北航物理化学化学平衡和多组分系统热力学和相平衡答案共34页
大学物理化学 第三章 多组分系统热力学习指导及习题解答
RT Vm p A Bp
积分区间为 0 到 p,
RT
p
d ln
f=
（p RT
A Bp)dp
0
0p
RT p d ln（ f ）= （p A Bp)dp Ap 1 Bp2
0
p0
2
因为
lim ln( f ) 0 p0 p
则有
RT ln（ f ）=Ap 1 Bp2
为两相中物质的量浓度，K 为分配系数。
萃取量
W萃取
=W
1
KV1 KV2 V2
n
二、 疑难解析
1. 证明在很稀的稀溶液中，物质的量分数 xB 、质量摩尔浓度 mB 、物质的量浓度 cB 、质量分数 wB
之间的关系： xB
mBM A
MA
cB
MA MB
wB 。
证明：
xB
nA
nB nB
nB nA
）pdT
-S
l A,m
dT
RT xA
dxA
-S（mg A）dT
-
RT xA
dxA =
S（mg A）-S
l A,m
dT
Δvap Hm (A) T
dT
-
xA 1
dxA = xA
Tb Tb*
Δvap Hm (A) R
dT T2
若温度变化不大， ΔvapHm 可视为常数
- ln
xA =
Δvap Hm (A) R
真实溶液中溶剂的化学势 μA μ*A(T, p) RT ln γx xA =μ*A(T, p) RT ln aA,x
真实溶液中溶质 B μB μB* (T, p) RT ln γx xB =μ*A(T, p) RT ln aB,x
物理化学课后答案 第四章 多组分系统热力学
第四章多组分系统热力学4.1 有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。
此溶液中B的浓度为cB，质量摩尔浓度为bB，此溶液的密度为。
以MA，MB分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数xB表示时，试导出xB与cB，xB与bB之间的关系。
解：根据各组成表示的定义4.2 D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。
求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。
解：质量分数的定义为4.3 在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度bB介于和之间时，溶液的总体积。
求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成bB的函数关系。
（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。
解：根据定义当时4.4 60 C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。
二者可形成理想液态混合物。
若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 C时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。
解：质量分数与摩尔分数的关系为求得甲醇的摩尔分数为根据Raoult定律4.5 80 C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。
两液体可形成理想液态混合物。
若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。
解：根据Raoult定律4.6 在18 C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。
现将1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 C下的体积及其组成。
设空气为理想气体混合物。
其组成体积分数为：，解：显然问题的关键是求出O2和N2的Henry常数。
18 C，气体压力101.352 kPa下，O2和N2的质量摩尔浓度分别为这里假定了溶有气体的水的密度为（无限稀溶液）。
物理化学答案详解
物理化学答案详解⽓体的pvT关系⼀、理想⽓体状态⽅程pV=（m/M）RT= nRT （1.1）或pV m=p（V/n）=RT （1.2）式中p、V、T及n的单位分别为P a、m3、K及mol。
V m=V/n称为⽓体的摩尔体积，其单位为m3·mol。
R=8.314510J·mol-1·K-1称为摩尔⽓体常数。
此式适⽤于理想，近似于地适⽤于低压下的真实⽓体。
⼆、理想⽓体混合物1．理想⽓体混合物的状态⽅程（1.3）pV=nRT=（∑BBn）RTpV=mRT/M mi x （1.4）式中M mi x为混合物的摩尔质量，其可表⽰为M mix def∑BBy M B (1.5)M mix=m/n=∑BBm/∑BBn（1.6）式中M B为混合物中某⼀种组分B的摩尔质量。
