【免费下载】 物理化学习题4-相平衡

物理化学测验（四）
一、选择题。

在题后括号内，填上正确答案代号。

1、硫酸与水可形成H2SO4×H2O(s)，H2SO4×2H2O(s)，H2SO4×4H2O(s)三种水合物，问
在101325 Pa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？( )
(1) 3种；(2) 2种；(3) 1种；(4) 不可能有硫酸水合物与之平衡共存。

2、组分A(高沸点)与组分B(低沸点)形成完全互溶的二组分系统，在一定温度下，向纯B
中加入少量的A，系统蒸气压力增大，则此系统为：( )。

（1）有最高恒沸点的系统；
（2）不具有恒沸点的系统；
（3）具有最低恒沸点的系统。

3、设反应a A(g ) == y Y(g) + z Z(g),在101.325 kPa、300 K下，A的转化率是600 K的2倍，而且在300 K下系统压力为101 325 Pa的转化率是2×101 325 Pa的2 倍，故可推断该反应（）。

（1）平衡常数与温度，压力成反比；
（2）是一个体积增加的吸热反应；
（3）是一个体积增加的放热反应；
（4）平衡常数与温度成在正比，与压力成反比。

4、某反应A(s) == Y(g) + Z(g)的∆r G与温度的关系为∆r G= (－45 000＋110 T/K) J ·mol -1，在标准压力下, 要防止该反应发生，温度必须：( ) 。

(1) 高于136 ℃；
(2) 低于184 ℃；
(3) 高于184 ℃；
(4) 低于136 ℃；
(5) 高于136 ℃而低于184 ℃。

5、将固体NH4HCO3(s) 放入真空容器中，等温在400 K，NH4HCO3按下式分解并达到平衡：NH4HCO3(s) === NH3(g) + H2O(g) + CO2(g)
系统的组分数C和自由度数ƒ为：( )。

(１)Ｃ＝２，ƒ＝１；
(２)Ｃ＝２，ƒ＝２；
(３)Ｃ＝１，ƒ＝０；
(４)Ｃ＝３，ƒ＝２。

6、已知等温反应
①CH4(g) == C(s) + 2H2(g)
②CO(g) + 2H2(g) == CH3OH(g)
若提高系统总压力，则平衡移动方向为（）。

（1）①向左，②向右；
（2）①向右，②向左；
（3）①和②都向右。

二、计算题。

请计算下列各题。

( 本大题7分)
在323 K时，下列反应中NaHCO3(s)和CuSO4-5H2O(s)的分解压力分别为4 000 Pa和6052 Pa：
反应① 2NaHCO3(s) ==Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)
反应② CuSO 4-5H 2O(s) ==CuSO 4-3H 2O(s) + 2H 2O(g) 求：
(1) 反应①和②的
K ①和
K ②；
(2) 将反应①，②中的四种固体物质放入一真空容器中，平衡后CO 2的分压力为多少（T =323 K ）？
三、计算题。

请计算下列各题。

( 本 大 题11分 )
已知反应在800 K 时进行： A (s) + 4B (g) == 3Y (s) + 4Z (g) 有关数据如下：
物质
(
)
1
O m f mol kJ K
298-⋅H ∆ (
)
1
1
O m K mol
J K
298--⋅⋅S
(
)
1
1m ,K mol J K
800~298--⋅⋅p C A(s) B(s)Y(s)Z(s)
-1116.71
-241.84
151.46
130.5827.15188.74
193.00
28.33
30.88
36.02
（1）计算下表中的数据
温度
1
O m
f mol kJ -⋅H ∆1
1O m
K mol J --⋅⋅S 1
O
m
r mol kJ -⋅G ∆
K 298 K
800 K （2）800 K 时，将A(s)和Y(s)置于体积分数分别为w (B)=0.50, w (Z)=0.40, w (惰性气体)
=0.10的混合气体中，上述反应将向哪个方向进行？（p =100 kPa ）
四、计算题。

请计算下列各题。

( 本 大 题13分 )
溴苯与水的混合物在101.325 kPa 下沸点为95.7°C,试从下列数据计算馏出物中两种物质的质量比.(溴苯和水完全不互溶)
t / °C
92
100
p*(H 2O) / kPa
75.487 101.325
假设水的蒸发焓∆vap H m 与温度无关，溴苯、水的摩尔质量分别为157.0 g ×mol -1，18.02
g ×mol -1。

