相平衡齐齐哈尔大学物理化学考试参考.doc

第六章 相平衡
6、1 指出下列平衡系统中得组分数C,相数P及自由度数F。
(1) I2(s)与其蒸气成平衡;
(2) MgCO3(s)与其分解产物MgO(s)与CO2(g)成平衡;
(3) NH4Cl(s)放入一抽空得容器中,与其分解产物NH3(g)与HCl (g) 成平衡;
(4) 取任意量得NH3(g)与H2S (g)与NH4HS(g)成平衡;
(5) 过量得NH4HCO3(s)与其分解产物NH3(g),H2O(g)与CO2(g) 成平衡;
(6) I2作为溶质在两不互溶液体H2O与CCl4中达到分配平衡(凝聚系统)。
解:(1)C=1,P=2,;
(2)C=2,P=3,;
(3)C=1,P=2,;
(4)C=2,P=2,;
(5)C=1,P=2,;
(6)C=3,P=2,。
6、2常见得Na2CO3(s)水合物有Na2CO3•H2O (s),Na2CO3•7H2O(s)与 Na2CO3•10H2O (s)
(1)101、325kPa下,与Na2CO3水溶液及冰平衡共存得水合物最多能有几种？
(2)20℃时,与水蒸气平衡共存得水合物最多能可能有几种？
解: S=5,R=3,R'=0,C=S-R-R'=2,F=C-P+1=3-P,Fmix=0,Pmax=3;
(1)已有两相(水溶液、冰),只能有一种水合物与其共存;
(2)已有一相(水蒸气),有二种水合物与其共存。
6、11 A-B二组分液态部分互溶系统得液-固平衡相图如附图所示,试指出各个项区得平衡关系,各条线所代表得意义,以及三相线所代表得平衡关系。
解:单相区:1:A与B得混合溶液l;
二相区:2:l1+ l2;3:l2+ B(s);4:l1+ A(s);
5:l1+ B(s);6:A(s)+B(s)
各条线代表得意义:
LJ:A得凝固点降低曲线;
JM:B得凝固点降低曲线;
NV:B得凝固点降低曲线;
MUN:液液相互溶解度曲线。
三相线:
MNO:l1+ B(s)l2;
IJK:A(s)+B(s)l1
固相开
始析出

固相开
始析出

液相
消失
6、13 低温时固态部分互溶、高温时固态完全互溶且具有最低熔点得A-B二组分凝聚系统相图。指出各相区得稳定相及各条线所代表得意义。
a
b
A
B
wB
题6、14 附图
t
1
2
3
4
c
d
e
5
f
解:1区为液态溶液,单相区;
2区为固溶体,单相区;
3区为液态溶液与固溶体两相平衡区;
4区为液态溶液与固溶体两相平衡区;
5区为固溶体与固溶体两相平衡区。
最上面边得一条曲线就是液相组成线,也就是A、B相互溶解度随温度变化曲线;
中间得acb线就是固溶体组成线,表示不同温度下与液相平衡时固溶体得组成;
下面得def线就是A(s)与B(s)得相互溶解度曲线,表示不同温度下固溶体与固溶体两相平衡时固溶体与固溶体得组成。
6、14 某二组分凝聚系统相图如附图所示。
(1)指出图中各相区得稳定相;
(2)绘出图中状态点为a得样品得冷却曲线,并指明冷却过程相变化情况。
解:如图:

