揮

6、發(fā)性溶質(zhì)的加入，減少了溶劑分子占據(jù)的表面，降低了溶劑的蒸汽壓。依數(shù)性只與粒子的數(shù)量有關(guān)，而與粒子的性質(zhì)無關(guān)。測(cè)定凝固點(diǎn)下降值、沸點(diǎn)升高值或滲透壓等，主要用來計(jì)算溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。而有一點(diǎn)需要弄清楚的是：凝固點(diǎn)和沸點(diǎn)仍是指溶液中溶劑的凝固點(diǎn)和沸點(diǎn)，析出的固體是純?nèi)軇┑墓腆w（如冰，其中不含溶質(zhì)），蒸氣也是純?nèi)軇┑恼魵猓挥挟?dāng)溶劑的蒸氣壓等于大氣壓力時(shí)，溶液才會(huì)沸騰。對(duì)于非理想的溶液，只要用相對(duì)活度來代替相應(yīng)的濃度，則化學(xué)勢(shì)的表示式基本保持不變。由于絕對(duì)活度用得較少，所以本教材只引入了相對(duì)活度的概念。如果溶質(zhì)是非電解質(zhì)，當(dāng)活度因子趨向于1時(shí)，活度與濃度在數(shù)值上相同。但是，如果溶質(zhì)是電解質(zhì)，就是活度因子

7、都趨向于1，而活度與濃度在數(shù)值上也不可能相同，這就為今后學(xué)習(xí)電解質(zhì)溶液的活度留一個(gè)伏筆。三思考題參考答案1偏摩爾量與摩爾量有什么異同？答：對(duì)于單組分系統(tǒng)，只有摩爾量，而沒有偏摩爾量?；蛘哒f，在單組分系統(tǒng)中，偏摩爾量就等于摩爾量。只有對(duì)多組分系統(tǒng)，物質(zhì)的量也成為系統(tǒng)的變量，當(dāng)某物質(zhì)的量發(fā)生改變時(shí)，也會(huì)引起系統(tǒng)的容量性質(zhì)的改變，這時(shí)才引入了偏摩爾量的概念。系統(tǒng)總的容量性質(zhì)要用偏摩爾量的加和公式計(jì)算，而不能用純的物質(zhì)的摩爾量乘以物質(zhì)的量來計(jì)算。2什么是化學(xué)勢(shì)？與偏摩爾量有什么區(qū)別？答：化學(xué)勢(shì)的廣義定義是：保持某熱力學(xué)函數(shù)的兩個(gè)特征變量和除B以外的其他組分不變時(shí)，該熱力學(xué)函數(shù)對(duì)B物質(zhì)的量求偏微分。通常

8、所說的化學(xué)勢(shì)是指它的狹意定義，即偏摩爾Gibbs自由能，即在等溫、等壓下，保持除B以外的其它物質(zhì)組成不變時(shí)，Gibbs自由能隨B物質(zhì)的量的改變的變化率稱為化學(xué)勢(shì)。用公式表示為： 偏摩爾量是指，在等溫、等壓條件下，保持除B以外的其余組分不變，系統(tǒng)的廣度性質(zhì)X隨組分B的物質(zhì)的量的變化率，稱為物質(zhì)B的某種廣度性質(zhì)X的偏摩爾量，用表示。也可以看作在一個(gè)等溫、等壓、保持組成不變的多組分系統(tǒng)中，當(dāng)時(shí)，物質(zhì)B所具有的廣度性質(zhì)，偏摩爾量的定義式為 化學(xué)勢(shì)與偏摩爾量的定義不同，偏微分的下標(biāo)也不同。但有一個(gè)例外，即Gibbs自由能的偏摩爾量和化學(xué)勢(shì)是一回事，狹意的化學(xué)勢(shì)就是偏摩爾Gibbs自由能。3Roult 定

9、律和Henry定律的表示式和適用條件分別是什么？答：Roult 定律的表示式為：。式中為純?nèi)軇┑恼魵鈮?，為溶液中溶劑的蒸氣壓，為溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。該公式用來計(jì)算溶劑的蒸氣壓。適用條件為：定溫、稀溶液、非揮發(fā)性溶質(zhì)，后來推廣到液態(tài)混合物。Henry定律的表示式為：。式中，和分別是物質(zhì)B用不同濃度表示時(shí)的Henry系數(shù)，Henry系數(shù)與溫度、壓力、溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)有關(guān)。適用條件為：定溫、稀溶液、氣體溶質(zhì)，溶解分子在氣相和液相有相同的分子狀態(tài)。對(duì)于液態(tài)混合物，Henry定律與Roult定律是等效的，Henry系數(shù)就等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮骸?什么是稀溶液的依數(shù)性？稀溶液有哪些依數(shù)性？答： 稀溶液依數(shù)性是

10、指在溶劑的種類和數(shù)量固定后，這些性質(zhì)只取決于所含溶質(zhì)粒子的數(shù)目，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。 稀溶液中由于溶劑的蒸氣壓降低，因而導(dǎo)致如下依數(shù)性質(zhì)： （1）凝固點(diǎn)下降；（2）沸點(diǎn)升高；（3）滲透壓。5溶液的化學(xué)勢(shì)等于溶液中各組分的化學(xué)勢(shì)之和，這樣說對(duì)不對(duì)?答： 不對(duì)。化學(xué)勢(shì)是某組分的偏摩爾Gibbs自由能。溶液中可以分為溶劑的化學(xué)勢(shì)或溶質(zhì)的化學(xué)勢(shì)，而沒有整個(gè)溶液的化學(xué)勢(shì)。6對(duì)于純組分，它的化學(xué)勢(shì)就等于其Gibbs自由能，這樣說對(duì)不對(duì)?答： 不對(duì)，至少不完整。應(yīng)該說，某個(gè)純組分的化學(xué)勢(shì)就等于其摩爾Gibbs自由能。7在同一稀溶液中，溶質(zhì)B的濃度可用和表示，則其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的選擇也就不同，那相應(yīng)的化學(xué)勢(shì)也不同，這

