第五章 相平衡.docx
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第五章相平衡
第五章相平衡
一、选择题
1.NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达平衡时有(Ф代表相数):
()
(A)C=2,Ф=2,f=2(B)C=1,Ф=2,f=1
(C)C=2,Ф=3,f=2(D)C=3,Ф=2,f=3
2。
FeCl3和H2O能形成FeCl3·6H2O,2FeCl3·7H2O,2FeCl3·5H2O,FeCl3·2H2O四种水合物,则该体系的独立组分数C和在恒压下最多可能的平衡共存的相数Ф分别为:
()
(A)C=3,Ф=4(B)C=2,Ф=4(C)C=2,Ф=3(D)C=3,Ф=5
3。
硫酸与水可形成H2SO4·H2O(s)、H2SO4·2H2O(s)、H2SO4·4H2O(s)三种水合物,问在101325Pa的压力下,能与硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少种?
()
(A)3种(B)2种(C)1种(D)不可能有硫酸水合物与之平衡共存
4.某体系存在C(s)、H2O(g)、CO(g)、CO2(g)、H2(g)五种物质,相互建立了下述三个平衡:
H2O(g)+C(s)=H2(g)+CO(g);CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g);CO2(g)+C(s)=2CO(g)。
则该体系的独立组分数C为:
()
(A)C=3(B)C=2(C)C=1(D)C=4
5.298K时,蔗糖水溶液与纯水达渗透平衡时,整个体系的组分数、相数、自由度数为()
(A)C=2,Ф=2,f=1(B)C=2,Ф=2,f=2
(C)C=2,Ф=1,f=2(D)C=2,Ф=1,f=3
6.对恒沸混合物的描述,下列各种叙述中哪一种是不正确的?
()
(A)与化合物一样,具有确定的组成(B)不具有确定的组成
(C)平衡时,气相和液相的组成相同(D)其沸点随外压的改变而改变
7.二元恒沸混合物的组成()
(A)固定(B)随温度改变(C)随压力改变(D)无法判断
8.在pΘ下,用水蒸汽蒸镏法提纯某不溶于水的有机物时,体系的沸点:
()
(A)必低于373.2K(B)必高于373.2K
(C)取决于水与有机物的相对数量(D)取决于有机物的分子量大小
9。
水的三相点是:
()
(A)某一温度,超过此温度,液相就不能存在
(B)通常发现在很靠近正常沸点的某一温度
(C)液体的蒸气压等于25°C时的蒸气压三倍数值时的温度
(D)固体、液体和气体可以平衡共存时的温度和压力
10。
当Clausius-Clapeyron方程应用于凝聚相转变为蒸气时,则:
()
(A)p必随T之升高而降低(B)p必不随T而变
(C)p必随T之升高而变大(D)p随T之升高可变大或减少
11.在0°C到100°C的温度范围内,液态水的蒸气压p与T的关系为:
lg(p/Pa)=-2265/T+11。
101,某高原地区的气压只有59995Pa,则该地区水的沸点为()
(A)358.2K(B)85.2K(C)358.2°C(D)373K
12.在373。
15K时,某有机液体A和B的蒸气压分别为p和3p,A和B的某混合物为理想液体混合物,并在373。
15K、2p时沸腾,那么A在平衡蒸气相中的摩尔分数是多少?
()
(A)1/3(B)1/4(C)1/2(D)3/4
13。
当用三角形坐标来表示三组分物系时,若某物系其组成在平行于底边BC的直线上变动时,则该物系的特点是:
()
(A)B的百分含量不变(B)A的百分含量不变
(C)C的百分含量不变(D)B和C的百分含量之比不变
14。
在通常情况下,对于二组分物系能平衡共存的最多相为:
()
(A)1(B)2(C)3(D)4
15.哪一种相变过程可以利用来提纯化学药品?
