冶金热力学(Ⅱ)习题解(第4章).doc

冶金热力学（Ⅱ）习题（第4章） 实验研究反应： 0.5SiS2(s) + 0.5Si (s) ==== SiS (g)的平衡数据如下： T / K 863 881 919 928 942 952 970 996 1015 1049 1050 pSiS / Pa 0.4002 0.7295 2.538 3.151 5.867 7.841 13.578 31.026 51.544 101.73 109.84 用作图法或统计法计算求上列温度范围内该反应的。 解：根据化学反应的等压方程式得：，即与呈线性关系， 根据题目所给数据得如下数据表： 1.159 1.135 1.088 1.078 1.062 1.050 1.031 1.004 0.985 0.9524 -0.9158 -0.2294 0.9314 1.1477 1.769 2.059 2.608 3.435 3.942 4.699 依表中数据作线性回归得方程： 故 2. CuO和Cu2O两固相平衡时的氧压如下： 1173 1223 1273 1303 1350 2108 5046 13203 22798 51068 计算反应 2CuO（s）=== Cu2O（s）+ 0.5 O2（g）的和，写出与T的关系式。 解： 即：，或与呈线性关系，依题目数据作图如下： 由直线的斜率得： 由直线的截距得： 故 3. 在298K下列反应： CuSO4（s）+ H2O（g） === CuSO4·H2O（s） ① CuSO4·H2O（s）+ 2H2O（g） === CuSO4·3H2O（s） ② CuSO4·3H2O（s）+ 2H2O（g） === CuSO4·52O（s） ③ 的平衡蒸气压：p1 = 107Pa，p2= 747 Pa，p3= 1040。 （a）导出总压为p，H2O的蒸气压 p3时，反应④： CuSO4（s）+ 5 H 2O（g）=== CuSO4·5 H 2O（s） 的自由能表达式； （b）若p=3166 Pa（298K水的饱和蒸气压）时，反应④的△rG = ？ （c）若p p3时，（a）问导出的关系式是否有意义？解释相应于的意义。 （d）在实验中将纯CuSO4·5H2O样品放在抽空的容器中，平衡时压强为933 Pa，结果什么化合物稳定存在？ 解：（a）将式①、式②和式③相加即得式④，故 而 ， 当H2O的蒸气压 p3时，反应①、②和③都将存在与体系中，且H2O的蒸气压=总压p， 故反应④的自由能表达式为： （b）当p=3166 Pa时，反应④的 （c）当p p3时，则至少是反应③达不到平衡，而且可能出现的 结果，此时反应④不能正向进行。而时，，说明在此条件下，反 应④恰好达到平衡。 （d）平衡压强为933 Pa时，，说明反应③逆向进行，即CuSO4·5H2O分解成CuSO4·3H2O（s）和 H2O（g）， 而，说明反应③正向进行，即CuSO4·3H2O（s）不分解，因此平衡时稳定存在的化合物应该是CuSO4·3H2O（s）。 4. 利用PbO与SO2- O2混合气体作用生成PbS或PbSO4，可以从含有PbO，PbS和PbSO4的矿石中除去PbO，气相中氧分压虽然能在较宽范围内变化，二氧化硫分压却不会大于50662 Pa，计算能确保除掉PbO需要的温度。 解： 5.浮氏体（FeO）可被CO-CO2气体混合物在高温下还原为金属Fe。求1000℃与Fe和FeO平衡的气体混合物中CO、CO2及O2的分压。 解：体系中的平衡反应有 （a） FeO（s） + CO（g）==== Fe + CO2（g） （b） CO（g）+ 0.5O2（g）==== CO2（g） 查表得：① C（s）+ O2（g）==== CO2（g） ② C（s）+ 0.5O2（g）==== CO（g） ③ Fe + 0.5O2（g）==== FeO（s） 则反应（b）= 反应①－反应② ，故 （1） 而反应（a）=反应（b）－反应③，故 （2） 由式（2）得： 在1000℃下，有 （3） 由式（2）和式（1）得： 在1000℃下，有 （4） 设体系的总压为，则 （5） 联立求解方程组（式（3）~式（5））得： ，， 6. 导出