题目

ZnCO3(s) 的分解反应为: ZnCO3(s)=ZnO(s) + CO2(g) ZnCO3(s)ZnO(s)CO2(g)(298K)/kJ·mol-1-731.52–318.3–394.36S(298K)/(J·mol-1·K-1)82.443.64213.7cp,m/(J·mol-1·K-1)79.7140.337.1试求:(1)在298K时,ZnCO3(s)分解反应的标准平衡常数K和Um;(2)在500K时,ZnCO3(s)的分解压力;(3)在298K,p(CO2)=1000Pa下,ZnCO3(s)能否分解。(14分)

ZnCO3(s) 的分解反应为: ZnCO3(s)=ZnO(s) + CO2(g)

ZnCO3(s)

ZnO(s)

CO2(g)

(298K)/kJ·mol-1

-731.52

–318.3

–394.36

S(298K)/(J·mol-1·K-1)

82.4

43.64

213.7

cp,m/(J·mol-1·K-1)

79.71

40.3

37.1

试求:

(1)在298K时,ZnCO3(s)分解反应的标准平衡常数K和Um;

(2)在500K时,ZnCO3(s)的分解压力;

(3)在298K,p(CO2)=1000Pa下,ZnCO3(s)能否分解。(14分)

题目解答

答案

解:(1) Gm=vBB= (-318.3-394.36+731.52) kJ·mol-1= 18.86 kJ·mol-1

Sm=vBSB= (43.64+213.7-82.4) J·mol-1·K-1= 174.94 J·mol-1·K-1

Hm=Gm+TSm=(18.86+298×0.17494) kJ·mol-1= 70.99 kJ·mol-1

Um=Hm-vBRT= (70.99-1×8.315×298×10－3) kJ·mol-1

=68.51 kJ·mol-1

K=exp(-Gm/RT) =exp[-18860/(8.315×298)]=4.948×10－4

(2) vBcp,m,B=(40.3+37.1-79.71) J·mol-1·K-1 = -2.31 J·mol-1·K-1

计算500K时

Hm(500K)=Hm(298K)+vBcp,m,B×(500-298)K=(70.99-2.31×0.202) kJ·mol-1

=70.52 kJ·mol-1

Sm(500K)=Sm(298K)+vBcp,m,B×ln(500K/298K)

= [174.94-2.31×ln(500/298)] J·mol-1·K-1

= 173.74 J·mol-1·K-1

Gm(500K)=Hm(500K)-500K×Sm(500K)=(70.52-0.5×173.74) kJ·mol-1

= 16.35 kJ·mol-1

K=exp(-Gm/RT)=exp[(-16350/8.315×500)]=0.01959

ZnCO3(s)的分解压

p=Kp=0.01959p

(3) 在298K,ZnCO3(s)的分解压p=Kp=4.948×10－4p=49.48Pa<p(CO2),所以ZnCO3(s)不会分解。

解析

步骤 1：计算标准生成自由能变化（ΔGm）
根据给定的生成自由能数据，计算ZnCO3(s)分解反应的标准生成自由能变化（ΔGm）。
步骤 2：计算标准生成焓变（ΔHm）
根据给定的生成焓数据，计算ZnCO3(s)分解反应的标准生成焓变（ΔHm）。
步骤 3：计算标准熵变（ΔSm）
根据给定的熵数据，计算ZnCO3(s)分解反应的标准熵变（ΔSm）。
步骤 4：计算标准平衡常数（K）
利用ΔGm和温度T，计算标准平衡常数K。
步骤 5：计算内能变化（ΔUm）
利用ΔHm和温度T，计算内能变化ΔUm。
步骤 6：计算500K时的分解压力
利用500K时的ΔHm和ΔSm，计算500K时的分解压力。
步骤 7：判断298K时的分解情况
比较298K时的分解压力和给定的CO2压力，判断ZnCO3(s)是否分解。