6、16 某A-B二组分凝聚系统相图如附图所示。
(1)指出各相区稳定存在时得相,三相线上得相平衡关系;
(2)绘出图中状态点为a,b,c得样品得冷却曲线,并注明各阶段时得相变化。
解:(1)各相区相态如下表所示。
相 区
相 态
相 区
相 态
1
2
3
4
5
溶液l
固溶体
固溶体
固溶体
溶液l +固溶体
6
7
8
9
溶液l + 固溶体
溶液l + 固溶体
固溶体+ 固溶体
固溶体 + 固溶体
(2)水平线def为溶液l、固溶体、固溶体三相平衡,自由度数为0。在此线上有下述平衡存在:l(组成为)+(s,组成为)(s,组成为)
水平线ghk为溶液l、固溶体、固溶体三相平衡,自由度数为0。在此线上有下述平衡存在:l(组成为)(s,组成为)+(s,组成为)
↑
→
时间
温度
↘
↗
↗
固溶体
析出
液相
消失
图 状态点为a,b,c样品得冷却曲线
a
b
固溶体
析出
↘
固溶体析出
↗
液相消失
↗
固溶体析出
↗
液相消失
固溶体析出
c
(3)状态点为a,b,c三个样品得冷却曲线如下图所示。
6、17 某A-B二组分凝聚系统相图如附图。指出各相区得稳定相,三相线上得相平衡关系。
解:各相区相态如下表所示。A
B
wB
题6、17 附图
t
1
2
3
4
d
e
f
6
7
5
8
a
b
c

相 区
相 态
相 区
相 态
1
2
3
4
溶液l
固溶体
固溶体
溶液l1 +固溶体
5
6
7
8
溶液l1 +溶液l2
溶液l2 + 固溶体
溶液l2 + 固溶体
固溶体+ 固溶体
水平线abc为溶液l1、溶液l2、固溶体三相平衡,
自由度数为0。在此线上有下述平衡存在:
l1(组成为)+(s,组成为)l2(s,组成为)
水平线def为溶液l2、固溶体、固溶体三相平衡,
自由度数为0。在此线上有下述平衡存在:
l2(组成为)(s,组成为)+(s,组成为)
6、18 利用下列数据,粗略地描绘出Mg-Cu二组分凝聚系统相图,并标出各区得稳定相。Mg与Cu得熔点分别为648 ℃,1085 ℃。两者可形成两种稳定化合物,Mg2Cu,Mg2Cu2,其熔点依次为580℃、800℃。两种金属与两种化合物四者之间形成三种低共熔混合物。低共熔混合物得组成及低共熔点对应为:35%,380℃;66%,560℃;90、6%,680℃。
解:相对原子质量Ar(Cu)= 63、546,Ar(Mg)= 24、305。
Mg2Cu得组成
MgCu2得组成
Mg
Cu
w(Cu) / (%)→
图 Mg-Cu二组分凝聚系统相图
t/℃
1
2
3
4
6
7
5
8
Mg2Cu
9
10
0
20
40
60
80
100
200
400
600
800
1000
1200
MgCu2
↓
↓
根据题设数据绘制相图如下图所示。
各相区相态如下表所示。
相 区
相 态
相 区
相 态
1
2
3
4
5
溶液l
溶液l + Mg(s)
溶液l + Mg2Cu (s)
Mg(s) + Mg2Cu (s)
溶液l + Mg2Cu (s)
6
7
8
9
10
溶液l + MgCu2 (s)
Mg2Cu (s) + MgCu2 (s)
溶液l + MgCu2 (s)
溶液l + Cu(s)
MgCu2 (s) + Cu(s)
6、19 某生成不稳定化合物系统液-固平衡相图如附图所示,绘出图中状态点为a,b,c,d,e,得样品得冷却曲线。
解:由任一状态点冷却,在单相区时冷却速度就是均匀得,当与液相线相交时,固态物质开始析出,由相变热放出,故冷却速度变慢,步冷曲线斜率改变,曲线出现折点。当温度到达三相线温度时,系统三相平衡,自由度f = 0,温度保持不变,冷却曲线出现平台,直至有一个相消失后,温度才可继续下降。状态点为a,b,c,d,e,f,g得样品得冷却曲线如下图所示。

