物化第六章---答案

第六章相平衡练习题

一、是非题，下列各题的叙述是否正确，对的画√错的画×

1、纯物质两相达平衡时，两相的吉布斯函数值一定相等。（）

2、理想液态混合物与其蒸气达成气、液两相平衡时，气相总压力p与液相组成x

呈线性关系。（）

B

3、已知Cu-Ni 可以形成完全互溶固熔体，其相图如右图，理论上，通过精炼可以得到两个纯组分。（）

4、二组分的理想液态混合物的蒸气总压力介于二

纯组分的蒸气压之间。 ( )

5、在一定温度下，稀溶液中挥发性溶质与其蒸气达

到平衡时气相中的分压与该组分在液相中的组成成

正比。（）

6、恒沸混合物的恒沸温度与恒沸组成不随压力而改变。 ( )

7、在一个给定的体系中，特种数可以分析问题的角度不同而不同，但独立组分数是一个确定的数。（）

8、自由度就是可以独立变化的变量。（）

9、单组分体系的相图中两相平衡线都可以用克拉贝龙方程定量描述。（）

10、在相图中总可以利用杠杆规则计算两相平衡时两相的相对量。( )

二、选择题

1、在p下，用水蒸气蒸馏法提纯某不溶于水的有机物时，系统的沸点：（）。

（1）必低于373.2 K；

（2）必高于373.2 K；

（3）取决于水与有机物的相对数量；

（4）取决于有机物相对分子质量的大小。

2、已知A(l)、B(l)可以组成其t-x(y)图具有最大恒沸点的液态完全互溶的系统，

则将某一组成的系统精馏可以得到：( )。

（1）两个纯组分；（2）两个恒沸混合物；（3）一个纯组分和一个恒沸混合物。

3、已知A和B 可构成固溶体，在组分A 中，若加入组分B 可使固溶体的熔点提高，则组B 在此固溶体中的含量必________组分B 在组分液相中的含量。

4、硫酸与水可形成H

2SO

4

H

2

O(s)，H

2

SO

4

2H

2

O(s)，H

2

SO

4

4H

2

O(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

5、对恒沸混合物的描写，下列各种叙述中哪一种是不正确的？

(1) 与化合物一样，具有确定的组成；

(2) 恒沸混合物的组成随压力的改变而改变；

(3) 平衡时，气相和液相的组成相同；

(4) 其沸点随外压的改变而改变。

6、将固体NH

4HCO

3

(s) 放入真空容器中，等温在400 K，NH

4

HCO

3

按下式分解并

达到平衡： NH

4HCO

3

(s) = NH

3

(g) + H

2

O(g) + CO

2

(g)

系统的组分数C和自由度数F为：( )。

(１)Ｃ＝２，F ＝１；(２)Ｃ＝２，F＝２；

(３)Ｃ＝１，F＝０； (４)Ｃ＝３，F＝２。

7、在101 325 Pa的压力下，I

2在液态水和CCl

4

中达到分配平衡(无固态碘存在)

则该系统的自由度数为：( )。

(1)F=1； (2)F=2； (3)F=0； (4)F=3。

8、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。

9、克-克龙方程可适用于：（）。

（1）

()()

22

I s I g；（2）()()

C C

石墨金刚石

；

（3）

()()

211222

I g,T,P I g,T,P；（4）()()

22

I s I l。

10、压力升高时，单组分体系的沸点将( )。。

11、进行水蒸汽蒸馏的必要条件是( )

(1) 两种液体互不相溶；

(2) 两种液体蒸汽压都较大；

(3) 外压小于101kPa；

(4) 两种液体的沸点相近；

12、氢气和石墨粉在无催化剂时，在一定的温度和压力下不发生化学反应，体系的组分数是 ( )。

(１)2；(２)3；(３)4； (４)5。

13、在上述体系中，有催化剂时可生成n种碳氢化合物，平衡时组分数为( )。

(１)2；(２)3；(３)4； (４)5。

14、相律适用于：( )。

(1) 封闭体系；

(2) 敞开体系；

(3) 非平衡敞开体系；

(4) 已达平衡的敞开体系。

15、具有最低恒沸温度的某两组分体系，在其T-x相图的最低点有( )。。

（1）

()()