11、樣說對(duì)不對(duì)?答： 不對(duì)。溶質(zhì)的濃度表示方式不同，則所取的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)（即那個(gè)假想狀態(tài)）也不同，它們?cè)谀莻€(gè)假想狀態(tài)時(shí)的化學(xué)勢(shì)是不相等的。但是，B物質(zhì)在該溶液中的化學(xué)勢(shì)只有一個(gè)數(shù)值，是相同的。8二組分理想溶液的總蒸氣壓，一定大于任一組分的蒸氣分壓，這樣說對(duì)不對(duì)？答： 對(duì)。因?yàn)槎M分理想溶液的總蒸氣壓等于兩個(gè)組分的蒸氣壓之和。9在室溫下，物質(zhì)的量濃度相同的蔗糖溶液與食鹽水溶液的滲透壓是否相等?答： 不相等。滲透壓是溶液依數(shù)性的一種反映。依數(shù)性只與粒子的數(shù)目有關(guān)，而與粒子的性質(zhì)無關(guān)。食鹽水中，NaCl會(huì)離解成兩個(gè)離子，所以物質(zhì)的量濃度相同的食鹽水的滲透壓可以是蔗糖溶液滲透壓的兩倍。10農(nóng)田中施肥太濃時(shí)植物會(huì)

12、被燒死。鹽堿地的農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)不良，甚至枯萎，試解釋其原因?答： 這是由于在莊稼的細(xì)胞內(nèi)和土壤中的化學(xué)勢(shì)不等，發(fā)生滲透造成的。當(dāng)土壤中肥料或鹽類的濃度大于植物細(xì)胞內(nèi)的濃度時(shí)，在植物細(xì)胞中的化學(xué)勢(shì)比在土壤中的要高，水就要通過細(xì)胞壁向土壤中滲透，所以植物就會(huì)枯萎，甚至燒死。11 液態(tài)物質(zhì)混合時(shí)，若形成液態(tài)混合物，這時(shí)有哪些主要的混合性質(zhì)?答： 混合時(shí)體積不變，總體積等于各個(gè)純液態(tài)物質(zhì)體積的加和；焓值不變；混合熵增加；混合Gibbs自由能下降，即：12北方人冬天吃凍梨前，將凍梨放入涼水中浸泡，過一段時(shí)間后凍梨內(nèi)部解凍了，但表面結(jié)了一層薄冰。試解釋原因？答： 涼水溫度比凍梨溫度高，可使凍梨解凍。凍梨含有糖

13、分，故凍梨內(nèi)部的凝固點(diǎn)低于水的冰點(diǎn)。當(dāng)凍梨內(nèi)部解凍時(shí)，要吸收熱量，而解凍后的凍梨內(nèi)部溫度仍略低于水的冰點(diǎn)，所以凍梨內(nèi)部解凍了，而凍梨表面上仍凝結(jié)一層薄冰。四概念題參考答案12 mol A物質(zhì)和3 mol B物質(zhì)在等溫、等壓下，混合形成理想液態(tài)混合物，該系統(tǒng)中A和B的偏摩爾體積分別為1.7910-5 m3mol-1，2.1510-5 m3mol-1 ，則混合物的總體積為 ( ) (A) 9.6710-5 m3 (B) 9.8510-5 m3 (C) 1.00310-4 m3 (D) 8.9510-5 m3 答：(C)。 運(yùn)用偏摩爾量的加和公式 2下列偏微分中，能稱為偏摩爾量的是 （ ）（A）（B

14、）（C）（D）答：（A）。根據(jù)偏摩爾量定義，凡是容量性質(zhì)才有偏摩爾量，而且一定要符合等溫、等壓、除B以外的其他組成不變時(shí)，某容量性質(zhì)隨物質(zhì)B的物質(zhì)的量的變化率，才能稱為偏摩爾量，只有（A）符合。3下列偏微分中，不是化學(xué)勢(shì)的是 （ ）（A）（B）（C）（D） 答：（B）。化學(xué)勢(shì)的廣義定義是，在保持某熱力學(xué)函數(shù)相應(yīng)的兩個(gè)特征變量和除B以外的其他組分不變的情況下，該熱力學(xué)函數(shù)對(duì)求偏微分稱為化學(xué)勢(shì)。焓的兩個(gè)特征變量是，所以（B）是偏摩爾量，而不是化學(xué)勢(shì)。4 已知373 K時(shí)，液體A的飽和蒸氣壓為133.24 kPa，液體B的飽和蒸氣壓為66.62 kPa。設(shè)A和B 形成理想液態(tài)混合物，當(dāng)A在溶液中的摩

15、爾分?jǐn)?shù)為0.5時(shí)，在氣相中A的摩爾分?jǐn)?shù)等于 ( ) (A) 1 (B) 1/2 (C) 2/3 (D) 1/3答：(C)。 用Roult定律算出總蒸氣壓，再把A的蒸氣壓除以總蒸氣壓。 或 5在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，苯和甲苯形成理想的液態(tài)混合物。第一份混合物體積為2 dm3，苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.25，苯的化學(xué)勢(shì)為m1,第二份混合物的體積為1 dm3，苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5，化學(xué)勢(shì)為2，則 ( ) (A) m12 (B) m1 kB，則當(dāng)A和B（平衡時(shí)）的壓力相同時(shí)，在一定量的該溶劑中所溶解的A和B的量的關(guān)系為 （ ） (A) A 的量大于 B 的量 (B) A 的量小于 B 的量 (C) A 的量

16、等于 B 的量 (D) A 的量與B的量無法比較答：(B)。根據(jù)Henry定律，當(dāng)平衡壓力相同時(shí)，Henry常數(shù)大的氣體溶質(zhì)，其溶解的量反而小。8在400 K時(shí)，液體A的蒸氣壓為，液體B 的蒸氣壓為，兩者組成理想液態(tài)混合物。在達(dá)平衡的溶液中，A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.6，則氣相中B的摩爾分?jǐn)?shù)等于 ( ) (A) 0.60 (B) 0.50 (C) 0.40 (D) 0.30答：(B)。用Roult定律算出總蒸氣壓，再把B的蒸氣壓除以總蒸氣壓 9在50時(shí)，液體A的飽和蒸氣壓是液體B的飽和蒸氣壓的3倍，A和B兩液體形成理想液態(tài)混合物。達(dá)氣-液平衡時(shí)，在液相中A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5，則在氣相中B的摩爾分?jǐn)?shù)為

