题目
5.3一定条件下,A g与H2S可能发生下列反应:-|||-(s)+(H)_(2)S(g)=!=!= (Ag)_(2)S(s)+(H)_(2)(g)-|||-25℃,100 kPa下,将Ag置于体积比为10:1的H2(g)与H 2S(g)混合气体中。-|||-(1)Ag是否会发生腐蚀而生成Ag2S ?-|||-(2)混合气体中H2 S气体的体积分数为多少时,Ag不会腐蚀生成Ag2S?-|||-已知25℃时,H2S (g)和Ag2S(s)的标准生成吉布斯函数分别为 -33.56kJcdot (mol)^-1 和-|||--40.26kJcdot (mol)^-1-|||-答:(1)会腐蚀成A g2S;(2) ((H)_(2)S)leqslant 0.0628
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算反应的标准吉布斯自由能变化
根据题目给出的数据，计算反应的标准吉布斯自由能变化 $\Delta_rG^\circ$。反应为：$2Ag(s) + H_2S(g) \rightarrow Ag_2S(s) + H_2(g)$。标准生成吉布斯函数分别为：$\Delta_fG^\circ(H_2S(g)) = -33.56 kJ\cdot mol^{-1}$，$\Delta_fG^\circ(Ag_2S(s)) = -40.26 kJ\cdot mol^{-1}$。因此，$\Delta_rG^\circ = \Delta_fG^\circ(Ag_2S(s)) - \Delta_fG^\circ(H_2S(g)) = -40.26 kJ\cdot mol^{-1} - (-33.56 kJ\cdot mol^{-1}) = -6.7 kJ\cdot mol^{-1}$。
步骤 2：判断反应是否自发进行
根据吉布斯自由能变化的符号，判断反应是否自发进行。$\Delta_rG^\circ < 0$，说明反应在标准状态下是自发进行的，即Ag会发生腐蚀而生成Ag2S。
步骤 3：计算H2S气体的体积分数
为了使Ag不发生腐蚀，即反应不进行，需要计算H2S气体的体积分数。根据反应的平衡常数表达式，$K_p = \frac{P_{H_2}}{P_{H_2S}}$。在25℃，100kPa下，设H2和H2S的起始量分别为10mol和1mol，H2S的解离度为x，则$P_{H_2} = 10 + x$，$P_{H_2S} = 1 - x$。根据$\Delta_rG^\circ = -RT\ln K_p$，代入数据计算得到$K_p = 10$。因此，$10 = \frac{10 + x}{1 - x}$，解得$x = 0.0628$。所以，H2S气体的体积分数为$y(H_2S) \leqslant 0.0628$。
根据题目给出的数据，计算反应的标准吉布斯自由能变化 $\Delta_rG^\circ$。反应为：$2Ag(s) + H_2S(g) \rightarrow Ag_2S(s) + H_2(g)$。标准生成吉布斯函数分别为：$\Delta_fG^\circ(H_2S(g)) = -33.56 kJ\cdot mol^{-1}$，$\Delta_fG^\circ(Ag_2S(s)) = -40.26 kJ\cdot mol^{-1}$。因此，$\Delta_rG^\circ = \Delta_fG^\circ(Ag_2S(s)) - \Delta_fG^\circ(H_2S(g)) = -40.26 kJ\cdot mol^{-1} - (-33.56 kJ\cdot mol^{-1}) = -6.7 kJ\cdot mol^{-1}$。
步骤 2：判断反应是否自发进行
根据吉布斯自由能变化的符号，判断反应是否自发进行。$\Delta_rG^\circ < 0$，说明反应在标准状态下是自发进行的，即Ag会发生腐蚀而生成Ag2S。
步骤 3：计算H2S气体的体积分数
为了使Ag不发生腐蚀，即反应不进行，需要计算H2S气体的体积分数。根据反应的平衡常数表达式，$K_p = \frac{P_{H_2}}{P_{H_2S}}$。在25℃，100kPa下，设H2和H2S的起始量分别为10mol和1mol，H2S的解离度为x，则$P_{H_2} = 10 + x$，$P_{H_2S} = 1 - x$。根据$\Delta_rG^\circ = -RT\ln K_p$，代入数据计算得到$K_p = 10$。因此，$10 = \frac{10 + x}{1 - x}$，解得$x = 0.0628$。所以，H2S气体的体积分数为$y(H_2S) \leqslant 0.0628$。