()
(A)凝固(B)沸腾(C)升华(D)A、B、C任一种
16。
在相图上,当系统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
17。
水的三相点附近,其气化焓和熔化焓分别为44.82kJ·mol-1和5.994kJ·mol-1.则在三相点附近,冰的升华焓约为:
()
(A)38.83kJ·mol—1(B)50。
81kJ·mol—1
(C)-38。
83kJ·mol—1(D)—50。
81kJ·mol-1
18。
已知苯-乙醇双液系统中,苯的沸点是353.3K,乙醇的沸点是351.6K,两者的共沸组成为:
含乙醇47.5%(摩尔分数),沸点为341.2K。
今有含乙醇77。
5%的苯溶液,在达到气液平衡后,气相中含乙醇为y2,液相中含乙醇为x2。
问下列结论何者正确?
()
(A)y2〉x2(B)y2=x2(C)y2〈x2(D)不确定
19.已知A和B可构成固溶体,在A中,若加入B可使A的熔点提高,则B在此固溶体中的含量与B在液相中的含量的关系是:
()
(A)大于(B)小于(C)等于(D)不确定
20。
区别单相系统和多相系统的主要根据是()
(A)化学性质是否相同(B)物理性质是否相同
(C)物质组成是否相同(D)物理性质和化学性质是否都相同
二、填空题
1.纯物质在临界点的自由度数等于。
2.一定温度下,蔗糖水溶液与纯水达到渗透平衡时的自由度数等于。
3。
化工生产中经常用食盐水溶液作为冷冻循环液,从食盐在水中溶解度曲线可知,盐水体系有一定的低共熔点,因此在实际应用中,为了得到低温和不堵塞管道的效果,盐水浓度应采用为宜。
4.完全互溶的二组分溶液,在x=0.6处,平衡蒸气压有最高值,那么组成x=0。
4的溶液在气—液平衡时,x(g)、x(l)、x(总)的大小顺序为。
5.一般有机物可以用水蒸气蒸镏法提纯,当有机物的和越大时,提纯一定质量有机物需用的水蒸气量越少,燃料越省。
6.下列化学反应,同时共存并到达平衡(温度在900~1200K范围内):
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g);CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g);H2O(g)+CO(g)+CaO(s)=CaCO3(s)+H2(g).问该体系的自由度为。
7.在80°C下,将过量的NH4HCO3(s)放入真空密闭容器中,发生下列分解反应:
NH4HCO3(s)=NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)。
达平衡后,系统的C=;Ф=;F=。
8.由A(l)与B(l)形成的二组分液态完全互溶的气—液平衡系统中,在外压一定的条件下,向系统中加入B(l)后系统的沸点下降,则该组分在平衡气相中的组成其在液相中的组成。
9.某物质液态蒸气压与温度的关系为ln(pl/Pa)=—3063/(T/K)+24.38,固态的蒸气压与温度的关系为ln(ps/Pa)=-3754/(T/K)+27.92,则该物质的三相点对应的温度T=,压力p=,该物质液态的摩尔蒸发焓ΔvapHm=。
10.水蒸气通过灼热的C(石墨)发生下列反应:
H2O(g)+C(石墨)=CO(g)+H2(g)。
次平衡系统的组分数C=,相数Ф=,自由度数F=.这说明生成的CO(g),H2(g)在气相中的摩尔分数与有关。
三、简答题
1.相点与物系点有什么区别?
2.单组分系统的三相点与低共熔点有何异同点?
3.恒沸混合物是不是化合物?
4。
在汞面上加了一层水能减少汞的蒸气压吗?
5。
沸点和恒沸点有何不同?
四、计算题
1。
已知两组分A和B体系的相图如下:
(1)在图右部画出a,b,c表示的三个体系由t1温度冷却到t2的步冷曲线;
(2)标出各相区的相态,水平线EF,GH上体系的自由度;
(3)使体系P降温,说明达到M,N,Q,R点时体系的相态和相数。
2。
Au和Sb分别在1333K和903K时熔化,并形成一种化合物AuSb2,在1073K熔化时固液组成不一致。
试画出符合上述数据的简单相图,并标出所有的相区名称。
画出含50%Au之熔融物的步冷曲线。
3。
苯(A)和二苯基甲醇(B)的熔点分别为6°C和65°C。
A和B可形成不稳定化合物AB2,它在30°C时分解为B和xB=0.5的熔液。
低共熔点为1°C,低共点熔液组成xB=0。
2。
(1)根据以上数据画出苯-二苯基甲醇的T-x示意图。
(2)标出各区域的相态.
