第六章、相平衡
1 将一定量的NH4Cl(s)置于真空容器中, 加热分解达平衡, 系统
的组分数为 ___ 1 , 相数为___, 2 自由度数为 1 .
2 酚与水混合形成相互饱和的两个液层, 该平衡系统的独立组 2 相数 P = ______, 2 2 分数 C = _____, 自由度数 F = _______. 3 单组分相图上每一条线表示 两相平衡 时系统温度和压力之 间的关系, 这种关系遵守 克劳修斯 _____________________ 方程. -克拉贝龙
B. 2
C. 3
D. 随生成氧化物数目而变
3 AlCl3加入水中形成的系统, 其独立组分数是_____. A
A. 2
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B. 3
C. 4
D. 5
5
4 关于相律的适用条件, 下列说法较准确的是_____. D A. 封闭系统 B. 敞开系统 C. 多相平衡系统 D. 平衡系统 5 碳酸钠与水可形成下列几种水合物: Na2CO3 H2O, Na2CO3 7H2O, Na2CO3 10H2O. 在101.325kPa, 与碳酸钠水溶液和 冰共存的含水盐最多可以有 ____ B 种. A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 F = C－P + 1 C = 2; 当F = 0时, P = 3(溶液, 冰, 固体盐) B 6 单组分物质的熔点温度 ______. A. 是常数 B. 仅是压力的函数 C. 同时是压力和温度的函数函 D. 是压力和其它因素的函数
磷的相图
D 10 S(黑) S(红)
C
B
p/MPa
O l
4.4
A
O
g T/K
同样, 因fusH > 0, fusV > 0, 所以OO, OC 线的斜率都为 14 正, 表明黑磷和红磷的熔点都随压力增大而升高.
863 923
图中每条线的斜率按克氏方程确定 dp / dT H /(TV ) 因vapH > 0, vapV > 0, 所以OB 线的斜率都为正. OA升华线类似. 因黑磷密度大于红磷, 故黑磷转 化为红磷时体积增大, 又知该过程 吸热, 故OD线的斜率为正.
相律
例
仅由NaHCO3(s)部分分解, 建立如下反应平衡: NaHCO3 (s) = NaCO3(s) + CO2(g) + H2O (g)
相律
试求系统的 组分数 C =? 自由度数 F = ?
C = S－ R－ R´= 4－ 1 － 1＝2 F = C －P＋2 = 2－ 3 + 2 = 1
12
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7 具有最高恒沸点的A-B二组分系统, 精馏至最后其馏出物
是____________; 纯 A或纯 B 残留液是______________. 恒沸混合物C
8 已知丙酮在两个温度下的饱和蒸气压, 能否求得其正常沸 可以, 用两次克-克方程即可求得其正常沸点和蒸发焓 . 点? _______________________________________________ vap H m 1 1 p2 ln R T2 T1 p1 9 在一块透明矿石中有一气泡, 泡中可见少量水. 假设泡中无 其他物质, 能否不破坏矿石而估算岩石在形成时的最低压力? _____________________________________________________ 可以. 将透明矿石加热, 观察泡中的变化. 当泡中的水全部变 _____________________________________________________ 为蒸气时, 记录下温度. 然后用克-克方程即可估算出岩石形 _______________. 成时的最低压力
例 图为碳的相图, 问: (1) O点是什么点; (2) 曲线OA, OB, OC分别表示什么？ (3) 常温常压下石墨, 金刚石何者是热力学上的稳定相； (4) 在2000K把石墨转变成金刚石需要多大压力？ (5) 在任意给定的温度和压力下, 石墨和金刚石那个密度大? 已知 石墨 金刚石 Hm< 0.
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1
4 如果完全互溶的二组分液体混合物对拉乌尔定律有较大的 正偏差, 在T - x 相图中就有一个 最低恒沸点 , 此点组成的混合 物称为 恒沸混合物 , 具有 气液两相组成 相等和 沸腾温度恒定 的特征。 5 FeCl3 和 H2O形成四种水合物: FeCl36H2O; 2FeCl33H2O; 2FeCl35H2O; FeCl32H2O, 该系统的独立组分数为 ____, 2 在恒 压下最多能有______ 相共存. F = C－P + 1 3 6 把NaHCO3放在一抽空的容器中, 加热分解并达到平衡: 2NaHCO3(s) = Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g), 该系统的独立组 分数 C = ______________________; 自由度数 S－R－R = 4－1－1 = 2 相数 P = _____; 3 F = _____________. C－P + 2 = 1
A 相. 12 某4种固体形成的均匀固溶体应是 ____
A. 1
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B. 2
C. 3
D. 4
8
13 用____ B 可以区分固熔体和低共熔混合物.