以上两式既适⽤于各种混合⽓体，也适⽤于液态或固态等均匀相混合系统平均摩尔质量的计算。
2.道尔顿定律p B=n B RT/V=y B p （1.7）P=∑BBp(1.8)理想⽓体混合物中某⼀种组分B的分压等于该组分单独存在于混合⽓体的温度T及总体积V的条件下所具有的压⼒。
⽽混合⽓体的总压即等于各组分单独存在于混合⽓体的温度、体积条件下产⽣压⼒的总和。
以上两式适⽤于理想⽓体混合系统，也近似适⽤于低压混合系统。
3.阿马加定律V B*=n B RT/p=y B V （1.9）V=∑V B*（1.10）V B*表⽰理想⽓体混合物中物质B的分体积，等于纯⽓体B在混合物的温度及总压条件下所占有的体积。
理想⽓体混合物的体积具有加和性，在相同温度、压⼒下，混合后的总体积等于混合前各组分的体积之和。
以上两式适⽤于理想⽓体混合系统，也近似适⽤于低压混合系统。
三、临界参数每种液体都存在有⼀个特殊的温度，在该温度以上，⽆论加多⼤压⼒，都不可能使⽓体液化，我们把这个温度称为临界温度，以T c或t c表⽰。
我们将临界温度T c时的饱和蒸⽓压称为临界压⼒，以p c表⽰。
北航物理化学课件：第3章_多组分系统热力学
式中，VA称为物质A的偏摩尔体积；
VB称为物质B的偏摩尔体积。
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2021/2/2
多组分体系的偏摩尔数量
VA的物理意义： 在T、p和nB不变的条件下，当有1 mol的组分A加
入溶液中时，溶液体积的改变。
下面分析纯物质的偏摩尔体积：
V总＝nVm（T、p）
Vm
V总
n T , p
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2021/2/2
偏摩尔量的物理意义
（可有两种理解方式）
(1) 在等温等压条件下，在无限大量的组分一定的某 一体系加入1mol B物质所引起的体系容量性质Z 的改变值，称B物质的偏摩尔量。这实际上是偏 摩尔量的概念；
(2) 在等温等压条件下，在组成一定的有限量体系中， 加入无限小量dnB mol的B物质后，体系容量性质Z 改变了dZ, dZ与dnB的比值就是ZB,m
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2021/2/2
3.2 溶液组成的表示法
4. 质量分数wB（mass fraction）
wB
mB m(总)
溶质B的质量与溶液总质量之比称为溶质B的 质量分数。
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2021/2/2
3.3 偏摩尔量与化学势
一.单组分体系的摩尔热力学函数值 二.多组分体系的热力学分析 三.多组分体系的偏摩尔数量 四.偏摩尔量的集合公式 五.Gibbs-Duhem公式 六.化学势的定义 七.多组分体系中的基本公式 八.化学势与压力的关系 九.化学势与温度的关系
2. 对于混合体系，例如：溶液，纯态与混合态的性质有 什么关系？是简单的加和关系吗？
3. 在化学反应中，体系与环境有物质交换，体系的性质 怎样变化？方向和限度的判据是什么？
北航工程热力学 作业答案参考
作业：思考题1－5，1－7；习题1－6。
S 1-5：何为平衡状态？平衡状态和均匀状态是否同一概念？平衡必须满足什么条件？系统不受外界影响的条件下，如果各部分的宏观状态参数不随时间变化，系统处于平衡状态。
平衡状态和均匀状态不是同一概念。
平衡状态强调不受外界影响＋状态参数不随时间变化；均匀状态强调的是状态参数不随空间变化，空间分布均匀。
举例：封闭刚性容器内的水和水蒸汽混合物，处于平衡状态，但不处于均匀状态。
平衡条件：力平衡、温度平衡、化学平衡－无势差。
注意：要讲清楚二者的区别，而不是简单的判断和给出定义描述。
S 1-7：可逆过程与平衡过程（内平衡过程）有何区别？造成不可逆的因素有哪些？可逆过程一定是平衡过程，平衡过程不一定是可逆过程；无耗散（无摩擦）的平衡过程是可逆过程。
造成不可逆的因素：胀缩时有力不平衡、传热有温差，运动有摩擦。
注意：要讲清楚二者的区别，而不是简单的判断和给出定义描述。
X 1－6： 解：1760 1.03323 1.01325atm mmHg at bar === 19.829.82/1.033239.504p at atm atm === 2 4.24 4.24/1.01325 4.185p bar atm atm ===745745/7600.98B mmHg atm atm === 19.5040.9810.484A p p B atm =+=+= 2B A p p p +=210.484 4.185 6.299B A p p p atm =-=-= 注意：2B p p B =+是错误的；“真空度”：v p B p =-，B 一般特指地面标准大气压，1B atm =，所以1v p atm <。