五、计算题。

请计算下列各题。

( 本 大 题8分 )
在p =101.3 kPa ，85℃时，由甲苯(A)及苯(B)组成的二组分液态混合物即达到沸腾。

该液态混合物可视为理想液态混合物。

试计算该理想液态混合物在101.3 kPa 及85℃沸腾时的液相组成及气相组成。

已知85℃时纯甲苯和纯苯的饱和蒸气压分别为46.00 kPa 和116.9 kPa 。

六、(本小题12分)
根据图(a)，图(b)回答下列问题
（1）指出图(a)中，K点所代表的系统的总组成，平衡相数及平衡相的组成；
（2）将组成x(甲醇)=0.33的甲醇水溶液进行一次简单蒸馏加热到85 °C停止蒸馏，问馏出液的组成及残液的组成，馏出液的组成与液相比发生了什么变化？通过这样一次简
单蒸馏是否能将甲醇与水分开？
（3）将(2)所得的馏出液再重新加热到78 °C，问所得的馏出液的组成如何？与(2)中所得的馏出液相比发生了什么变化？
（4）将(2)所得的残液再次加热到91 °C，问所得的残液的组成又如何？与(2)中所得的残液相比发生了什么变化？
欲将甲醇水溶液完全分离，要采取什么步骤？
七、(本小题9分)
A和B两种物质的混合物在101 325Pa下沸点-
组成图如图，若将1 molA和4 molB混合，在
101325 Pa下先后加热到t1=200 °C，t2=400 °
C，t3=600 °C，根据沸点-组成图回答下列问题：
（1）上述3个温度中，什么温度下平衡系统是
两相平衡？哪两相平衡？各平衡相的组成是多少？各
相的量是多少(mol)？
（2）上述3个温度中，什么温度下平衡系统是
单相？是什么相？
八、问答题。

( 本大题9分)
已知CaF2 - CaCl2相图，欲从CaF2 - CaCl2系统中得到化合物CaF2 CaCl2的纯粹结晶。

试述应采取什么措施和步骤？
九、计算题。

请计算下列各题。

( 本大题10分)
已知下列两反应的K值如下：
FeO(s) + CO(g) == Fe(s) + CO2(g) K1
Fe3O4(s) + CO(g) == FeO(s) + CO2(g) K2
T K K
1
K2
873 973 0.871 1.15 0.678 1.77
而且两反应的∑νB C p,m=0 试求：
(1) 在什么温度下Fe(s) , FeO(s), Fe3O4(s), CO(g)及CO2(g)全部存在于平衡系统中；
(2) 此温度下p
p
(CO)
(CO)
2
=？
物理化学测验（四）答案
一、选择题。

在题后括号内，填上正确答案代号。

1、解：（3）（2分）
2、解：(3) (2分)
3、解：（3）（2分）
4、解：(2) （2分）
5、解：(3) （2分）
6、解：（1）（2分）
二、计算题。

请计算下列各题。

( 本大题7分)
解：(1)对于反应①，p(H2O)= p(CO2)= 1
2p(总）
则
K ①=p p p (H O)(CO )23O ⨯()2=p p ()总22
⎡⎣⎢⎤⎦⎥⎧⎨⎪⎩⎪
⎫⎬⎪⎭⎪O =400021000002
Pa Pa ⨯⎛⎝ ⎫⎭=4×10-4对于反应②，p (H 2O)=p (总)
则
K ②=p p 2
2
(H O)2O ()=60521000002
Pa Pa ⎛⎝ ⎫⎭⎪⎪=3.66×10-3 （3分）
(2) 四种固体物质放入一真空容器中在323 K 下达反应平衡后，系统有如下特性： ① 温度不变，反应①和②的
K 不变（不考虑气体的非理想性）； ② 对于反应②，
K 不变，p (H 2O)亦不变，故p (H 2O)=6 052 Pa ；
③ 对于反应①和②，在同一容器内达平衡时，水蒸气只能有一个分压力p (H 2O)，它既满足反应②的
K ，也同时满足反应①的
K ，故对于反应①，p (H 2O)=6 052 Pa ，因此，我们有：
K
①=[]p p (H O)(CO )22⨯/(
p
)2=
()
()
6052Pa CO 100Pa 2⨯p 0002
=4×10-4
则 p (CO 2)=41060526⨯Pa Pa 2
=661 Pa
（7分）
即甲苯含量为 w (甲苯)=0.80 (质量分数)。

（8
分）
三、计算题。

请计算下列各题。

( 本 大 题8分 )
解：（1）
度 1
-m
r mol
kJ ⋅∆θH 1
1
-m
r mol K J -⋅⋅∆θS 1
-m
r mol kJ ⋅∆θG K
298K 800K
149.35114.4
162.693.90
100.939.29
2.07⨯10-182.72⨯10
-3
（4分）
（2）J =(/)(/)(/)(/)p p p p p p p p Z Y O O A O B O 43
4
=
04054
..p p ⎛⎝ ⎫⎭⎪=0.410 J > K ，A > 0，故反应向左进行。

