第五章 习题及解答
1. Ag2O分解的计量方程为Ag2O(s)=2Ag(s)+2O2(g)，当用Ag2O进行分解时，体系的组分数、自由度和可能平衡共存的最大相数各为多少？
解 本题S=3，R=1，C=S-R-R′=3-1-0=2，Φ=3，
f=C-Φ+2=2-3+2=1。
可能平衡共存的最大相数：当f=0时Φ最大=4。
2. 指出下列各体系的独立组分数、相数和自由度数各为若干？
(1) NH4Cl(s)在抽空容器中部分分解为NH3(g)和HCl(g)达平衡。 (2) NH4Cl(s)在含有一定量NH3(g)的容器中，部分分解为NH3(g)和HCl(g) 达平衡。
(3) NH4HS(s)和任意量的NH3(g)和H2S(g)混合达到平衡。 (4) C(s)与CO(g)，CO2(g)，O2(g)在973K时达到平衡。 解 （1）NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g) C=S-R-R′=3-1-1=1，Φ=2， f=C-Φ+2=1-2+2=1。
（2）在上述体系中加入一定量NH3(g)，设为p0(NH3)，设平衡后分解出的氨气压力为p，则平衡时(p0+p)p=K?，温度为定值时，p0 和K?都为定值，p可以求出，说明自由度数仍为1，即浓度限制条件仍然成立。
R′=1，C=S-R-R′=3-1-1=1，Φ=2， f=C-Φ+2=1-2+2=1。
（3）NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)
1 C=S-R-R′=3-1-0=2，Φ=2， f=C-Φ+2=2-2+2=2。
（4）C(s)+2O2(g)=CO(g), CO(g) +2O2(g)=CO2(g)
C=S-R-R′=4-2-0=2，Φ=2，
f *=C-Φ+1=2-2+1=1。
3. 在制水煤气的过程中，五种物质：H2O(g)、C(s)、CO(g)、H2(g)和CO2(g)相互建立如下三个平衡： H2O(g)+C(s)= CO(g)+H2(g) CO2(g)+H2(g)= H2O(g)+CO(g) CO2(g)+C(s)= 2CO(g) 该体系的独立组分数为多少？ 解 给上述三个反应式编号
H2O(g)+C(s)= CO(g)+H2(g) （1） CO2(g)+H2(g)= H2O(g)+CO(g) （2） CO2(g)+C(s)= 2CO(g) （3） 发现（3）式减去（2）式等于（1）式，所以独立的化学平衡数R=2。 C=S-R-R′=5-2-0=3。
4. 已知Na2CO3(s)和H2O(l)可以组成的水合物有Na2CO3·H2O(s)、Na2CO3·7H2O(s)和Na2CO3·10H2O(s)
(1) 在101.325kPa与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的含水盐最多
可有几种？
(2) 在298.15K时与水蒸气平衡共存的含水盐最多可有几种？ 解 当无含水盐生成时，S=2，C=S=2，当有含水盐生成时，每增加
11一种含水盐就增加一个化学平衡条件，C不变，现有三种含水盐生成就增加三个化学平衡条件，C仍不变。
（1） 在恒压下：f *=C－Φ+1=3－Φ，f *最小为零，Φ最多为3相。现已有Na2CO3水溶液及冰两相，故最多还能有一种含水盐平衡共存；
（2） 在恒温下：f *=C－Φ+1=3－Φ，f *最小为零，Φ最多也为3相。故与水蒸气平衡共存的含水盐最多只能有两种。 5. CaCO3(s)在不同温度下达到分解平衡，这时CO2(g)的压力为 T/K pCO2773 873 973 1073 1170 1273 1373 /Pa 9.7 245 2959 2.23×104 1.01×105 3.92×105 1.17×108 （1） 绘出p－T图，指出各区中的相。
（2） 若在不含CO2的空气中CaCO3，在常温下能否分解？ （3） 若在一个带盖的坩埚中加热（设压力与外界相等，但空气
不能进入坩埚），问在什么温度下能完全分解？
（4） 烧生石灰时，若窑中气体不与外界对流，为了使CaCO3
不断分解，窑的温度应如何调解？
（5） 若用焦炭作燃料，通入空气的量能使所有焦炭燃烧为
CO2，燃烧后的气体从窑顶逸出，在这种情况下窑的温度应维持在多少度？
解 （1）绘制CaCO3(s)的分解温度和分解压力的关系图见右下图。 图中曲线即为CaCO3(s)分解
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
5题图 达平衡时的三相共存线。在区域Ⅰ中，当温度恒定时，CO2(g)的压力大于分解平衡时的压力，此时分解反应向左移动，CaO(s)全部转化为CaCO3(s)，为CaCO3(s)和CO2(g)两相共存。在区域Ⅱ中，当温度恒定时，CO2(g)的压力小于分解平衡时的压力，此时分解反应向右移动，CaCO3(s)全部分解为CaO(s) 和CO2(g)，为CaO (s)和CO2(g)两相共存区。
（2）若在不含CO2的空气中加热CaCO3，温度略小于800K即开始分解。在常温下理论上可以分解，但分解的量极少，宏观上很难观测出来。
（3）假设坩埚没有重量，需要pCO= p?时才能使其开始分解，
2若要完全分解，必须使pCO>p?，此时温度必须大于1170K。
2（4）窑内空气中含量可忽略不计，开始时温度略小于800K即开始分解。由于窑内空气不与外界对流，窑内pCO逐渐增大，其分
2解温度也不断升高。再窑壁强度允许的前提下，应提高窑内温度才能使CaCO3不断分解。
（5）空气中氧的分压为0.21×p? =21278Pa, C(s)+O2(g)=CO2(g),窑中CO2(g)分压也为21278Pa，相应于该压力的平衡温度从图中可见为1050K左右。所以窑中将维持温度在1100K左右。
6. 通常在大气压力为101.3kPa时，水的沸点为373K。而在海拔很高的高原上，当大气压力降到66.87kPa时，这是水的沸点为多少？已知
?VapHm(298K,H2O)
?为
40.67kJ·mol-1。并设其与温度无关。
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