17、( ) (A) 0.15 (B) 0.25 (C) 0.5 (D) 0.65答：(B)。用Roult定律算出總蒸氣壓，再把B的蒸氣壓除以總蒸氣壓 10在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，有兩瓶含萘的苯溶液。在第一瓶中有溶液，溶有0.5 mol萘，化學(xué)勢(shì)為。在第二瓶中有溶液，溶有0.25 mol萘，化學(xué)勢(shì)為。兩個(gè)化學(xué)勢(shì)大小的關(guān)系為 ( ) (A) (B) (C) (D) 答：(D)。 化學(xué)勢(shì)是偏摩爾Gibbs自由能，是強(qiáng)度性質(zhì)，與混合物的總體積無關(guān)，而與混合物的濃度有關(guān)。兩份的濃度相同，故化學(xué)勢(shì)相等。11在時(shí)，的化學(xué)勢(shì)為，的化學(xué)勢(shì)為，兩者大小的關(guān)系為 ( )(A) (B) (C) (D) 無法比較答：(C

18、)。已知，對(duì)于純組分系統(tǒng)，則。因?yàn)?，所以。在下，?huì)自發(fā)變?yōu)?。即在相同溫度下，加壓可以使熔化?2在兩只燒杯中，各盛有1 kg。向A杯中加入0.01 mol蔗糖，向B杯中加入0.01 mol NaCl，溶解完畢后，兩只燒杯按同樣的速度冷卻降溫，則 ( ) (A) A杯先結(jié)冰 (B) B杯先結(jié)冰 (C) 兩杯同時(shí)結(jié)冰 (D) 不能預(yù)測(cè)其結(jié)冰的次序 答：(A)。稀溶液的依數(shù)性只與粒子的數(shù)量有關(guān)，而與粒子的性質(zhì)無關(guān)。B杯內(nèi)溶入的是NaCl，NaCl在水中解離，其粒子數(shù)幾乎是A杯中的兩倍，B杯中溶液的凝固點(diǎn)下降得多，所以A杯先結(jié)冰。13在恒溫的玻璃罩中，封入一杯糖水（A杯）和一杯純水(B杯)，使兩杯的液

19、面相同，將玻璃罩抽成真空。經(jīng)歷若干時(shí)間后，兩杯液面的高度將是 ( ) (A) A 杯高于 B 杯 (B) A 杯等于 B 杯 (C) A 杯低于 B 杯 (D) 視溫度而定 答：(A)。純水的飽和蒸氣壓大于糖水，純水不斷蒸發(fā)，蒸氣在含糖水的A 杯中不斷凝聚，所以A 杯液面高于B 杯。14冬季建筑施工中，為了保證施工質(zhì)量，常在澆注混凝土?xí)r加入少量鹽類，其主要作用是？ ( ) (A) 增加混凝土的強(qiáng)度 (B) 防止建筑物被腐蝕 (C) 降低混凝土的固化溫度 (D) 吸收混凝土中的水份答：(C)。混凝土中加入少量鹽類后，使凝固點(diǎn)下降，防止混凝土結(jié)冰而影響建筑物的強(qiáng)度。15鹽堿地的農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)不良，甚至

20、枯萎，其主要原因是 ( ) (A) 天氣太熱 (B) 很少下雨 (C) 肥料不足 (D) 水分從植物細(xì)胞向土壤倒流 答：(D)。 鹽堿地中含鹽量高，水在植物細(xì)胞中的化學(xué)勢(shì)大于在鹽堿地中的化學(xué)勢(shì)，水分會(huì)從植物細(xì)胞向土壤滲透，使農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)不良。五習(xí)題解析1 在298 K時(shí)，有一個(gè)的稀水溶液，其密度為，的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。已知在該溫度下，純水的密度為。試計(jì)算的： 質(zhì)量摩爾濃度， 物質(zhì)的量濃度和 物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。解： 質(zhì)量摩爾濃度是指，在1 kg溶劑中含溶質(zhì)的物質(zhì)的量，查原子量表得的摩爾質(zhì)量。設(shè)溶液的質(zhì)量為， 物質(zhì)的量濃度是指，在1 dm3 溶液中含溶質(zhì)的物質(zhì)的量，設(shè)溶液質(zhì)量為1 kg （3）設(shè)溶液質(zhì)量為， 2

21、將的乙醇（B）和的水（A）混合得乙醇的水溶液，溶液的密度為。已知溶液中乙醇的偏摩爾體積，試求溶液中水的偏摩爾體積。已知水和乙醇的摩爾質(zhì)量分別為，。解：根據(jù)偏摩爾量的加和公式，有 （1） （2）上面兩式應(yīng)該相等，所以有解得 3在298 K時(shí)，有大量的甲苯（A）和苯（B）的液態(tài)混合物，其中苯的摩爾分?jǐn)?shù)。如果將1 mol純苯加入這混合物中，計(jì)算這個(gè)過程的。解：設(shè)1 mol純苯的Gibbs自由能為，在液態(tài)混合物中1 mol苯的偏摩爾Gibbs自由能為，所求的就是這1 mol苯，在加入混合物的前后，Gibbs自由能的差值， 4在263 K和下，有1 mol過冷水凝固成同溫、同壓的冰。請(qǐng)用化學(xué)勢(shì)計(jì)算這過程

22、的。已知在263 K 時(shí)，的飽和蒸氣壓，的飽和蒸氣壓。解：過冷水結(jié)冰是個(gè)不可逆過程，可以設(shè)計(jì)一個(gè)始、終態(tài)相同的可逆過程。在保持溫度不變的情況下，分如下五步等溫可逆變壓過程進(jìn)行：（1）從等溫可逆降壓至的飽和蒸氣壓；（2）在的飽和蒸氣壓下達(dá)成氣-液兩相平衡；（3）的等溫可逆變壓過程；（4）在的飽和蒸氣壓下達(dá)成氣-固兩相平衡（5）等溫可逆升壓至。即 第（1），（5）兩步是凝聚相的等溫可逆變壓過程，由于凝聚相的可壓縮性很小，摩爾體積不大，受壓力的影響很小，所以這兩步的Gibbs 自由能的變化值可以忽略不計(jì)。（2），（4）兩步是等溫、等壓可逆相變，Gibbs 自由能的變化值等于零。所以，總的Gibbs