F=0; x l x g；（2）()()

F=1; x l x g；

3）()()

F=0; x l

；（4）

()() F=1; x l

三、填空题

1、已知NaHCO

3

(s)热分解反应为

2NaHCO

3 == Na

2

CO

3

(s) + CO

2

(g) + H

2

O(g)

今将NaHCO

3(s)，Na

2

CO

3

(s)，CO

2

和H

2

O(g)按任意比例混合，放入一个密闭容器中，

当反应建立平衡时, 系统的R’=______；C =______；p =______；F =______。

2、热力学温度T与摄氏温度t的关系为，水的三相点的热力学温度为。

3、450 C时，将NH

3(g)与N

2

(g)混合，由于NH

3

(g)的分解，最终得到NH

3

(g)、

N 2(g)和H

2

(g)平衡共存的系统，求该系统的组分数C =______；相数P =______

；和自由数F =______。

4、A与B可构成液态部分互溶二组分系统其相图如

图所示。今将40 kg B与60 kg A混合加热至53 C，

系统为______相；若此时，将所得液体冷却至20 C，

系统为_____相，各相的组成分别为______和

_______；

5、在一钢瓶中装有CO2，温度为10℃，压力为4.65MPa

，则CO2处于_____态。(选填气、液、气＋液)。(

已知CO2的临界温度为31℃，在10℃时CO2的饱和蒸气压为4.46MPa) 6、已知K-Rb 二组分系统相图如图所示，今

将系统S经精炼分离，则在固相可得到

______纯组分，在液相可得到溶体_______。

7、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，能量越节省。

8、CaCO

3(s)，BaCO

3

(s)，CaO(s)，BaO(s)和CO

2

(g)构成一个多相平衡系统，这个

系统的组分数(独立)为_ ；

自由度数为 _。

9、已知Au-Pt 相图如下：

（1）w B=0.40 的合金冷却到 1 300℃时，固体合金之组成约为______；

（2）w B=0.60 的合金冷却到 1 500℃时，固相组成为______。

10、Na

2CO

3

(s)与H

2

O(l)可生成水合物

Na

2CO

3

H

2

O(s), Na

2

CO

3

7H

2

O(s),

Na

2CO

3

10H

2

O则30℃时，与Na

2

CO

3

水溶液、冰平衡共存的水合物最多可有_______

种。

11、冰的熔点随压力增大而_______，苯的熔点随压力增大而_________。(选填升高、降低)

12、问答题。

FeCl

3与H

2

O能形成四种具有相合熔点的水合物FeCl

3

·6H

2

O(s)，2FeCl

3

·7H

2

O(s)

，2FeCl

3·5H

2

O(s)和FeCl

3

·2H

2

O(s)。问该系统组分数是多少？在等压下最多有

几相平衡共存？

13、完全互溶的A，B二组分溶液，在x B=0.6处，平衡蒸气压有最高值，那么组成x B=0.4的溶液在气-液平衡时，y B(g)，x B(1)，x B(总)的大小顺序为__________。将x B=0.4的溶液进行精馏,塔顶将得到______________。