（8分）
四、计算题。

请计算下列各题。

( 本 大 题13分 )
解：ln ⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛kPa 487.75kPa 325.101=
R H m p a v ∆-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-K 2.3651
K 2.3731 ln ()⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛水*kPa 325.101p =R H m p a v ∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-K 9.3681K 2.3731解出：95.7°C 时p *(水)=86.5 kPa ；p *(溴苯)=(103.325-86.65) kPa=14.68 kPa ， （5分）
)()(溴苯水m m = )()(溴苯水p p ´)()
(溴苯水M M = 1
--1mol g 0.15768.14mol g 02.185.86⋅⨯⋅⨯
m (水) ：m (溴苯) =1.68：1 。

（10分）
五、计算题。

请计算下列各题。

( 本 大 题8分 )
解： 由该液态混合物可视为理想液态混合物，各组分均符合拉乌尔定律，故 p =B A p p +=*A p + (*B p －*
A p )x B
x B =780
.0kPa
)0.469.116(kPa
)0.463.101(*
A
*B *
A
=--=
--p p p p
x A =1－ x B =0.220
（3分）
气相组成，由式 y B
900.0kPa 3.1010.780kPa 9.116*
B B B =⨯===p p x p p y A =1－ y B =0.100
（8分）
六、(本小题12分)
解：
（1）如图(a)所示，K 点代表的总组成x (CH 3OH)=0.33时，系统为气、液两相平衡, L 点为平衡液相, x (CH 3OH)=0.15，G 点为平衡气相，y (CH 3OH)=0.52； (3分)
（2）由图(b)可知，馏出液组成y B,1=0.52，残液组成x B,1=0.15。

经过简单蒸馏，馏出液中甲醇含量比原液高，而残液比原液低，通过一次简单蒸馏，不能使甲醇与水完全分开； (6分)
（3）若将(2)所得的馏出液再重新加热到78℃，则所得馏出液组成y B,2=0.67，与(2)所得馏出液相比，甲醇含量又高了； (7分)
（4）若将(2)中所得残液再加热到91℃，则所得的残液组成x B,2=0.07，与(2)中所得的残相比，甲醇含量又减少了； (9分)
（5）欲将甲醇水溶液完全分离，可将原液进行多次反复蒸馏或精馏。

(12分)
七、(本小题9分)
解：(1)t 2=400°C 时，平衡系统是两相平衡。

此时是液-气两相平衡。

各平衡相的组成，如下图所示，为
x B(l ) =0.88 , y B =0.50 )g ()l (n n =KL GK
=8.088.050
.08.0-- n (g)+n (l)=5 mol
解得：n (l)= 4.0mol ；n (g)=1.0 mol （6分） (2) t 1=200 °C 时，处于液相；
t 3 =600 °C 时，处于气相。

（9分）
八、问答题。

( 本 大 题9分 )
解：必须选定溶液的组成在含CaCl 2 约为 w (CaCl 2)= 0.60~0.80 之间。

今假定选组成为a 之溶液，从a 冷却下来与FD 线相交，当越过FD 线后便有固相CaF 2⋅ CaCl 2析出，溶液组成沿FD 线改变，待温度降到GDH （即三相点温度）线以上一点点时，将固体从溶液中分离，即可得到纯粹的CaF 2⋅ CaCl 2 结晶。

（9分）
九、计算题。

请计算下列各题。

( 本 大
题10分 )
解：(1) K 1=p (CO 2)/p (CO)
K
2=p (CO 2)/p (CO)
全部物质存在于反应平衡系统中，由必然有K
1
= K
2
，此时之温度就为所要求的温度。

ln K
1
=-
∆r m,1
O
H RT
+C 1
ln K
2=
-
∆r m,2
O
H RT +C 2将数据代入上式，分别求得： C 1=－4.29 ∆ r
H ,1 =－31 573 J -mol
-1
C 2=+4.91 ∆ r H
,2=35 136 J -mol -1
（4分）
-
∆r m O
H RT
,1
＋C 1=
-
∆r m O
H RT ,2
＋C 2
则 T =
∆∆r m O r m O
2(H H R C C ,,)
21
1--
=872 K
（6分）
(2) 在872 K 时 p p (CO )CO 2()= K 1= K 2 故算出K 1或K 2(在872 K)，得
p p (CO )CO 2()=1.071 （10分）。