第五章 多相平衡
求:(1)苯的三相点温度及三相点的蒸气压; (2)苯在三相点时的熔化焓及熔化熵。 9、图为Sb-Cd的温度一组成图,(1)标明各区域相态;(2)确定物系 形成化合物的组成;(3)确定该化合物的化学式(Mcd=112.41 Msb=121.75)
10、图是A,B两化合物的等压固液相图。请指出:(1)N,P,Q各点的 相态及相数并说明这些点所代表的意义;(2)由d点降温到y点过程中 系统相态的变化情况。
∴ Tb=307.1K ln(p2/101.3)=360.2×74(309.8307.9)/(2.303×8.314×307.9×309.8) p2=108×103Pa=108 kPa 5、解: dp/dT=ΔvapHmøp/RT2 dp/dT=2255×18×101325/(8.314×373.22)Pa·K-1 dp/dT=3552Pa·K-1 6、 解: 三相点的压力:三相点温度时NH3(l)和NH3(s)的蒸气压。所以三相点的 温度和压力即为上两方程联立之后的解。 解之, 得:T=195.2K p=5.93×103Pa 7、解: 溶液的组成为:100×94%/(100+100)=0.47 根据杠杆规则:ml(0.47-0.43)=ms(1-0.47)即(200-ms)×0.04=ms×0.53 ∴ ms=14.0g,固析出晶体14.0g。 8、解: (1)三相点时,p(s)=p(l) 即11.971-2310K/T=10.097-1784K/T 解得T=279.2K 将T代入上述任一蒸气压与温度的关系式中,得P=4977Pa (2)由克-克方程 并对此题给关系式,有 故 9、解:
9 D 19 C
10 D 20 A
二、判断题 2 × 3 × 4 √ 5 × 6 √ 7 × 8 × 9 √ 10 ×
三、计算题 1、 解: 该体系的总组成为含酚: 60/(90+60)×100%=40% 根据题意及杠杆规则,两者质量之比为[(1-0.449)-0.4]/解:(0.40.168)=0.65 2、 解: 当出现两相时,溶液开始变混浊,即:0.832>H2O%>0.449 设再加入水为xg,则 [100(1-0.8)+x]/[100(10.8)+x+100×0.8]>0.449 解之,得 x>45.2g 3、 解: ln(p2/p1)=ΔvapHmø(T2-T1)/(2.303RT1T2) ΔvapHmø=30796J ∵ΔvapHmø/Tb=88 J·K-1·mol-1 ∴T2=30796/88=350K 4、 解: ln(p2/p1)=ΔvapHmø(T2-T1)/(2.303R) f*=0 (B)f*=1 (C) A和B不互溶 (D)A和B完全互溶 15、在有低共熔点存在的体系,若步冷曲线上出现平台,此时,体系存 在的相数( )
(A)1 (B)2 (C) 3 (D)2或3 16、在双组分体系T-X图上,若有一极小点,则该点( ) (A)叫最低恒沸混合物 (B)叫最高恒沸混合物 (C)所对应的组成在任何情况下都不发生变化 (D)在该点气液两相的量相同 17、定压下,在最低共熔点,系统存在( ) (A)一相 (B)二相 (C)三相 (D)四相
(1)在相图上标明 (2)0.580 l (3)Sb2Cd3 l+Sb2Cd3 l+Sb l+Cd Sb+Sb2Cd3
Sb2Cd3+Cd
10、解: (1)A和B会形成不稳定化合物T。N,P,Q各点的相态,相数及这些点所 代表的意义列于 下表: 点 相点 相数 点所代表 的意义 N LN+A(S) 3 A与T的最 低共熔点 +T(S) Q LP+ T(S) 3 T的不相 合熔点 +B(S) P LP 1 转熔反应 的液相点 其中LN和LP分别表示组成为N,P的熔液。 (2)由d点代表的熔液降温到Z点后,开始析出固体B,继续降温,B不断 析出而熔液组成沿ZP线变化,降温到X点后不稳定化合物T开始析 出,此时下列放热的转熔反应进行: 这时,三相共存,温度维持不变,LP熔液相的组成为P。直到 B(s)消失后,温度再继续下降,T不断析出,而与之平衡的液相 组成沿PN线变化,温度降到y点后,开始析出固体A,此时 LN+A(S)+T(S)三相共存,温度维持不变,待组成为N的LN熔液 相消失后温度才继续下降。
7、如右图所示,当水处在三相点平衡时,若系统发生绝热膨胀,水的 相态将如何变化? ( ) (A)气相、固相消失,全部变成液态; (B)气相、液相消失,全部变成固态; (C)液相消失,固相、气相共存; (D)固相消失,液相、气相共存