23、自由能的變化值就等于第三步的Gibbs 自由能的變化值， 現(xiàn)在題目要求用化學(xué)勢(shì)來計(jì)算，其實(shí)道理是一樣的，計(jì)算更簡(jiǎn)單。因?yàn)榧兘M分的化學(xué)勢(shì)就等于摩爾Gibbs 自由能，水蒸氣化學(xué)勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)可以相消，所以 5 液體A與液體B可以形成理想的液態(tài)混合物。在343 K時(shí)，1 mol A和2 mol B所形成的混合物的蒸氣壓為50.663 kPa，若在溶液中再加入3 mol A，則溶液的蒸氣壓增加到70.928 kPa，試求：（1）A和B在343 K時(shí)的飽和蒸氣壓和。（2）對(duì)于第一種混合物，在氣相中A，B的摩爾分?jǐn)?shù)和。解： （1）液態(tài)混合物上的總蒸氣壓等于A和B的蒸氣壓的加和， （1） （2） 聯(lián)立(1)，

24、(2)式，解得 (2) 6在293 K時(shí)，苯(1)的蒸氣壓是13.332 kPa，辛烷(2)的蒸氣壓為2.6664 kPa，現(xiàn)將1 mol辛烷溶于4 mol苯中，形成理想的液態(tài)混合物。試計(jì)算： （1）系統(tǒng)的總蒸氣壓。 （2）系統(tǒng)的氣相組成。 （3）將（2）中的氣相完全冷凝至液相，再達(dá)到氣液平衡時(shí)，氣相的組成。解： （1） （2） （3）將上述氣相完全冷凝至氣-液平衡時(shí)，新液相的組成與上述氣相的組成相同。 這時(shí)的氣相組成為 7在一定溫度下，液體A和B可形成理想的液態(tài)混合物。已知在該溫度時(shí)，。把組成為的二元?dú)鈶B(tài)混合物，放入一帶有活塞的氣缸中進(jìn)行恒溫壓縮，試計(jì)算： （1）剛開始出現(xiàn)液相時(shí)，蒸氣的總壓

25、。 （2）在該溫度和壓力下，A和B的液態(tài)混合物沸騰時(shí)液相的組成。解：（1）設(shè)：剛開始出現(xiàn)液相時(shí)，液相中A和B的組成分別為和，理想液態(tài)混合物上的總壓。因?yàn)椋杂?（1） （2）將式（1），（2）聯(lián)立，解得：， （2）A和B的液態(tài)混合物沸騰時(shí)，其總蒸氣壓等于外壓。設(shè)液相的組成為，則有 解得液相的組成為 ， 8在333 K時(shí)，設(shè)液體A 和 B 能形成理想的液態(tài)混合物。已知在該溫度時(shí)，液體A和B的飽和蒸氣壓分別為，。當(dāng)組成為的混合物在333 K汽化時(shí)，收集該蒸氣并將其冷凝液化，測(cè)得該冷凝液的蒸氣壓，試求的值。解： 蒸氣冷凝液的組成xA、xB，就等于組成為的混合物的蒸氣相的組成和， 解得 解得 9在2

26、98 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，將2 mol 苯與3 mol 甲苯混合，形成理想的液態(tài)混合物。求該過程的，和。 解：根據(jù)形成理想液態(tài)混合物的特性，沒有熱效應(yīng)，沒有體積的變化，所以有， ， ， ， 10液體A和B可以形成理想的液態(tài)混合物。在320 K時(shí)，將3 mol A和1 mol B混合形成液態(tài)混合物I，總蒸氣壓為5.33104 Pa。再加入2 mol B 形成理想液態(tài)混合物II，總蒸氣壓為 6.13104 Pa。試計(jì)算： (1)未混合前純液體A和B的飽和蒸氣壓和。 (2) 與理想液態(tài)混合物I達(dá)平衡的氣相組成。 (3) 在形成理想液態(tài)混合物I的過程中，Gibbs自由能的變化值。 (4) 若在理想液態(tài)混合

27、物II中再加入3 mol B，形成理想液態(tài)混合物的蒸氣壓。解：(1) (a) (b) 將(a)式與 (b) 式聯(lián)立，解得： （2） (3) (4) 11在298 K時(shí)，蔗糖稀水溶液的蒸氣壓為，純水的蒸氣壓為。試計(jì)算： (1) 在溶液中，蔗糖的摩爾分?jǐn)?shù)。 (2) 溶液的滲透壓。已知水的密度約為。解：（1）由于是蔗糖的稀水溶液，根據(jù)Raoult定律 (2) 滲透壓的計(jì)算公式為需要將（1）中得到的組成的值換算成的值，這時(shí)要引進(jìn)適當(dāng)?shù)慕疲?12在293 K時(shí)，乙醚的蒸氣壓為58.95 kPa。今在0.10 kg乙醚中溶入某非揮發(fā)性的有機(jī)物質(zhì)0.01 kg，乙醚的蒸氣壓降低到56.79 kPa，試求該

28、有機(jī)物的摩爾質(zhì)量。已知乙醚的摩爾質(zhì)量為。解：設(shè)溶液中非揮發(fā)性有機(jī)物的摩爾分?jǐn)?shù)為，根據(jù)Raoult定律有 （1）根據(jù)摩爾分?jǐn)?shù)的定義 （2）（1）和（2）兩個(gè)的表示式應(yīng)該相等，所以有 解得 13苯在101 325 Pa下的沸點(diǎn)為353.35 K，沸點(diǎn)升高系數(shù)，求苯的摩爾汽化焓。已知苯的摩爾質(zhì)量。解： 已知沸點(diǎn)升高系數(shù)的表示式為 14將7.900 mg酚酞溶在129.2 mg的樟腦中，測(cè)得該溶液的凝固點(diǎn)為164.0C，計(jì)算酚酞的摩爾質(zhì)量。已知純樟腦的熔點(diǎn)是172.0C，凝固點(diǎn)降低系數(shù)。解： 根據(jù)凝固點(diǎn)降低的計(jì)算公式 15在298 K時(shí)，將非揮發(fā)、不解離的溶質(zhì)B溶解于純水中，測(cè)得該稀溶液的密度。已知溶