S2-5：功是过程量，而推挤功pv 却只取决于状态，怎么理解？热力学力里的功是广义功，体系作功的大小与过程经历的路径和条件有关，不同的过程即使起止状态相同，做功大小也不同，因此，功是过程量。
大学物理化学化学平衡课后习题及答案
化学平衡课后习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确?正确的在题后括号内画“√”，错误的画“⨯”。
1。
某一反应在定温、定压且无非体积功的条件下，当该反应的∆r G m 〈0时,则该反应能正向进行。
（ ） 2. 如果某一化学反应的∆r H < 0，该反应的K 随着温度升高而减小。
（）3. 对理想气体反应：0 = ∑B νB B,在定温定压下当∑B νB 〉0时,随着惰性气体的加入而平衡向左移动。
（)4. 对理想气体反应：0 = ∑B νB B ，在定温定压下当∑B νB >0时,随着惰性气体的加入而平衡向左移动。
（9. 如果某一化学反应的∆r H 不随温度变化，那么其∆r S 也不随温度变化，但是其∆r G 却与温度有关。
（)5. 对于真实气体混合物的反应，该反应的标准平衡常数K 仅仅是温度的函数。
(）二、选择题选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：1. PCl 5的分解反应PCl 5（g) == PCl 3（g ） + Cl 2（g ） 在473 K 达到平衡时PCl 5（g) 有48。
5％分解,在573 K 达到平衡时,有97 %分解，则此反应是（ ） （1）吸热反应； （2）放热反应; (3）反应的标准摩尔焓变为零的反应；（4)在这两个温度下标准平衡常数相等的反应。
2. 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）标准平衡常数与温度,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）标准平衡常数与温度成正比，与压力成反比。
3。
理想气体反应N 2O 5（g ）== N 2O 4（g ）+1/2O 2(g ）的∆r H为41.84kJ ⋅mol－1，∑=0)(,B C mp Bν。
大学物理化学化学平衡课后习题及答案
1.PC∣5的分解反应PC∣5（g） == PCI3（g）+C∣2（g）在473 K达到平衡时PC∣5（g）有48∙5%分
解，在573 K达到平衡时，有97%分解，则此反应是（）
（1）吸热反应；（2）放热反应；
（3）反应的标准摩尔焓变为零的反应；
（4）在这两个温度下标准平衡常数相等的反应。
2.设反应aA（g ） == yY（g）+zZ（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）标准平衡常数与温度，压力成反比；
（2）是一个体积增加的吸热反应；
(iii)C(石墨)+O2(g)=CO2(g),△rGm,iii=(-394.0-0.84×0-3T∕K)kJ mol-1
8
3.已知下列反应在373K时，K =1.25×0
CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g)
(1)已知上述反应的厶rSm(373k)=-125.52J mo∙-1K-1,求COCl2(g)的解离反应在373K下的△rHm=___；
化学平衡课后习题
、是非题
下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√∖错误的画“X”。
1.某一反应在定温、定压且无非体积功的条件下，当该反应的.■:rGm<0时，则该反应能
正向进行。（）
2.如果某一化学反应的ArHi：:：0,该反应的K随着温度升高而减小。（）
3.对理想气体反应：0 =[b'∙.bB,在定温定压下当[b'∙.b>0时，随着惰性气体的加入而平 衡向左移动。（）
物理化学答案――第三章_多组分系统热力学及其在溶液中的应用习.
第三章多组分系统热力学及其在溶液中的应用一、基本公式和内容提要1. 偏摩尔量定义:其中X为多组分系统的任一种容量性质，如V﹑U﹑S......全微分式：总和：偏摩尔量的集合公式：2. 化学势定义物质的化学势是决定物质传递方向和限度的强度因素，是决定物质变化方向和限度的函数的总称，偏摩尔吉布斯函数只是其中的一种形式。
3. 单相多组分系统的热力学公式4. 化学势判据等温等压、只做体积功的条件下将化学势判据用于多相平衡和化学平衡中，得多组分系统多相平衡的条件为：化学平衡的条件为：5.化学势与温度、压力的关系（1）化学势与压力的关系（2）化学势与温度的关系6.气体的化学势（1）纯组分理想气体的化学势理想气体压力为（标准压力）时的状态称为标准态，称为标准态化学势，它仅是温度的函数。
（2）混合理想气体的化学势式中：为物质B的分压；为物质B的标准态化学势；是理想气体混合物中B组分的摩尔分数；是B纯气体在指定T，p时的化学势，p是总压。
