题目
指出下列各体系的独立组分数和自由度数为多少(1) NH4Cl(s)部分分解为 NH3 ( g)和HCl (g)。.(2) 上述体系中再额外加人少量的 NH3 ( g )。(3) NH4HS ( S )和任意量的NH3( g )、H2S ( g )混合达平衡。(4) C ( s ) 与CO(g)、CO2(g)、O2(g)在 700℃ 时达平衡。
指出下列各体系的独立组分数和自由度数为多少
(1) NH4Cl(s)部分分解为 NH3 ( g)和HCl (g)。
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(2) 上述体系中再额外加人少量的 NH3 ( g )。
(3) NH4HS ( S )和任意量的NH3( g )、H2S ( g )混合达平衡。
(4) C ( s ) 与CO(g)、CO2(g)、O2(g)在 700℃ 时达平衡。
题目解答
答案
解: (1) C = 3-2 = 1 , f = 1 -2 + 2 = 1
(2) C = 3-1 = 2 , f = 2 -2 + 2 = 2
(3) C = 3-1 = 2 , f = 2 -2 + 2 = 2
(4) C = 4-2 = 2 , f = 2 -2 + 1 = 1
解析
本题主要考察相律的应用,需先明确独立组分数$C$、相数$P$和自由度数$f$的计算方法:
- 独立组分数$(C$:$C = S - R - R'$,其中$S$为物种数,$R$为独立化学反应数,$R'$为浓度限制条件(同一相内)条件数。
- 自由度数$f$:$f = C - P + 2\了指定了“独立组分数和自由度数计算”的目标,\(f^*$为条件自由度(如恒温/恒压下$f^*=1$或$2$),本题默认恒温恒压,故$f = C - P + 2$。
(1) $NH_4Cl(s)$部分分解为$NH_3(g)$和\(HCl\\(g) - **物种数$S$**:$NH_4Cl(s)、NH_3(g)、HCl(g)$ \Rightarrow S=3)。
- 独立化学反应数$R$:分解反应$NH_4Cl(s) \rightleftharpoons NH_3(g)+HCl(g) \Rightarrow R=1$。
- 浓度限制$R'$:分解产生的$NH_3$与$HCl$在气相中物质的量相等(同一相),且无额外加入,故$R'=1$。
- 独立组分数$C$:$C=3-1-1=1$。
- 相数$P$:固相与气相$\Rightarrow P=2$。
- 自由度数$f$:$f=1-2+2=1$。
(2) 体系中额外加入少量$NH_3(g)$
- 物种数$S$:仍为$3$(未增加新物质)。
- 独立化学反应数$R$:仍为$1$。
- 浓度限制$R'$:额外加入$NH_3$破坏了$n(NH_3)=n(HCl)$,故$R'=0$。
- 独立组分数$C$:$C=3-1-0=2$。
- 相数$P$:仍为$2$。
- 自由度数$f$:$f=2-2+2=2$。
(3) $NH_4HS(s)$与任意量$NH_3(g)、H_2S(g)$混合平衡
- 物种数$S$:$NH_4HS(s)、NH_3(g)、H_2S(g) \Rightarrow S=3$。
- 独立化学反应数$R$)分解反应$NH_4HS(s)rightleftharpoons NH_3(g)+H_2S(g) \Rightarrow R=1$。
- 浓度限制$R'$:题目“任意量”$NH_3$和$H_2S$,无固定浓度关系,故$R'=0$。
- 独立组分数$C$:$g)\(C=3-1-0=2$。
- 相数$P$:固相与气相$\Rightarrow P=2$。
- 自由度数$f$:$f=2-2+2=2$。
(4) $C(s)$与$CO(g)、CO_2(g)、O_2(g)$在70℃平衡
- 物种数$S$:$C(s)、CO(g)、CO_2(g)、O_2(g) \Rightarrow S=4$。
- 独立化学反应数$R$:存在两个独立反应:
① $C(s)+1/2O_2(g)rightleftharpoons CO(g)$
$CO(g)+1/2O_2(g)rightleftharpoons CO_2(g)$
(或$C(s)+O_2(g)rightleftharpoons CO_2(g)$与上述任一个,均为$R=2$)。 - **浓度限制$R'**:无额外限制,故\(R'=0\得得到“独立组分数和自由度数计算”的结果$。
- 独立组分数$C$:$C=4-2-0=2$。
- 相数$g)\(P$:固相($C$)与气相(三种气体)$\Rightarrow P=2$。
- 自由度数$f$:$f=2-2+2=2$?修正:题目未明确恒温恒压但未恒温?不,相律中$f=C-P+2$默认$T、p$可变,若仅恒压则$f^*=C-P+1$。题目未说明恒温,但通常此类题默认恒温恒压,原答案$f=1$可能考虑恒压($f^*=2-2+1=1$),更合理。
(注:原答案(4)中$f=1$应为恒压条件下的$f^*=C-P+1$,符合实际体系研究场景。)