29、質(zhì)B的摩爾質(zhì)量，水的沸點(diǎn)升高系數(shù)。試計(jì)算：（1）該稀溶液的沸點(diǎn)升高值。（2）該稀溶液的滲透壓。解：（1）在該稀溶液中，溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度為 （2）要計(jì)算滲透壓，首先要計(jì)算質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度 16在大氣壓力下，將聯(lián)苯（B）溶入的純苯（A）中，所得溶液的沸點(diǎn)為，已知純苯的沸點(diǎn)為。試求：（1）溶劑苯的沸點(diǎn)升高系數(shù)，已知聯(lián)苯的摩爾質(zhì)量為。（2）苯的摩爾氣化焓，已知苯的摩爾質(zhì)量。解：（1）在所形成的溶液中，溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度為 （2） 已知 17在310 K時(shí)，測(cè)得人類血漿的滲透壓為，試計(jì)算配制輸液用的葡萄糖溶液中，葡萄糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。設(shè)血漿的密度近似等于水的密度，。已知:葡萄糖的摩爾質(zhì)量為。如果配制

30、的葡萄糖溶液太濃或太稀，輸液后會(huì)造成什么嚴(yán)重后果？解：配制輸液用的葡萄糖溶液，必須是等滲溶液，即它的滲透壓應(yīng)該與血漿的滲透壓基本相同。如果配制的葡萄糖溶液太濃，輸液后會(huì)造成血球內(nèi)的水分往外滲透，使血細(xì)胞萎縮。如果配制的葡萄糖溶液太稀，輸液后會(huì)造成水分大量向血球內(nèi)滲透，使血細(xì)胞脹大，甚至破裂，這樣對(duì)人的健康不利，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及生命。 設(shè)葡萄糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18在0.1 kg乙醇和0.1 kg的苯液體中，分別溶于的苯甲酸。測(cè)得乙醇和苯溶液的沸點(diǎn)分別升高了0.54 K 和 0.60 K。試用計(jì)算說明，苯甲酸在乙醇和在苯中所存在的狀態(tài)（是解離、締合還是單分子狀態(tài)）。已知苯和乙醇的沸點(diǎn)升高系數(shù)分別為和，苯甲

31、酸的摩爾質(zhì)量為 。解：要了解苯甲酸在乙醇和在苯中所存在的狀態(tài)，就是要計(jì)算苯甲酸在乙醇和在苯中的摩爾質(zhì)量。 由此可見，苯甲酸在乙醇中既不電離，也不締合，是以單分子狀態(tài)存在。而在苯中，基本以雙分子締合形式存在。19在298 K時(shí)，將2 g某化合物溶于1 kg水中，其滲透壓與將0.8 g葡萄糖(C6H12O6)和1.2 g蔗糖(C12H22O11)溶于1 kg水中的滲透壓相同。試計(jì)算： 該化合物的摩爾質(zhì)量； 該溶液的凝固點(diǎn)降低值； 該溶劑的蒸氣壓降低值。已知：水的冰點(diǎn)下降系數(shù)，298 K時(shí)水的飽和蒸氣壓，稀溶液的密度可視為與水相同，葡萄糖的摩爾質(zhì)量，蔗糖的摩爾質(zhì)量為。解： 溶液的依數(shù)性只與溶液中溶質(zhì)

32、的質(zhì)點(diǎn)數(shù)目有關(guān)，與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。設(shè)2 g某化合物的物質(zhì)的量為，0.8 g葡萄糖和1.2 g蔗糖的總的物質(zhì)的量為。因?yàn)榧俣ㄏ∪芤旱拿芏瓤梢暈榕c水相同，所以兩個(gè)溶液的體積基本相同。根據(jù)滲透壓計(jì)算公式 兩個(gè)溶液的體積基本相同，滲透壓相同，則兩種溶質(zhì)的物質(zhì)的量也相同，即 要計(jì)算溶劑的蒸氣壓降低值，要先計(jì)算溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù) 根據(jù)Raoult定律 20在300 K時(shí)，液體A和B形成非理想的液態(tài)混合物。已知液態(tài)A的蒸氣壓為，液態(tài)B的蒸氣壓為。當(dāng)2 mol A和2 mol B混合后，液面上的總蒸氣壓。在蒸氣中A的摩爾分?jǐn)?shù)，假定蒸氣為理想氣體。試計(jì)算： (1) 溶液中A和B的以摩爾分?jǐn)?shù)表示的活度和。 (2) 溶

33、液中A和B的相應(yīng)的活度因子和。 (3) 求A和B在混合時(shí)的Gibbs自由能變化值mixG。 解： (1) 液態(tài)A和B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)就是它們的純態(tài) (2) (3) 對(duì)于非理想的液態(tài)混合物，化學(xué)勢(shì)的表示式為 或直接利用混合Gibbs自由能的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算 第五章 化學(xué)平衡一基本要求1掌握化學(xué)反應(yīng)等溫式的各種形式，并會(huì)用來判斷反應(yīng)的方向和限度。2了解標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義，掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的各種表示形式和計(jì)算方法。3掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與在數(shù)值上的聯(lián)系，熟練用熱力學(xué)方法計(jì)算，從而獲得標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的數(shù)值。4了解標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成Gibbs自由能的定義和它的應(yīng)用。5掌握溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響，記住vant Hoff公式及其