（3）实际气体的化学势式中：为实际气体或其混合物中物质B的化学势；为B的标准态化学势，其对应状态是B在温度T、压力、且假想具有理想气体行为时的状态，这个状态称为实际气体B的标准态；分别为物质B的逸度系数和逸度。
7. 稀溶液中的两个经验定律（1）拉乌尔定律一定温度时，溶液中溶剂的蒸气压与溶剂在溶液中的物质的量分数成正比，其比例系数是纯溶剂在该温度时的蒸气压。
用公式表示为。
对二组分溶液来说，，故拉乌尔定律又可表示为即溶剂蒸气压的降低值与纯溶剂蒸气压之比等于溶质的摩尔分数。
（2）亨利定律一定温度时，稀溶液中挥发性溶质的平衡分压与溶质在溶液中的物质的量分数成正比。
用公式表示。
式中：为溶质的浓度分别为摩尔分数、质量摩尔浓度和物质的量浓度表示时的亨利系数，单位分别为Pa、和。
使用亨利定律时应注意：①是溶质在液面上的分压；②溶质在气体和在溶液中的状态必须是相同的。
8.溶液的化学势（1）理想液态混合物中物质的化学势①定义：在一定的温度和压力下，液态混合物中任意一种物质在任意浓度均遵守拉乌尔定律的液态混合物称为理想液态混合物。
北师大版物理化学化学平衡习题答案
化学平衡习题解答1. 有理想气体反应 2H 2(g) + O 2(g)2H 2O(g)，在2000 K 时，已知反应的71.5510K=⨯(1) 计算H 2和O 2分压各为1.00×104 Pa ，水蒸气分压为1.00×105 Pa 的混合气中，进行上述反应的r m G ∆，并判断反应自发进行的方向；(2) 当H 2和O 2的分压仍然分别为1.00×104 Pa 时，欲使反应不能正向自发进行，水蒸气的分压最少需要多大？ 解：(1) 反应系统的分压比由定温方程由r m 0G ∆<，可判断此时反应能够自发正向进行。
(2) 欲使正向反应不能自发进行，p Q 至少需与K θ相等，即 所以227432142H O 11.5510(1.0010)Pa 1.5310Pa 101325p =⨯⨯⨯⨯=⨯2. 已知反应CO(g) + H 2O(g)CO 2(g) + H 2(g)在700℃时K θ = 0.71，(1) 若系统中四种气体的分压都是 1.5×105 Pa ；(2) 若6CO 1.010 Pa p =⨯，25H O 5.010Pa p =⨯，225CO H ==1.510Pa p p ⨯；试判断哪个条件下正向反应可以自发进行？解：(1) 由定温方程r m r m ln p G G RT Q ∆=∆+，知∵r m r m ln p G G RT Q ∆=∆+=222CO (g)H (g)HO(g)CO(g)()()ln ln()()p p pp RT KRT p p pp''-+''= 551551.510 1.510(-8.314973.2ln 0.71+8.314973.2ln )J mol 1.510 1.510-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⋅⨯⨯⨯ = 312.7710 J mol -⨯⋅∴ ∆r G m = 2.77×1031J mol -⋅＞ 0 此反应不能正向自发进行。
北师大版物理化学化学平衡习题答案
北师大版物理化学化学平衡习题答案化学平衡习题解答1. 有理想气体反应 2H 2(g) + O 2(g)2H 2O(g)，在2000 K 时，已知反应的71.5510K=⨯(1) 计算H 2和O 2分压各为1.00×104 Pa ，水蒸气分压为1.00×105 Pa 的混合气中，进行上述反应的rmG ∆，并判断反应自发进行的方向；(2) 当H 2和O 2的分压仍然分别为1.00×104 Pa 时，欲使反应不能正向自发进行，水蒸气的分压最少需要多大？解：(1) 反应系统的分压比2222222252HO HO 243H O H O (/)(1.0010)1013251013.25(/)(/)(1.0010)p p p p p Q p p p p p p ''⋅⨯⨯====''''⋅⨯由定温方程1r m 7511013.25ln ln ln(/)(8.3142000ln )J mol 1.55101.6010J mol p p G RT K RT Q RT Q K --∆=-+==⨯⨯⋅⨯=-⨯⋅由rmG∆<，可判断此时反应能够自发正向进行。