14、纯液体在其正常沸点下沸腾变为气体，下述各量中增加的量是

；减少的量是；不变的量是。

A．蒸气压B．摩尔汽化热C．摩尔熵D．摩尔焓E．吉布斯自由能F温度G。外压H。摩尔体积.I。亥姆霍兹函数

15、在一透明的真空容器中装入足够量的纯液体，若对其不断加热，可见

到；现象，若将容器不断冷却，又可见到。

四、问答题。请回答下列各题。

1、请论证，恒沸混合物是混合物而不是化合物。

五、填作图题。

1、已知A, B两种液体完全互溶，且p*B p*A，在常压下具有最低恒沸混合物组成为D。

(1) 试画出该系统T-x图，p-x图的草图；

(2) 若有一组成介于B与D之间的A，B二组分溶液，经精馏后，在塔顶和塔底各得什么产物？

2、填作图题。

某二组分凝聚系统相图如下；

（1）说明各区的相态及成分；

（2）分别绘出a，b，c，d各点开

始冷却的步冷曲线，并注明冷却曲线转折处的相态变化及曲线各段的相态。

3、填作图题。

A-B系统的固-液平衡相图如下：

（1）列表指出各区的相态及成分；

（2）画出aa’,bb’,cc’ 的冷却

曲线的示意图；

（3）欲从a系统中得最大量的纯结

晶A，应该采取什么操作条件？

4、填作图题。 (共10分 )

下列数据为乙醇和乙酸乙酯在101.325 kPa下蒸馏时所得：

温度t / ℃ 77.15 75.0 71.8 71.6 72.8 76.4

78.3

(C

2H

5

OH) 气相 0.000 0.164 0.398 0.462 0.600 0.880

1.000

液

相 0.000 0.100 0.360 0.462 0.710 0.942

1.000

(1) 依据表中数据绘制t-x图(粗略图)，标示出图中各相区的相态及成分；

(2)这是一个什么系统？

(3)将组成x(C2H5OH)=0.75之溶液用精馏塔分离，塔顶、塔底各可得到什么成分？

5、已知Ag-Cu相图（液固平衡）如下图所示：（1）填表

（2）今有组成为P的液态合金，画出其步冷曲线。

步冷曲线

相区相数相态及成分

I

II

III

DE线

A点

P点

6、用热分析法测得Sb(A) + Cd(B)系统步冷曲线的转折温度及停歇温度数据如

下：

w(Cd) 100 0

50 58 70 93 100

20.537.547.5

— 550 460— 419— 400——

转折温度t/

C

停歇温度t/

630 410 410 410 410 439 295 295 321 C

（1）由以上数据绘制步冷曲线（示意），并根据该组步冷曲线绘制Sb(A)-Cd(B)系统的熔点-组成图；

（2）由相图求Sb和Gd形成的化合物的最简分子式；

（3）将各区的相数及条件自由度数（’）列成表。

（已知Cd及Sb的相对原子质量分别为112.4，121.8）

7、试画出水的相图(p-T示意图)，标出图中各相区、相线、三相点的稳定相，

并计算这些区、线、点的自由度。

8、下列数据为

乙醇和乙酸乙酯在

101.325 kPa下蒸

馏时所得：

温度t / ℃ 77.15 75.0 71.8 71.6 72.8 76.4

78.3

y(C

2H

5

OH)气相 0.000 0.164 0.398 0.462 0.600 0.880

1.000

x(C

2H

5

OH) 液相 0.000 0.100 0.360 0.462 0.710 0.942

1.000

(1) 依据表中数据绘制t-x图草图，标示出图中各相区的相态及成分；

(2) 在溶液组成x(C2H5OH)=0.75时最初馏出物（气相）的组成是什么？

(3) 用精馏塔将(2)之溶液分离得到的物质是什么？

9、由A-B的冷却曲线得到下列数据：

w(B) 100 0 20 40 60 80 100

转折温度t/

C

无 400 无 250 390 无

停顿温度t /

C

650 150 150 150 150 500

作A-B相图，并标明各区域中可能存在的相态成分及自由度数；

①画出组成为w(B)=0.3, w(B)=0.4, w(B)=1的步冷曲线.

10、填作图题。

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？

第六章平衡练习题答案

一、是非题答案

1、×

2、√

3、√

4、√

5、√

6、×

7、√

8、×

9、√10、√

二、选择题答案

1、（1）

2、 (3)，

3、（1）

4、（3）

5、 (1)

6、 (３)

7、（2）

8、(3)