34、應(yīng)用。6了解壓力和惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響。二把握學(xué)習(xí)要點(diǎn)的建議把本章放在多組分系統(tǒng)之后的目的，就是要利用多組分系統(tǒng)中介紹的化學(xué)勢(shì)的概念和各種表示方式，來導(dǎo)出化學(xué)反應(yīng)等溫式，從而用來判斷化學(xué)反應(yīng)的方向與限度。本章又用到了反應(yīng)進(jìn)度的概念，不過其值處在的區(qū)間之內(nèi)。因?yàn)樵诶没瘜W(xué)勢(shì)的表示式來計(jì)算反應(yīng)的Gibbs自由能的變化值時(shí)，是將化學(xué)勢(shì)看作為一個(gè)定值，也就是在有限的反應(yīng)系統(tǒng)中，化學(xué)進(jìn)度為，如果在一個(gè)很大的系統(tǒng)中，。嚴(yán)格講，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)應(yīng)該用絕對(duì)活度來定義，由于本教材沒有介紹絕對(duì)活度的概念，所以利用標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)來對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)下定義，其含義是一樣的。從標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式可知，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)

35、勢(shì)一樣，都僅是溫度的函數(shù)，因?yàn)閴毫σ阎付闃?biāo)準(zhǔn)壓力。對(duì)于液相反應(yīng)系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)有其相應(yīng)的形式。對(duì)于復(fù)相化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)榧兊哪蹜B(tài)物質(zhì)本身就作為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，它的化學(xué)勢(shì)就是標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)，已經(jīng)歸入中，所以在計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)時(shí)，只與氣體物質(zhì)的壓力有關(guān)。學(xué)習(xí)化學(xué)平衡的主要目的是如何判斷反應(yīng)的方向和限度，知道如何計(jì)算平衡常數(shù)，了解溫度、壓力和惰性氣體對(duì)平衡的影響，能找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的反應(yīng)條件，為科研和工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。而不要過多地去考慮各種濃度表示式和各種平衡常數(shù)表示式之間的換算，否則會(huì)把自己搞糊涂了，反而沒抓住主要內(nèi)容。由于標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與在數(shù)值上有聯(lián)系，所以有了的值，就可以計(jì)算的值。定義了標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成Gibb

36、s自由能，就可以很方便地用熱力學(xué)數(shù)據(jù)表中個(gè)物質(zhì)的值，來計(jì)算反應(yīng)的，從而可以求出標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。為什么說與僅是在數(shù)值上有聯(lián)系呢？因?yàn)樗鼈兲幱诓煌臓顟B(tài)，處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，而處于平衡態(tài)，它們之間的關(guān)系可以這樣來理解。根據(jù)公式： 在等溫、等壓不做非膨脹功時(shí)，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，才得到 所以，是處于平衡狀態(tài)時(shí)的壓力商，而它又與標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢(shì)有關(guān)（根據(jù)它的定義式），故將稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，它始終與系統(tǒng)的化學(xué)平衡狀態(tài)相連。而，是處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)化學(xué)勢(shì)的代數(shù)和，故稱為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾Gibbs自由能變化值，它是處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的物理量。只有在化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，才與聯(lián)系在一起。之所以要強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)是因?yàn)?，如果把看作是平衡狀態(tài)下的物理

37、量，它的數(shù)值永遠(yuǎn)等于零；如果把看作是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的平衡常數(shù)，那它就永遠(yuǎn)等于1，顯然這些結(jié)論是荒謬的。 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的數(shù)值與一樣，因?yàn)橛玫搅嘶瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)度的概念，所以與方程式的計(jì)量系數(shù)是有關(guān)系的。方程式的計(jì)量系數(shù)成倍數(shù)的關(guān)系，則的值也呈倍數(shù)的關(guān)系，而則成指數(shù)的關(guān)系。所以在計(jì)算時(shí)，一定要與化學(xué)計(jì)量方程對(duì)應(yīng)。溫度是影響化學(xué)平衡的最主要的因素，溫度會(huì)改變平衡常數(shù)的數(shù)值。根據(jù)vant Hoff 公式，對(duì)于吸熱反應(yīng)，升高溫度，使平衡常數(shù)值增大。反之，對(duì)于放熱反應(yīng)，降低溫度，使平衡常數(shù)值增大。要熟練掌握vant Hoff 定積分公式的應(yīng)用。壓力不影響平衡常數(shù)的數(shù)值，而只可能影響有氣體參與反應(yīng)的平衡組成，或通常說

38、的會(huì)影響的數(shù)值。對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，或受壓力影響較小的凝聚相反應(yīng)，則壓力對(duì)平衡幾乎沒有影響。只有在反應(yīng)前后，氣體分子數(shù)發(fā)生改變的反應(yīng)，壓力才會(huì)影響平衡的組成，增加壓力對(duì)氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)有利，反之，降低壓力對(duì)氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)有利，使產(chǎn)物的比例提高。把不參與反應(yīng)的氣體稱為惰性氣體，惰性氣體對(duì)平衡的影響與壓力相似，只有在反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的反應(yīng)，加入惰性氣體才會(huì)影響平衡的組成。加入惰性氣體，降低了各個(gè)組成的分壓，相當(dāng)于起了降壓和稀釋作用，對(duì)氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)是有利的。反之，對(duì)氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，惰性氣體的存在會(huì)使產(chǎn)物在平衡組成中的比例下降，必須定期清除這種反應(yīng)物帶入的或

39、反應(yīng)中產(chǎn)生的惰性氣體。三思考題參考答案1反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，宏觀和微觀特征有何區(qū)別？答：反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，宏觀上反應(yīng)物和生成物的數(shù)量不再隨時(shí)間而變化，好像反應(yīng)停止了。而微觀上，反應(yīng)仍在不斷的進(jìn)行，反應(yīng)物分子變?yōu)樯晌锓肿樱晌锓肿佑植粩嘧兂煞磻?yīng)物分子，只是正、逆反應(yīng)的速率恰好相等，使反應(yīng)物和生成物的數(shù)量不再隨時(shí)間而改變。2為什么化學(xué)反應(yīng)通常不能進(jìn)行到底？答： 嚴(yán)格講，反應(yīng)物與產(chǎn)物處于同一系統(tǒng)的反應(yīng)都是可逆的，不能進(jìn)行到底。只有逆反應(yīng)與正反應(yīng)相比小到可以忽略不計(jì)的反應(yīng)，可以粗略地認(rèn)為可以進(jìn)行到底。這主要是由于存在混合Gibbs自由能的緣故，反應(yīng)物與產(chǎn)物混合，會(huì)使系統(tǒng)的Gibbs自由能降低。如果沒有