A. 放大镜 B. 金相显微镜 C. 超显微镜 D. 电子显微镜
14 组分A和B能形成以下几种稳定化合物: A2B(s), AB(s), AB2(s), AB3(s) 设所有这些化合物都有相合熔点, 则此A-B凝聚系统的低 共熔点最多有_____ C 个.
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例 已知: ①在863K和4.4106 Pa时, 固体红磷, 液体磷和磷蒸气处于平衡； ②在923K和1.0107 Pa时, 液态磷, 固态黑磷和固态红磷处于平衡; ③ 黑磷、红磷和液态磷的密度分别为2.70 103 kg· m3, 2.34 103 kg· m 3 和 1.81 103 kg· m 3 ; ④ 黑磷转化为红磷时要吸收热量. (1) 根据以上数据画出磷相图的示意图; (2) 问黑磷和红磷的熔点随压力怎样变化.
00-7高, 且两者能形成低共沸混合物 C____. E. 将任意比例的A和B进行蒸馏, 塔顶馏出物应是 A. 纯A B. 纯B C. E D. B + E
11 已知温度为T时, 液体A的蒸气压为13330Pa, 液体B的蒸气 压为6665Pa. 若A与B形成理想液态混合物, 则当A在液相 C 中的摩尔分数为0.5时, 其在气相中的摩尔分数为____. A. 1/3 B. 1/2 C. 2/3 D. 3/4
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7 某种物质在某溶剂中的溶解度 _____. C A. 仅是温度的函数 B. 仅是压力的函数 C. 同时是温度和压力的函数 F = C－P + 2 当 C = 2; P = 2时, D. 是温度, 压力及其它因素的函数 F = 2 (温度,压力) 8 相图与相律的关系是 _____. D A. 相图由相律推导出 B. 相图决定相律 C. 相图由实验结果绘制, 与相律无关 D. 相图由实验结果绘制, 相图不能违背相律 C 是错误的. 9 下述关于相图的作用的理解中, _____ A. 通过相图可确定一定条件下系统由几个相组成 B. 相图可表示出平衡时每一相的组成如何 C. 相图可表示出达到相平衡所需时间长短 D. 通过杠杆规则可求出两相的相对数量多少
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相律
例 指出下列平衡系统中的组分数C, 相数P 及自由度数F. (1) I2(s)与其蒸气成平衡; (2) CaCO3(s)与其分解产物CaO(s)和CO2(g)成平衡; (3) NH4HS(s)在真空容器中与分解产物NH3(g)和H2S (g)成平衡; (4) 取任意量NH3(g)和H2S(g) 与NH4HS(s) 成平衡; (5) I2 在两不互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡(凝聚系统). (1) S = 1, R =0, R = 0, 故C = S－R－R = 1－0－0 = 1; P = 2; F = C－P + 2 = 1－2 + 2 = 1 ( T 或 p) (2) S = 3, R = 1, R = 0, 故C = S－R－R = 3－1－0 = 2; P = 3; F=C－P + 2 = 2－3 + 2 = 1 (3) S = 3, R = 1, R =1, 故C = S－R－R = 3－1－1 = 1; P = 2; F = C－P + 2 = 1－2 + 2 = 1 (4) S = 3, R = 1, R = 0, 故C = S－R－R = 3－1－0 = 2; P = 2; F=C－P + 2 = 2－2 + 2 = 2 (5) S = 3, R = 0, R = 0, 故C = S－R－R = 3－0－0 = 3; P = 2; F=C－P + 1 = 3－2 + 1 = 2 11
例 在25℃时, A, B和C三种物质(不能互相发生反应)所形成 的溶液与固相 A 和由 B 与 C 组成的气相同时呈平衡. (1)试计算此系统的自由度数? (2)试计算此系统中能平衡共存的最大相数?
相律
(1) 物种数 S = 3 独立的化学平衡数 R = 0 其它限制条件数 R = 0 故组分数 C = SRR = 3 又相数 P = 3 故自由度数 = C P + 2 = 3 3 + 2 = 2 (2) 当自由度 = 0 时平衡共存相数最大. P=C f +2=30+2=5
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F = C－P + 2 1 只受环境温度和压力影响的二组分平衡系统, 可能出现的最 C 多相数为 ______ . A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
2 在N2(g), O2(g)系统加入固体催化剂, 生成几种气态氮的氧化 C 物, 系统的自由度数 F = _____.