(2) 欲使正向反应不能自发进行，pQ 至少需与K θ相等，即2222H O7H O 1.5510p p p Q K p p ⋅==⨯=⋅所以227432142H O11.5510(1.0010)Pa 1.5310Pa 101325p=⨯⨯⨯⨯=⨯27H O 1.2410Pap =⨯2. 已知反应CO(g) + H 2O(g)CO 2(g) + H 2(g)在700℃时K θ = 0.71，(1) 若系统中四种气体的分压都是 1.5×105 Pa ；(2) 若6CO 1.010 Pap =⨯，25H O 5.010Pap =⨯，225CO H ==1.510Pa pp ⨯；试判断哪个条件下正向反应可以自发进行？ 解：(1) 由定温方程rmr m ln pGG RT Q ∆=∆+，知11r m ln (8.314973.2ln 0.71)kJ mol 2.77 kJ mol G RT K --∆==-⨯⨯⋅=⋅∵rmr m ln pGG RT Q ∆=∆+=222CO (g)H (g)HO(g)CO(g)()()ln ln()()p p pp RT KRT p p pp''-+''=551551.510 1.510(-8.314973.2ln 0.71+8.314973.2ln )J mol 1.510 1.510-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⋅⨯⨯⨯= 312.7710 J mol -⨯⋅∴ ∆r G m = 2.77×1031J mol -⋅＞ 0 此反应不能正向自发进行。
大学物理化学4-多组分体系热力学课后习题及答案
多组分体系热力学课后习题一、是非题下述各题中的说法是否正确?正确的在题后括号内画“√”,错的画“⨯”1. 二组分理想液态混合物的总蒸气压大于任一纯组分的蒸气压。
（ ）2. 理想混合气体中任意组分B 的逸度B ~p 就等于其分压力p B ~。
（ ）3.因为溶入了溶质，故溶液的凝固点一定低于纯溶剂的凝固点。
（ ） 4.溶剂中溶入挥发性溶质，肯定会引起溶液的蒸气压升高。
（ ） 5.理想溶液中的溶剂遵从亨利定律；溶质遵从拉乌尔定律。
（ ） 6. 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 B 呈线性关系。
（ ）7. 如同理想气体一样，理想液态混合物中分子间没有相互作用力。
（ ）8. 一定温度下，微溶气体在水中的溶解度与其平衡气相分压成正比（ ）9. 化学势是一广度量。
（ ）10. 只有广度性质才有偏摩尔量（ ）11. )B C C,(,,B ≠⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂n V S n U 是偏摩尔热力学能，不是化学势。
（ ） 二、选择题选择正确答案的编号,填在各题题后的括号内1. 在α、β两相中都含有A 和B 两种物质,当达到相平衡时,下列三种情况, 正确的是：( )。
(A)ααμ=μB A ； (B) βαμ=μA A ； (C) βαμ=μB A 。
2. 理想液态混合物的混合性质是：( )。
(A)Δmix V ＝0，Δmix H ＝0，Δmix S ＞0，Δmix G ＜0；(B)Δmix V ＜0，Δmix H ＜0，Δmix S ＜0，Δmix G ＝0；(C)Δmix V ＞0，Δmix H ＞0，Δmix S ＝0，Δmix G ＝0；(D)Δmix V ＞0，Δmix H ＞0，Δmix S ＜0，Δmix G ＞0。
3. 稀溶液的凝固点T f 与纯溶剂的凝固点*f T 比较，T f <*fT 的条件是：（ ）。
（A ）溶质必需是挥发性的；（B ）析出的固相一定是固溶体；（C ）析出的固相是纯溶剂；（D ）析出的固相是纯溶质。
物理化学课后答案
第一章气体的pVT性质1.1物质的体膨胀系数与等温压缩率的定义如下试推出理想气体的，与压力、温度的关系。
解：根据理想气体方程1.5两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。
若将其中的一个球加热到100 ︒C，另一个球则维持0 ︒C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。
解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。
标准状态：因此，1.9 如图所示，一带隔板的容器内，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均可视为理想气体。
（1）保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体混合后的压力。
（2）隔板抽取前后，H2及N2的摩尔体积是否相同？（3）隔板抽取后，混合气体中H2及N2的分压立之比以及它们的分体积各为若干？解：（1）等温混合后即在上述条件下混合，系统的压力认为。
（2）混合气体中某组分的摩尔体积怎样定义？（3）根据分体积的定义对于分压1.11 室温下一高压釜内有常压的空气，为进行实验时确保安全，采用同样温度的纯氮进行臵换，步骤如下：向釜内通氮气直到4倍于空气的压力，尔后将釜内混合气体排出直至恢复常压。
重复三次。
求釜内最后排气至恢复常压时其中气体含氧的摩尔分数。
解：分析：每次通氮气后至排气恢复至常压p，混合气体的摩尔分数不变。
设第一次充氮气前，系统中氧的摩尔分数为，充氮气后，系统中氧的摩尔分数为，则，。
重复上面的过程，第n次充氮气后，系统的摩尔分数为，因此。
气体，分别用理想气体状态方程及van der Waals 1.13 今有0 C，40.530 kPa的N2方程计算其摩尔体积。