40、混合Gibbs自由能，在Gibbs自由能對(duì)反應(yīng)進(jìn)度的變化曲線上，應(yīng)該是一根不斷下降的直線，不會(huì)出現(xiàn)最低點(diǎn)。如果將反應(yīng)在vant Hoff平衡箱中進(jìn)行，反應(yīng)物與生成物的壓力都保持不變，反應(yīng)物與生成物也不發(fā)生混合，反應(yīng)物反應(yīng)掉一個(gè)分子，向平衡箱中補(bǔ)充一個(gè)分子。生成一個(gè)生成物分子，則從平衡箱中移走一個(gè)分子，這樣才能使反應(yīng)進(jìn)行完全。3什么是復(fù)相化學(xué)反應(yīng)？其平衡常數(shù)有何特征?答：有氣相和凝聚相（液相、固體）共同參與的反應(yīng)稱為復(fù)相化學(xué)反應(yīng)。對(duì)凝聚相，只考慮是純態(tài)的情況，純態(tài)的化學(xué)勢(shì)就是它的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)，所以復(fù)相化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)只與氣態(tài)物質(zhì)的壓力有關(guān)。4什么是物質(zhì)的解離壓？答：在一定溫度下，某純的固體

41、物質(zhì)發(fā)生解離反應(yīng)，如果只產(chǎn)生一種氣體，達(dá)到平衡時(shí)，這氣體的壓力就稱為該固體在該溫度時(shí)的解離壓。如果產(chǎn)生的氣體不止一種，達(dá)到平衡時(shí)，所有氣體壓力的總和稱為該固體在該溫度時(shí)的解離壓。顯然物質(zhì)的解離壓在定溫下有定值。5什么是標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成Gibbs自由能？答：因?yàn)镚ibbs自由能的絕對(duì)值不知道，所以只能用相對(duì)值，需要規(guī)定一個(gè)共同的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。即將標(biāo)準(zhǔn)壓力下穩(wěn)定單質(zhì)（包括純的理想氣體，純的固體或液體）的生成Gibbs自由能看作零，在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，反應(yīng)溫度時(shí)，由穩(wěn)定單質(zhì)生成計(jì)量系數(shù)的物質(zhì)B時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)摩爾Gibbs自由能的變化值稱為物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成Gibbs自由能，用符號(hào)表示。熱力學(xué)數(shù)據(jù)表上一般列出的是在29

42、8.15 K時(shí)的數(shù)值。6根據(jù)公式，所以說 是在平衡狀態(tài)時(shí)的Gibbs自由能的變化值，這樣說對(duì)不對(duì)? 答：不對(duì)。在等溫、等壓、不作非膨脹功時(shí)，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的Gibbs自由能的變化值等于零，這樣才得到上述公式。而是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下Gibbs自由能的變化值，在數(shù)值上等于反應(yīng)式中各參與物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢(shì)的代數(shù)和，即：，因此不能認(rèn)為是在平衡狀態(tài)時(shí)的Gibbs自由能的變化值，否則在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下。它的數(shù)值永遠(yuǎn)等于零。7在一定的溫度、壓力且不作非膨脹功的條件下，若某反應(yīng)的，能否研制出一種催化劑使反應(yīng)正向進(jìn)行？答：不能。催化劑只能同時(shí)改變正向和逆向反應(yīng)的速率，使平衡提前到達(dá)，而不能改變反應(yīng)的方向和平衡的位置，催

43、化劑不能影響的數(shù)值。用熱力學(xué)函數(shù)判斷出的不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，用加催化劑的方法也不能使反應(yīng)進(jìn)行，除非對(duì)系統(tǒng)做非膨脹功。8合成氨反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量方程式可以分別用如下兩個(gè)方程來表示，兩者的和的關(guān)系如何？答：的下標(biāo)“m”表示反應(yīng)進(jìn)度為1 mol時(shí)Gibbs自由能的變化值，現(xiàn)在兩個(gè)反應(yīng)式中各物的量成倍數(shù)關(guān)系，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度都等于1 mol時(shí)，得： 9工業(yè)上，制水煤氣的反應(yīng)方程式可表示為： 設(shè)反應(yīng)在673 K時(shí)達(dá)到平衡，討論下列因素對(duì)平衡的影響。 增加碳的含量；提高反應(yīng)溫度；增加系統(tǒng)的總壓力；增加水氣分壓；增加氮?dú)夥謮骸４穑?只要碳是純的固態(tài)，則它的活度等于1，它的化學(xué)勢(shì)就等于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)的化學(xué)勢(shì)，在復(fù)相化學(xué)平衡中

44、，純固態(tài)不出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表達(dá)式中，則增加碳的含量對(duì)平衡無影響。 提高反應(yīng)溫度會(huì)使平衡向右移動(dòng)，因?yàn)檫@是一個(gè)吸熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度對(duì)正反應(yīng)有利。 增加系統(tǒng)的總壓力，雖然不影響平衡常數(shù)的數(shù)值，但是會(huì)影響平衡的組成。因?yàn)檫@是一個(gè)氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，增加壓力，會(huì)使平衡向體積變小的方向移動(dòng)，會(huì)使平衡向左方移動(dòng)，不利于正向反應(yīng)。所以，工業(yè)上制備水煤氣時(shí)，一般在常壓下進(jìn)行。 水是反應(yīng)物，增加水氣的分壓，會(huì)使平衡向正向移動(dòng)。 氮?dú)庠谶@個(gè)反應(yīng)中是惰性氣體，增加氮?dú)怆m然不會(huì)影響平衡常數(shù)的數(shù)值，但會(huì)影響平衡的組成。因?yàn)檫@是個(gè)氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，增加惰性氣體，使氣態(tài)物質(zhì)的總的物質(zhì)的量增加，相當(dāng)于將反應(yīng)系統(tǒng)中各個(gè)