8、对简单低共熔体系,在最低共熔点,当温度继续下 降时,体系存在( ) (A)一相 (B)二相 (C)一相或二相 (D)三相 9、已知纯A和纯B的饱和蒸气压pA*<pB*,且A和B所组成的体系具有最高 恒沸点。向A中不断加入B,则溶液的蒸气压( ) (A)不断增大 (B)不断减小 (C)先增大后减小 (D)先减小后增 大 10、甲、乙、丙三个小孩共吃一支冰棍,三人约定:⑴各吃质量的三分 之一;⑵只准吸,不准咬;⑶按年龄由小到大顺序先后吃。结果,乙认 为这只冰棍没有放糖,甲则认为这冰棍非常甜,丙认为他俩看法太绝对 化。则三人年龄: (A) 甲最大,乙最小; (B) 丙最小,乙最大 (C) 丙最大,甲最小; (D) 甲最小,乙最大。 11、部分互溶双液系,一定温度下若出现两相平衡,则( ) (A)体系的组成一定 (B)两相的组成与体系的总组成无关。且两相的量之比为常数 (C)两相的组成与体系的总组成关有。且两相质量分数之比为常数 (D)两相的组成不定 12、在相图上,当体系处于下列哪一点时只存在一个相? ( ) (A) 恒沸点 (B) 熔点 (C) 临界点 (D) 低共熔点 13、恒沸混合物( ) (A)气液两相的量相同 (B)气液两相中某种组分B的物质的量相同 (C)气液两相的组成相同 (D)气液两相的组成相同,在P-X图和在T-X图上均为同一值
(C)μi(α)=μi(β) (D)xi(α)+ xi(β)=1 23、在不考虑重力场、电磁场等外界因素时,定温定压下,相律的表达 式为( ) (A)f=K-Φ (B)f=K-Φ+1 (C) f=K-Φ+2 (D)f=K-Φ-2
24、如图是FeO与SiO2的恒压相图,那么存在几个稳定化合物:( )
40 20 80
AS E M
R S
N P Q
第五章 一、选择题
相平衡答案
题 号 答 案 题 号 答 案 题 号 答 案 1 ×
1 D 11 C 21 B
2 A 12 C 22 C
3 D 13 C 23 C
4 D 14 A 24 D
5 C 15 D 25 A
6 B 16 A
7 C 17 C
8 B 18 B
(A)1个 (B) 2个 (C) 3个 (D) 4个
25、如图所示,当物系点在通过A点的一条直线上变动时,则此物系的特 点是:( ) (A) B和C的百分含量之比不变 (B) A的百分含量不变 (C) B的百分含量不变 (D) C的百分含量不变
二、判断题 1、对于形成最低恒沸混合物的二组分体系,在最低恒沸点时f*=1。( ) 2、相律是热力学中基本定律之一,它适用于任何宏观系统。( ) 3、恒沸混合物与化合物一样,具有确定的组成。( ) 4、由CaCO3(s)、CaO(s)、BaCO3(s)、及CO2(g)构成的平衡物系的自由 度为0。( ) 5、FeCl3和H2O能形成FeCl3·6H2O、2FeCl3·7H2O、2FeCl3·5H2O、 FeCl3·2H2O四种水合物,在恒压下,最多可能平衡共存的相数为4。( ) 6、若A和B可形成最高恒沸混合物E(含A40%),欲在精馏塔中将含A60% 的混合物分离。则塔顶将馏出纯A( ) 7、克拉贝龙方程适用条件是多组分的多相平衡系统。( ) 8、克拉贝龙方程,其压力随温度的变化率一定大于0。( ) 9、共沸物是混合物,而不是化合物,其组成随压力改变而改变。( ) 10、具有最低沸点的A和B二组分系统,恒沸物为C,精馏后的残液是C。 ( ) 三、计算题 1、苯酚-水体系在60℃时,分为两个液相,第一相含酚16.8%(质量), 第二相含水44.9%(质 量)。如果该体系中含有90g水和60g苯酚,则各相质量是多少? 2、在含80%(质量)苯酚的100g水溶液中需要再加多少水,才能使溶液变 混浊? (水-苯酚两 相平衡时水相含酚16.8%,酚相含水44.9%)。 3、70℃时,CH4的蒸气压为82.8kPa,80℃时为112.4kPa,计算:(1) CH4的摩尔气化热;(2) 正常沸点。 4、乙醚在正常沸点34.66℃时的气化热为360.2 J·g-1,求:(1) 压力 为98.7 kPa时的沸 点;(2) 温度为36.6℃时的蒸气压。 5、100℃时水的气化热为2255 J·g-1,求水的蒸气压随温度的变化 率。 6、固态氨的饱和蒸气压与温度的关系有:ln(p/Pa)=27.923754/(T/K),液态氨的饱和蒸气压与温度的关系为:lnc(p/Pa)=24.383063/(T/K),试求氨的三相点的温度与压力。 7、(NH4)2SO4 20℃时在水中的溶解度为43.0%(质量分数)。 现将纯度为 94%的粗盐100g溶于100g水中,然后降温至20℃,得到多少结晶? 8、固态苯和液态苯的蒸气压与温度的关系分别如下:
18、如下图所示,在相合熔点,形成的化合物的步冷曲线 ) (A)拐点 (B)平台 (C)无拐点和平台 (D)一个拐点两个平台
上出现(
19、右图中,气液两相组成相同的点为( ) (A)A、B点 (B)C点 (C) A、B、C点 (D)气相线和液相线上各点 20、若步冷曲线出现平台, 此时体系的条件自由度数为( ) (A)0 (B)1 (C) 2 (D)3 21、在101325Pa压力下, 冰与被空气饱和了的水成平衡的温度叫( ) (A)凝固点 (B)冰点 (C)三相点 (D)露点 22、两相平衡的标志是( ) (A)p(α)=p(β) (B)T(α)=T(β)