4.定压下Tl、Hg及其仅有的一个化合物(Tl2Hg5)的熔点分别为303°C、-39°C、15°C。
另外还已知组成为含8%Tl的溶液和含41%Tl的溶液的步冷曲线分别为下图:
Hg、Tl的固相互不相溶.
(1)画出上面体系的相图.(Tl、Hg的相对原子质量分别为204。
4、200.6)
(2)若体系总量为500g,总组成为10%Tl,温度为20°C,使之降温至—70°C时,求达到平衡后各相的量。
5。
A—B二组分液态部分互溶系统的液-固平衡相图如下图所示,指出各个相区的相平衡关系、各条线所代表的意义以及三相线所代表的相平衡关系。
6.某A-B二组分凝聚系统相图如下图所示.
(1)指出各相区的稳定相,三相线上的相平衡关系;
(2)绘出图中状态点为a,b,c的样品的步冷曲线,并注明各阶段的相变化。
7。
根据下图回答问题:
(1)曲线OA,OB,OC分别代表什么意思?
(2)指出O点的含义。
(3)碳在常温、常压下的稳定状态是什么?
(4)在2000K时,增加压力,使石墨转变为金刚石是一个放热反应,试从相图判断两者的摩尔体积哪个大?
(5)试从相图上估计,在2000K时,将石墨转变为金刚石至少要加多大压力?
8。
在273K和293K时,固体苯的蒸气压分别为3。
27kPa和12.30kPa,液体苯在293K时的蒸气压为10.02kPa,液体苯的摩尔蒸发焓为34.17kJ/mol.试求:
(1)303K时液体苯的蒸气压;
(2)固体苯的摩尔升华焓;
(3)固体苯的摩尔熔化焓。
9.有下列化学反应存在:
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g);NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g);NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)。
在一定温度下,一开始向反应器中放入NH4HS和NH4Cl两种固体以及物质的量之比为3:
1的氢气及氮气。
问达到平衡时,组分数为多少?
自由度为多少?
10。
常见的Na2CO3(s)水合物有Na2CO3·H2O(s),Na2CO3·7H2O(s)和Na2CO3·10H2O(s)。
(1)101。
325kPa下,与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的混合物最多能有几种?
(2)20°C时,与水蒸气平衡共存的混合物最多可能有几种?
参考答案
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
A
C
C
A
B
A
C
A
D
C
题号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
A
B
B
D
D
C
B
C
A
D
二、填空题
1.0(f=C+0—Ф=1+0-1=0)
2.2(f=C+2—Ф=2+2-2=2)
3.当温度略高于低共熔温度时所对应的组成
4.x(g)〉x(总)〉x(l)
5.饱和蒸气压和摩尔质量
6.3(S=6,R=2,C=6-2=4∴f=4-3+2=3)
7.1;2;0(C=4–1–2=1;P=2;F=1–2+1=0)
8。
大于
9.195。
2K;5.93kPa;25。
47kJ·mol-1
10.2;2;2;温度、压力
三、简答题
1.答:
相点是相图中表示某平衡相组成的点。
从相点位置可看出该相的状态、组成、温度、压力等。
相点位置可随压力、温度的改变而改变.在单组分系统的相图上,所有点全部是相点。
物系点是在多组分系统的相图上表示系统总组成的点,在单相区,物系点可与相点重合,而在两相区内只有物系点。
该物系所对应的两个相组成由两个相点表示。
在T—x图上,物系点可沿着与温度坐标平行的直线上下移动;在水盐系统图上,随着水的含量不同,物系点可沿着与组成坐标平行的直线左右移动。
2.答:
共同点:
都是三相共存。
不同点:
单组分系统的三相点是气-液—固三相共存,这时的自由度为零,它的压力、温度由系统自身性质决定,不受外界因素影响。
而二组分系统的低共熔点如T-x图上的E点,是固体A、固体B和组成为E的液体三相共存。
这时的自由度为1,在等压的条件下自由度为零。
E点的组成由A和B的性质决定,但E点的温度受压力影响,外压改变,E点的温度和组成也会随之而改变.
