物理化学课后习题第六章答案.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F。
(1)    I2(s)与其蒸气成平衡;
(2)    CaCO3(s)与其分解产物CaO(s)与CO2(g)成平衡;
(3)    NH4HS(s)放入一抽空得容器中,并与其分解产物NH3(g)与H2S(g)成平衡;
(4)    取任意量得NH3(g)与H2S(g)与NH4HS(s)成平衡。
(5)    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, F = C – P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1、
          (2)C = 3 – 1 = 2, P = 3, F = C –P + 2 = 2 – 3 + 2 = 1、
          (3)C = 3 – 1 – 1 = 1, P = 2, F = C – P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1、
          (4)C = 3 – 1 = 2, P = 2, F = C – P + 2 = 2 – 2 + 2 = 2、
          (5)C = 3, P = 2, F = C – P + 1 = 3 – 2 + 1 = 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,与水蒸气平衡得水合物最多可能有几种？
解:(1)C = S – R R' = 2 – 0 – 0 =2
F = C – P + 1 =2 –P + 1= 3 – P ≥0, 即P2≤1,那么能与Na2CO3水溶液及冰平衡共存得水合物最多只有一种。
(2)C = S – R R' = 2 – 0 – 0 =2
F = C – P + 1 =2 –P + 1= 3 – P ≥0,即P1≤2,那么与水蒸气平衡得水合物最多可能有两种。
6、4 单组分系统碳得想吐(示意图)如附图所示。
(1)分析图中各点、线、面得相平衡关系及自由度数;
(2)25℃,101、325kPa下,碳以什么状态稳定存在？
(3)增加压力可以使石墨转换为金刚石。已知石墨得摩尔体积大于金刚石得摩尔体积,那么加压使石墨转换为金刚石得过程吸热还就是放热？
解:(1)OA线——石墨与金刚石得平衡 F=1
OB线——石墨与液相碳得平衡 F=1
OC线——金刚石与液相碳得平衡 F=1
O点 ——石墨,金刚石与液相碳得三相平衡点 F=0
A点 ——石墨与金刚石得不可区分点
B点 ——石墨与液相碳得不可区分点
C点 ——金刚石与液相碳得不可区分点
(2)从相图上可直接读得,碳在25℃,101、325kPa时稳定存在得形式就是石墨;
(3)由克拉佩龙方程:
若增加压力:,即 ,又有 ,那么可以得到
,那么加压使石墨转换为金刚石得过程就是放热过程。
6、5        已知甲苯、苯在90 °C下纯液体得饱与蒸气压分别为54、22 kPa与136、12 kPa。两者可形成理想液态混合物。取200、0 g甲苯与200、0 g苯置于带活塞得导热容器中,始态为一定压力下90 °C得液态混合物。在恒温90 °C下逐渐降低压力,问
(1)    压力降到多少时,开始产生气相,此气相得组成如何？
(2)    压力降到多少时,液相开始消失,最后一滴液相得组成如何？
(3)    压力为92、00 kPa时,系统内气液两相平衡,两相得组成如何？两相得物质得量各位多少？
解:原始溶液得组成为

       (1)刚开始出现气相时,可认为液相得组成不变,因此

       (2)只剩最后一滴液体时,可认为气相得组成等于原始溶液得组成

       (3)根据(2)得结果

              由杠杆原理知,

6、6        101、325 kPa下水(A)醋酸(B)系统得气液平衡数据如下。

100
102、1
104、4
107、5
113、8
118、1

0
0、300
0、500
0、700
0、900
1、000

0
0、185
0、374
0、575
0、833
1、000
(1)    画出气液平衡得温度组成图。
(2)    从图上找出组成为得气相得泡点。
(3)    从图上找出组成为得液相得露点。
(4)    105、0 °C时气液平衡两相得组成就是多少？
(5)    9 kg水与30 kg醋酸组成得系统在105、0 °C达到平衡时,气液两相得质量各位多少？
解:(1)气液平衡得温度组成图为

       (2)得气相得泡点为110、3 °C。
       (3)得液相得露点为112、7 °C。
       (4)105、0 °C时气液平衡两相得组成,。
       (5)系统代表点

6、7        已知水苯酚系统在30 °C液液平衡时共轭溶液得组成为:L1(苯酚溶于水),8、75 %;L2(水溶于苯酚),69、9 %。
(1)    在30 °C,100 g苯酚与200 g水形成得系统达液液平衡时,两液相得质量各为多少？
(2)    在上述系统中若再加入100 g苯酚,又达到相平衡时,两液相得质量各变到多少？
              解:(1)系统代表点,根据杠杆原理

(3)    系统代表点

6、8        水异丁醇系统液相部分互溶。在101、325 kPa下,系统得共沸点为89、7 °C。气(G)、液L1)、液(L2)三相平衡时得组成依次为:70、0 %;8、7 %;85、0 %。今由350 g水与150 g异丁醇形成得系统在101、325 kPa压力下由室温加热,问:
(1)    温度刚要达到共沸点时,系统处于相平衡时存在哪些相？其质量各为多少？
(2)    当温度由共沸点刚有上升趋势时,系统处于相平衡时存在哪些相？其质量各为多少？
       解:相图见图(6、7、2)。(1)温度刚要达到共沸点时系统中尚无气相存在,只存在两个共轭液相。系统代表点为。根据杠杆原理

(2)当温度由共沸点刚有上升趋势时,L2消失,气相与L1共存,因此

6、10    为了将含非挥发性杂质得甲苯提纯,在86、0 kPa压力下用水蒸气蒸馏。已知:在此压力下该系统得共沸点为80 °C,80 °C时水得饱与蒸气压为47、3 kPa。试求:
(1)    气相得组成(含甲苯得摩尔分数);
(2)    欲蒸出100 kg纯甲苯,需要消耗水蒸气多少千克？
解:沸腾时系统得压力为86、0 kPa,因此

       消耗水蒸气得量

6、12    固态完全互溶、具有最高熔点得AB二组分凝聚系统相图如附图。指出各相区得相平衡关系、各条线得意义并绘出状态点为a,b得样品得冷却曲线。
 解:单项区:1 (A + B, 液态溶液, l)         
    4 (A + B, 固态溶液, s)
    二相区: 2 (l1 + s1), 3 (l2 + s2)
上方曲线,液相线,表示开始有固溶体产生;
下方曲线,固相线,表示液态溶液开始消失。冷却曲线如图所示。
6、16某AB二组分凝聚系统相图如附图所示。
(1)指出各相区得稳定相,三相线上得相平衡关系;
(2)绘出途中状态点为a,b,c得样品得步冷曲线,并表明各阶段得相变化。

(1)题目给出得相图可以瞧作就是由一个共熔型与一个转熔型得二组分固态部分互熔凝聚系统构成,所以一定存在固溶体区,各相区得稳定相已在图中标出。
图中有两条三相线:
mon线:因m,n,o三个点分别与A(s),B(s)与l三个单相区相接,故为A(s),B(s)与l三相共存,其平衡关系为
fed线:此三相线表示得就是B(s) ,C(s)与l三相共存, 其平衡关系为
(2)步冷曲线如图所示。
(注意:当冷却过程通过三相线时,在步冷曲线上一般曲线水平线,但就是通过得就是三相线两端点时,则只会出现转折点)
6、19某生成不稳定化合物系统得液固系统相图如附图所示,绘出图中状态点为a,b,c,d,e得样品得步冷曲线。