6、20 SiO2-Al2O3系统高温区间得相图示意图如图所示。高温下,SiO2有白硅石与鳞石英两种晶型,AB就是其转晶线,AB线之上为白硅石,之下为鳞石英。化合物M组成为3SiO2•Al2O3。
(1)指出各相区得稳定相及三相线得相平衡关系;
(2)绘出图中状态点为a,b,c得样品得冷却曲线。
解:

各相区得稳定相:
1:l; 2:l +SiO2; 3:l +M; 4:SiO(白硅石)+M; 5:SiO(鳞石英)+M;
6:l + Al2O3; 7:M+ Al2O3。
三相线上得相平衡关系:
左:SiO+Ml; 右:l + Al2O3M
6、21 某A-B二元凝聚系统相图如附图所示。其中C为不稳定化合物。
(1)标出图中各相区得稳定相与自由度;
(2)指出图中得三相线及相平衡关系;
(3)绘出图中状态点为a,b得样品得冷却曲线,注明冷却过程相变化过程;
(4)将5kg处于b点得样品冷却至t1,系统中液态物质与析出固态物质得质量各为多少？
解:(1)各相区得相态如下表所示。
相区
相 态
自由度
相区
相 态
自由度
1
2
3
4
溶液
α(s)
β(s)
溶液+α(s)
2
2
2
1
5
6
7
8
溶液+C(s)
溶液+β(s)
α(s)+C(s)
β(s)+C(s)
1
1
1
1
(2)三相线cde上得相平衡:α(s)+C(s)l
三相线fgh上得三相平衡:l+β(s)C(s)
(3)冷却曲线如右图:
(4)b点得样品冷却至t1,l,β(s)两相平衡共存,由图读出两相得组成:
wB(l)=0、6,wB(s)=0、9,而系统点组成为wB(b)=0、7。于就是
,m(l)+m(s)=5kg
m(l)=3、33 kg,m(s)=1、67kg
题6、22附图
A
B
wB
t
a
b
1
2
3
4
c
f
6
7
5
8
d
e
C2
C1
g
h
k
9
10
6、22 某A-B二组分凝聚系统相图如图所示。标出各相区得稳定相、指出三相线得相平衡关系。
解:各相区得相态如下表所示。
相 区
相 态
相 区
相 态
1
2
3
4
5
溶液
α(s)
溶液+α(s)
溶液+C1(s)
溶液+C1(s)
6
7
8
9
10
溶液+C2(s)
溶液+ B(s)
α(s)+C1(s)
C1(s) +C2(s)
B(s) +C2(s)
三相线abc上得三相平衡:
溶液(组成为wb)固溶体α(s)+化合物C1(s)
三相线def上得三相平衡:
溶液(组成为we)化合物C1(s)+不稳定化合物C2(s)
三相线ghk上得三相平衡:
溶液(组成为wg)+B(s)不稳定化合物C2(s)
6、23某A-B二组分凝聚系统相图如图所示。标出各相区得稳定相、指出三相线得相平衡关系。
解:各相区得稳定相:
1:l;2:l+A;3:A+C;4:l+C;5:C+a;
6:l+a; 7:l+b;8:a;9:b;10:a+b
三相线上得相平衡关系:
ab:A+lC
cd:C+al
ef:l+ba
6、25 A-B二组分凝聚系统相图如图所示。
(1)标出各相区得稳定相;指出各三相平衡线得相平衡关系;
(2)指出图中得化合物C,D就是稳定化合物还就是不稳定化合物;
(3))绘出图中状态点为a,b得样品得冷却曲线,并指明冷却过程相变化情况。
解:(1)各相区得稳定相:
1:l;2:a;3:l+a;4:l1+ l2;5:l+C;6:a+C; 7:b;8:b+l;9:b+D;
10:l+D;11:B+D;12:l+B
三相线上得相平衡关系:
cd:C+al ef:l1+Cl2
gh:a+lD mn:D+Bl
(2)C就是稳定化合物,D就是不稳定化合物;
(3)冷却曲线如图