实验值为。
解：用理想气体状态方程计算气（附录七）用van der Waals计算，查表得知，对于N2，用MatLab fzero函数求得该方程的解为也可以用直接迭代法，，取初值，迭代十次结果1.16 25 ︒C时饱和了水蒸气的湿乙炔气体（即该混合气体中水蒸气分压力为同温度下水的饱和蒸气压）总压力为138.7 kPa，于恒定总压下冷却到10 ︒C，使部分水蒸气凝结为水。
物理化学-第四章-相平衡习题解
第四章 相平衡一、 基本内容本章运用热力学方法推导相平衡系统共同遵守的规律—相律；介绍单组分或多组分系统内达平衡时的状态图—相图的绘制、相图的分析和相图的应用。
通过本章的学习，可以应用相律判断各类相平衡系统中的相数、组分数和自由度数；了解各类相图的绘制方法，正确分析相图中各点、线、面的意义，解释外界条件变化时系统经历的相变，并能根据所给条件粗略画出相图；能应用杠杆规则计算相平衡系统中各相的相对数量，明确蒸馏、精馏、结晶、萃取等工业过程分离、提纯物质的基本原理和最佳途径。
〔一〕相变在聚集态内部能与其它物质区分的“均匀系〞称为“相〞，描述“相〞的特征是：宏观 物理性质与化学性质均匀一致；其物质的数量可以任意改变〔量变〕；相与相之间不强求明显的物理界面。
例如水池中插板、冰被破碎，并不改变原有相数的平衡状态。
相变则标志质〔物理性质和化学性质〕的飞跃，根据物性的不同有一级相变和二级相变之分，一级相变广为存在，其特征是物质在两相平衡时化学势的一级偏微商不相等，∆V ≠0，∆H ≠0，∆S ≠0，曲线变化呈现明显折点〔有二条切线〕。
这类相变符合克拉贝龙方程：VT HdT dp ∆∆=。
二级相变的特征是物质在二相平衡时化学势的一级偏微商相等，曲线变化呈现圆滑过渡〔只有一条切线〕。
而二级偏微商不等，C p 、α(等压热膨胀系数)、β〔等温压缩系数〕在相变温度时曲线的变化不连续。
二级相变因∆H =0，不适用克拉贝龙方程而适用埃伦菲斯方程α∆∆=TV C dT dpp 。
某些金属的铁磁→顺磁转变，低温下超导性能的转变等属于此类。
〔二〕相律系统达热力学平衡时，若有C 种组分，Φ个相，通常仅将温度与压力2个强度性质考虑进去，组成一个全部是独立变量的以自由度数f 表达的函数关系式： f =C -Φ+2。
此即为吉布斯相律公式。
如有磁场、重力场以与有渗透压等其它因素影响，则应将常数2改为n 。
〔三〕相图相图是一些描述相平衡规律的图形。
物理化学答案——第四章_化学平衡习题解答[1]
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第四章 化学平衡一、基本公式和内容提要 1. 化学反应的方向和限度（1）反应系统的吉布斯自由能和反应进度反应进行过程中，A 和B 均各以纯态存在而没有相互混合，则在反应进度为ξ时反应体系的总吉布斯自由能G *为：G * = n A μA * + n B μB * = （1－ξ）μA * +ξμB * = μA * +ξ（μB * －μA *）对于封闭体系在定温定压下在反应实际进行过程中，A 和B 是不可能以纯态存在的。
它们是混合在一起的，因此还存在混合吉布斯自由能△mix G 。
△mix G = RT （n A lnX A + n B lnX B ） = RT [(1－ξ)ln(1－ξ) + ξlnξ]（2）化学反应标准平衡常数理想气体的化学反应()()()()aA g bB g gG g hH g −−→++←−− bB a A hH gG P P P P P P P P )/()/()/()/(θθθθ= e )－－(1θθθθμμμμB A H G b a h g RT－+= 常数 = K θK θ称为标准平衡常数。
（3）化学反应的等温方程式（a ）对任意反应达平衡时：△r G m θ = －RTlnK θ△r G m θ是指产物和反应物均处于标准态时，产物的吉布斯自由能和反 应物的吉布斯自由能总和之差，称为反应的“标准吉布斯自由能变化”。
（b ）反应在定温定压条件下△r G m = △r G m θ+ RT ln Q p上式称为范特霍夫(Vait Hoff) 等温方程。
（c ）依据吉布斯自由能函数可判断反应进行的方向，在温度、压力一定的条件下：RT ln Q a ＜ RTlnK θ Q a ＜K θ △r G m ＜0 反应正向自发进行 若 RT ln Q a ＞RTlnK θ Q a ＞K θ △r G m ＞0 反应逆向自发进行若 RT ln Q a = RTlnK θ Q a = K θ △r G m =0 反应达平衡 2. 反应的标准吉布斯自由能变化 （1）化学反应的△r G m 与△r G m θ（a ）在一定温度和压力为p θ下，任何物质的标准态化学势μi θ都有确定值，所以任何化学反应的△r G m θ都是常数；（b ）△r G m 不是常数，在一定T ，p 下，它与各物质的活度（分压、浓度）等有关，即与Q a 有关；（c ）在定温定压条件下0W '=时，△r G m 的正负可以指示化学反应自发进行的方向，在定温下△r G m θ的正负通常不能指示反应进行的方向，根据公式△r G m = △r G m θ+ RT ln Q p ，但当△r G m θ的数值很大时，也可用其值估计反应的方向。