3.答:
不是.它是完全互溶的两个组分的混合物。
在外压固定时,它有一定的沸点,这时气相组成和液相组成完全相同.但是,当外压改变时,恒沸混合物的沸点和组成也随之而改变.
4。
答:
不能。
因为水和汞是不互溶的液体,两者共存时,各组分的蒸气压与单独存在时一样。
汞的蒸气压并没有因为水层的覆盖而下降,液面上的总压力等于水和汞的蒸气压之和.如果要蒸馏汞的话,加了水可以使混合物的沸点降低,这就是水蒸气蒸馏的原理.
5.答:
沸点是对纯液体而言的。
在大气压力下,纯物质的液—气两相达到平衡时,气相压力等于大气压力时的温度称为沸点.
恒沸点是对完全互溶的二组分系统而言的。
定压下,二组分系统的气相和液相组成完全相同时的温度,称为该溶液的恒沸点.用简单蒸馏的方法不能把二组分完全分开。
在恒沸点时自由度为1。
外压改变,恒沸点也改变。
当压力固定时,条件自由度为零,恒沸温度有定值.
四、计算题
1。
(1)如图所示:
(2)①l(溶液相)②l+D(s)③l+B(s)④l+A(s)⑤A(s)+D(s)⑥D(s)+B(s);EF,GH上体系的自由度都是零.
(3)体系达到M是l+A(s)二相;达到N是l+A(s)二相;达到Q是三相A(s)+D(s)+l三相;达到R是A(s)+D(s)二相。
2。
绘图如下:
绘图,相区名称,步冷曲线
3。
(1)图如下。
(2)各个区的相态在图中标出。
4.
(1)相图绘制如下:
(2)设—70°C时,Hg(s)的质量为x,则固体化合物的质量为(500g—x).
根据杠杆规则:
x(0。
1—0)=(500g—x)(0。
2893—0。
1)x=327.3g
5.解:
单相区:
1:
A和B的混合溶液l;两相区:
2:
l1+l2;3:
l2+B(s);4:
l1+A(s);5:
l1+B(s);6:
A(s)+B(s)
各条线代表的意义:
LJ:
A的凝固点降低曲线;JM:
B的凝固点降低曲线;
NV:
B的凝固点降低曲线;MUN:
液液相互溶解度曲线。
三相线:
MNO:
IJK:
6。
解:
各相区的稳定相标注在下图中;三相线的平衡关系:
def:
ghi:
7.解:
(1)OA:
金刚石与石墨的两相平衡线;OB:
液态C与石墨的两相平衡线;
OC:
金刚石与液相C的两相平衡线.
(2)O点代表液态C、石墨和金刚石的三相点,是OA,OB,OC的交点。
此点相数Φ=3,自由度f=0,三相点的温度压力皆由系统确定.
(3)碳在常温常压下稳定状态时石墨。
(4)根据克拉佩龙方程:
(5)估计53×108Pa时可以将石墨转变为金刚石。
8.解:
(1)
(2)同理:
(3)
9.解:
组分数C=S–R—R’=7–3–1=3;自由度f=C–Φ+1=3–3+1=1。
10。
解:
系统的物种数S=5,即H2O,Na2CO3(s),Na2CO3·H2O(s),Na2CO3·7H2O(s)和Na2CO3·10H2O(s).独立的化学反应式3个:
Na2CO3(s)+H2O(l)=Na2CO3·H2O(s)
Na2CO3·H2O(s)+6H2O(l)=Na2CO3·7H2O(s)
Na2CO3·7H2O(s)+3H2O(l)=Na2CO3·10H2O(s)因此R=3,R’=0。
C=S–R–R’=5–3–0=2
在指定温度或压力的条件下,其自由度数f=C–Φ+1=3–Φ
平衡条件下自由度f=0时相数最多,因此上述系统最多只能有3项共存。
(1)压力p=101.325kPa,已有两相(水溶液、冰),故只能有一种水合物与其平衡.
(2)温度一定,已知相个数为1(水蒸气),与之平衡共存的混合物最多有两种.
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- 第五章 相平衡 第五