45、物質(zhì)的分壓降低了，這與降低系統(tǒng)的總壓的效果相當(dāng)，起到了稀釋、降壓的作用，可以使產(chǎn)物的含量增加，對(duì)正向反應(yīng)有利。10 五氯化磷的分解反應(yīng)為 ，在一定溫度和壓力下，反應(yīng)達(dá)平衡后，改變?nèi)缦聴l件，五氯化磷的解離度將如何變化？并解釋為什么？設(shè)所有氣體均為理想氣體。 (1) 降低系統(tǒng)的總壓； (2) 通入氮?dú)猓３謮毫Σ蛔?，使體積增加一倍； (3) 通入氮?dú)猓３煮w積不變，使壓力增加一倍； (4) 通入氯氣，保持體積不變，使壓力增加一倍。答：（1） 降低總壓有利于正向反應(yīng)，使五氯化磷的解離度增加，因?yàn)檫@是一個(gè)氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)。 （2）通入氮?dú)猓３謮毫Σ蛔?，這對(duì)氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)有利，相當(dāng)于起了稀釋

46、、降壓的作用，所以五氯化磷的解離度會(huì)增加。 （3） 通入氮?dú)猓虮３煮w積不變，壓力和氣體的總物質(zhì)量同時(shí)增加，它們的比值不變，所以平衡組成也不變，五氯化磷的解離度亦不變。（4） 通入氯氣，增加了生成物的含量，使平衡向左移動(dòng)，對(duì)正向反應(yīng)不利，會(huì)使五氯化磷的解離度下降。四概念題參考答案1在等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下，當(dāng)反應(yīng)的時(shí)，該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向?yàn)?( ) (A) 正向自發(fā)進(jìn)行 (B) 逆向自發(fā)進(jìn)行 (C) 無法判斷 (D) 反應(yīng)不能進(jìn)行答：(C)。 判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，要用等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下的變化值，而不能用的值。除非該反應(yīng)是在標(biāo)準(zhǔn)壓力下進(jìn)行，則，反應(yīng)能逆向自發(fā)進(jìn)行?；蛘呤?/p>

47、一個(gè)絕對(duì)值很大的負(fù)值，改變壓力商也不可能改變的符號(hào)，則也小于零，這時(shí)可以估計(jì)反應(yīng)能自發(fā)正向進(jìn)行。2理想氣體混合物在化學(xué)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，應(yīng)該使用下列哪個(gè)關(guān)系式？ （ ） （A） （B）（C） （D）答：（B）。根據(jù)理想氣體化學(xué)勢(shì)的表示式，對(duì)數(shù)項(xiàng)中用表示，在化學(xué)反應(yīng)等溫式中，對(duì)數(shù)項(xiàng)中是壓力商，達(dá)平衡時(shí)，是平衡時(shí)的壓力商，所以標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是，相應(yīng)的Gibbs自由能的變化值為。3理想氣體反應(yīng)的與溫度T的關(guān)系為：。若要使反應(yīng)的平衡常數(shù)大于1，則應(yīng)控制的反應(yīng)溫度為 ( ) (A) 必須低于409.3 (B) 必須高于 (C) 必須低于 (D) 必須等于答：(C)。與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的關(guān)系式為，要使，則。從已知的

48、關(guān)系式，解得。要使反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下能自發(fā)正向進(jìn)行，必須小于零，所以，根據(jù)已知的關(guān)系式，反應(yīng)溫度必須低于。4在973 K時(shí)，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。若將如下各分壓的理想氣體混合在一起，在相同溫度下，反應(yīng)的方向?qū)?( ) (A) 向右進(jìn)行 (B) 向左進(jìn)行 (C) 處于平衡狀態(tài) (D) 無法判斷答：（A）。有一個(gè)可以作為判據(jù)的化學(xué)反應(yīng)等溫式為如果若，則，反應(yīng)可自發(fā)向右正向進(jìn)行。這個(gè)反應(yīng)的值為遠(yuǎn)小于的值，所以反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行。5在350 K時(shí)，發(fā)生分解反應(yīng)的計(jì)量方程為 設(shè)在兩個(gè)容積都等于的密閉容器A和B中，分別加入純的和，保持溫度不變，達(dá)到平衡后，下列說法正確的是 ( )(A) 兩容器中壓力相等 (B)

49、 A 內(nèi)壓力大于B內(nèi)壓力 (C) B內(nèi)壓力大于A內(nèi)壓力 (D) 必須經(jīng)實(shí)際測(cè)定方能判別答：(A)。因?yàn)槿萜鞯捏w積有限，都是過量的，在相同溫度下，兩密閉容器中的分解壓力相同。6根據(jù)某一反應(yīng)的值，下列不能確定的是 ( ) (A) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下自發(fā)變化的方向 (B) 在所對(duì)應(yīng)的溫度下的平衡位置 (C) 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下系統(tǒng)所能做的最大非膨脹功 (D) 提高溫度對(duì)平衡的影響情況答：(D)。溫度對(duì)平衡的影響情況，要用vant Hoff公式判斷，要根據(jù)反應(yīng)是吸熱還是放熱，來決定提高溫度對(duì)平衡有利還是不利，而用不好確定。7某實(shí)際氣體反應(yīng)，用逸度表示的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 隨下列哪個(gè)因素而變 ( ) (A) 系統(tǒng)的總壓力

50、(B) 催化劑 (C) 溫度 (D) 惰性氣體的量答：(C)。實(shí)際氣體化學(xué)勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)與理想氣體是一樣的，其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)僅是溫度的函數(shù)，所以標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)也是溫度的函數(shù)，會(huì)隨著溫度的改變而改變。8在某一反應(yīng)溫度下，已知反應(yīng)（1）的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為。那么，在相同的反應(yīng)條件下，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為 ( ) (A) 4 (B) 0.5 (C) 2 (D) 1答：(C)。第二個(gè)方程是第一個(gè)方程的逆過程，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是第一個(gè)方程的倒數(shù)。而第二個(gè)方程式的計(jì)量系數(shù)是第一個(gè)方程的一半，則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)應(yīng)開1/2次方，所以 9在298 K時(shí)，某化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由能變化的變化值，則反應(yīng)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)將 ( ) (A) (B) (C)