物理化学《相平衡》习题及参考答案
物理化学《相平衡》习题及答案2-3 选择题1、水煤气发生炉中共有)()()()(22g CO g CO g O H s C 、、、及)(2g H 5种物质，它们能发生下述反应：)(2)()(2g CO s C g CO ⇒+，)()()()(222g O H g CO g H g CO +⇒+，)()()()(22g CO g H s C g O H +⇒+，则此体系的组分数、自由度为（ C ）A.5、3B.4、3C.3、3D.2、22、物质A 与B 可形成低共沸混合物E ，已知纯A 的沸点小于纯B 的沸点，若将任意比例的A+B 混合在一个精馏塔中精馏，则塔顶的馏出物是（ C ）A.纯AB.纯BC.低共沸混合物D.都有可能3、克拉贝隆-克劳修斯方程适用于（ C ）A.)()(22g I s I ⇔B.)()(金刚石石墨C C ⇔C.),,(),,(222112p T g I p T g I ⇔D.)()(22l I s I ⇔4、将一透明容器抽成真空，放入固体碘，当温度为50℃时，可见到明显的碘升华现象，有紫色气体出现。
若温度维持不变，向容器中充入氧气使之压力达到100kPa 时，将看到容器中（ C ）A.紫色变深B.紫色变浅C.颜色不变D.有液态碘出现5、在一定温度下，水在其饱和蒸汽压下汽化，下列各函数增量中那一项为零（ D ）A.U ∆B.H ∆C.S ∆D.G ∆6、在一定外压下，多组分体系的沸点（ D ）A.有恒定值B.随组分而变化C.随浓度而变化D.随组分及浓度而变化7、压力升高时，单组份体系的沸点将（ A ）A.升高B.降低C.不变D.不一定8、进行水蒸气蒸馏的必要条件是（ A ）A.两种液体互不相容B.两种液体蒸汽压都较大C.外压小于101kPaD.两种液体的沸点相近9、液体A 与液体B 不相混溶。
在一定温度T ，当有B 存在时，液体A 的蒸汽压为（ B ）A.与体系中A 的摩尔分数成比例B.等于T 温度下纯A 的蒸汽压C.大于T 温度下纯A 的蒸汽压D.与T 温度下纯B 的蒸汽压之和等于体系的总压力10、氢气和石墨粉在没有催化剂时，在一定温度下不发生化学反应，体系的组分数是（ A ）A.2B.3C.4D.511、上述体系中，有催化剂存在时可生成n 种碳氢化合物，平衡是组分数为（ A ）A.2B.4C.n+2D.n12、相率适用于（ D ）A.封闭体系B.敞开体系C.非平衡敞开体系D.以达到平衡的多向敞开体系13、某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.同是温度和压力的函数D.除了温度压力以外，还是其他因素的函数14、在实验室的敞口容器中装有单组份液体，对其不断加热，则看到（ A ）A.沸腾现象B.三项共存现象C.临界现象D.生化现象15、相图与相率之间的关系是（ B ）A.相图由相率推导得出B.相图由实验结果绘制得出，不能违背相率C.相图决定相率D.相图由实验结果绘制得出，与相率无关16、下述说法中错误的是（ C ）A.通过相图可确定一定条件下体系由几相构成B.相图可表示出平衡时每一相的组成如何C.相图可表示达到相平衡所需时间的长短D.通过杠杆规则可在相图上计算各相的相对含量17、三组分体系的最大自由度及平衡共存的最大相数为（ D ）A.3;3B.3;4C.4;4D.4;518、定容条件下)(4s HS NH 的分解压力为1θp 时，反应)()()(234g S H g NH s HS NH +⇔的标准平衡常数是（ C ）A.1B.1/2C.1/4D.1/819、水的三相点附近其蒸发热为44.821-⋅mol kJ ，熔化热为5.991-⋅mol kJ ，则在三相点附近冰的升华热约为（ B ）A.38.831-⋅mol kJB.50.811-⋅mol kJC.-38.831-⋅mol kJD.-50.811-⋅mol kJ20、在相图上，当物系点处于哪一点时，只存在一个相（ C ）A.恒沸点B.熔点C.临界点D.最低共沸点21、具有最低恒沸温度的某两组份体系，在其T-x 相图的最低点有（ A ）A.l g x x f ==;0B.l g x x f ==;1C.l g x x f >=;0D.l g x x f >=;122、80℃时纯苯的蒸汽压为0.991θp ，纯甲苯的蒸汽压为0.382θp ，若有苯-甲苯气、液平衡混合物在80℃时气相中苯的摩尔分数为30.0=苯y 则液相组成苯x 接近于（ D ）A.0.85B.0.65C.0.35 D0.1423、体系处于标准状态时，能与水蒸气共存的盐可能是： CA. Na 2CO 3B. Na 2CO 3 Na 2CO 3•H 2O Na 2CO 3•7H 2OC. Na 2CO 3 Na 2CO 3•H 2OD. 以上全否24.一个水溶液共有S 种溶质，相互之间无化学反应。