9、（1） 10、（1）11、（1）12、 (1) 13、（2） 14、(4)15、（1）

三、填空题答案

1、解： 0 3 3 2

2、解：T / K = t / ℃＋273.15 273.16 K

3、解：2，1，2

4、解： 1 ； 2 ； l1,w(B)=0.20 ， l2,w(B)=0.80

5、液态

6、解： K ； C 。

7、解：饱和蒸气摩尔质量

8、解： 3 0

9、解：w B=0.60 w B=0.80

10、解： 1

11、解：降低升高

12、解：S = 6，R = 4，R’= 0 C = S－R－R ’ = 2，在等压下’= C －+ 1, 因’= 0时相数最多因此在等压下最多有三相平衡共存。

13、解：y B(g)>x B(总) > x B(1) x B=0.6恒沸混合物

14、解C.D.H I A.B.E.F.G

15、临界三相共存

四、问答题。请回答下列各题。

1、解：恒沸混合物的组成随压力的改变而改变，故其是混合物而不是化合物。

五、填图题

1、

解：(1)如图（4分）

(2)塔顶，恒沸混合物D

塔底 B （2分）

2、填作图题。 ( 本大题13分 )

解：(1)

相区 1 2 3 4 5 6

相态及成分l(A+B) l+s(A) l+s(C) l+s(B) s(A)+s(C)

s(C)+s(B)

3、填作图题。 ( 本大题13分 )

解：（1）（6分）

相区(1) (2) (3) (4) (5) (6)相态及成分l(A+B) s (A)+l s (A)+s (AB) s (A)+l s (AB)+l s (AB)+ s

(B)

（2）步冷曲线如图。（8分）

（B）欲从a系统中得到最大量纯结晶A，

应该使温度降低至接近三相线MED。

（12分）

4填作图题。 ( 本大题10分 )

解：(1)如右图所示：（6分）

(2)此系统为具有最大正偏差的系统

(3) 塔顶、塔底各可得到恒沸物和纯B（2分）

5、问答题。 ( 本大题7分 )

解：S = 6，R = 4，R’= 0

C = S－R－R ’ = 2，

在等压下’= C －+ 1,

因’= 0时相数最多因此在等压下最多有三相平衡共存。（6分）6、填作图题。 ( 本大题14分 )

解：（1）

相区相数相态及成分‘

I2l (Ag+Cu), s (Ag+Cu)1

II2l (Ag+Cu), s (Ag+Cu)1

III2s1(Ag+Cu), s2(Ag+Cu)1

DE线3l C , s1 , s20

A点2s (Ag), l (Ag)0

P点1l (Ag+Cu)2（0518=9分）（2）

7、填作图题。 ( 本大题13分 )

解：（1）绘制的步冷曲线及熔点-组成图如下：

（6分）

(2)由图知，形成化合物的总组成w (Cd)0.85，据此组成，以及Sb 及Cd 的摩尔质量，可确定该化合物的分子式：

)Sb ()Cd (n n =11mol g 8.121/g 42.0mol g 4.112/g 58.0--??=2

3

所以该化合物的分子式为Sb 2Cd 3。 （9分）

(3)各相区的相数及条件自由度数（ ’）列成下表：

相区

相数 条件自由度数

（

’） I 1 2 II 2 1 III 2 1 IV 2 1 V 2 1 VI 2 1 VII

2

1

8、填作图题 ( 本大题11分 ) 解：水的相图如下：

图（4分）

OC 线： 固

气

OA 线： 固

液 （3分）

OB 线： 液

气

三相点O 点：固，液，气 （1分）

自由度：相区：F=1-1+2=2, 相线：F=1-2+2=1, 三相点：F=1-3+2=0 （3分）9、计算题 ( 本大题12分 )

每空2分，冷却曲线2分

相区相的聚集态及成分

①l（A+B）

②s（A）, l（A+B）

③l（A+B）, s（C）

④s（A）, s（C）

⑤s（C），l（A+B）

10、填作图题。

( 本大题14分 )

解：(1)如右图所示：

(2)在溶液组成为：

x(C2H5OH)=0.75时，

由t-x图可得最初馏出物的组成为：

x(C2H5OH)=0.64

(3) 由t-x图可看出残留液所含乙醇浓度

渐多，故蒸到最后时可得到纯乙醇，但不能得

到纯醋酸乙酯。（2分）