物理化学答案 第六章 相平衡
第六章相平衡6.1 指出下列平衡系统中的组分数C，相数P及自由度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)放入一抽空的容器中，并与其分解产物NH3(g)和H2S(g)成平衡；（4）取任意量的NH3(g)和H2S(g)与NH4HS(s)成平衡。
（5）I2作为溶质在两不互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡（凝聚系统）。
解：（1）C = 1, P = 2, F = C–P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1.（2）C = 3 – 1 = 2, P = 3, F = C–P + 2 = 2 – 3 + 2 = 1.（3）C = 3 – 1 – 1 = 1, P = 2, F = C–P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1.（4）C = 3 – 1 = 2, P = 2, F = C–P + 2 = 2 – 2 + 2 = 2.（5）C = 3, P = 2, F = C–P + 1 = 3 – 2 + 1 = 2.6.2 已知液体甲苯（A）和液体苯（B）在90 °C时的饱和蒸气压分别为=和。
两者可形成理想液态混合物。
今有系统组成为的甲苯-苯混合物5 mol，在90 °C下成气-液两相平衡，若气相组成为求：（1）平衡时液相组成及系统的压力p。
（2）平衡时气、液两相的物质的量解：（1）对于理想液态混合物，每个组分服从Raoult定律，因此（2）系统代表点，根据杠杆原理6.3 单组分系统的相图示意如右图。
试用相律分析途中各点、线、面的相平衡关系及自由度。
解：单相区已标于图上。
二相线（F = 1）：三相点（F = 0）：图中虚线表示介稳态。
6.4 已知甲苯、苯在90 °C下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22 kPa和136.12 kPa。
两者可形成理想液态混合物。
取200.0 g甲苯和200.0 g苯置于带活塞的导热容器中，始态为一定压力下90 °C的液态混合物。
物理化学核心教程(第二版)思考题习题答案—第5章 化学平衡
第五章 化学平衡一．基本要求1．掌握化学反应等温式的各种形式，并会用来判断反应的方向和限度。
2．了解标准平衡常数的定义，掌握标准平衡常数的各种表示形式和计算方法。
3．掌握标准平衡常数K 与r m G ∆在数值上的联系，熟练用热力学方法计算r m G ∆，从而获得标准平衡常数的数值。
4．了解标准摩尔生成Gibbs 自由能f m G ∆的定义和它的应用。
5．掌握温度对化学平衡的影响，记住van ’t Hoff 公式及其应用。
6．了解压力和惰性气体对化学平衡的影响。
二．把握学习要点的建议把本章放在多组分系统之后的目的，就是要利用多组分系统中介绍的化学势的概念和各种表示方式，来导出化学反应等温式，从而用来判断化学反应的方向与限度。
本章又用到了反应进度的概念，不过其值处在0 1 mol -的区间之内。
因为在利用化学势的表示式来计算反应的Gibbs 自由能的变化值时，是将化学势看作为一个定值，也就是在有限的反应系统中，化学进度为d ξ，如果在一个很大的系统中， 1 mol ξ=。
严格讲，标准平衡常数应该用绝对活度来定义，由于本教材没有介绍绝对活度的概念，所以利用标准态化学势来对标准平衡常数下定义，其含义是一样的。
从标准平衡常数的定义式可知，标准平衡常数与标准化学势一样，都仅是温度的函数，因为压力已指定为标准压力。
对于液相反应系统，标准平衡常数有其相应的形式。
对于复相化学反应，因为纯的凝聚态物质本身就作为标准态，它的化学势就是标准态化学势，已经归入r m G ∆中，所以在计算标准平衡常数时，只与气体物质的压力有关。
学习化学平衡的主要目的是如何判断反应的方向和限度，知道如何计算平衡常数，了解温度、压力和惰性气体对平衡的影响，能找到一个经济合理的反应条件，为科研和工业生产服务。
而不要过多地去考虑各种浓度表示式和各种平衡常数表示式之间的换算，否则会把自己搞糊涂了，反而没抓住主要内容。
由于标准平衡常数与r m G ∆在数值上有联系，r m ln p G RT K ∆=-，所以有了r m G ∆的值，就可以计算p K 的值。
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北航物理化学化学平衡和多组分系统 热ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ学和相平衡答案
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