物理化学课后习题第六章答案

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)与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)与H2S(g)成平衡;

(4)取任意量的NH3(g)与H2S(g)与NH4HS(s)成平衡。

(5)I2作为溶质在两不互溶液体H2O与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 常见的Na

2CO

3

(s)水合物有Na

2

CO

3

∙H

2

O(s),Na

2

CO

3

∙7H

2

O(s)与Na

2

CO

3

∙10H

2

O(s)、

(1)101、325kPa下,与Na

2CO

3

水溶液及冰平衡共存的水合物最多能有几种？

(2)20℃时,与水蒸气平衡的水合物最多可能有几种？

解:(1)C = S – R - R' = 2 – 0 – 0 =2

F = C–P + 1 =2 –P + 1= 3 – P ≥0, 即P-2≤1,那么能与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的水合物最多只有一种。

(2)C = S – R - R' = 2 – 0 – 0 =2

F = C–P + 1 =2 –P + 1= 3 – P ≥0,即P-1≤2,那么与水蒸气平衡的水合物最多可能有两种。

6、4 单组分系统碳的想吐(示意图)如附图所示。

(1)分析图中各点、线、面的相平衡关系及自由度数;

(2)25℃,101、325kPa下,碳以什么状态稳定存在？

(3)增加压力可以使石墨转换为金刚石。已知石墨的摩尔体积大于金刚石的摩尔体积,那么加压使石墨转换为金刚石的过程吸热还就是放热？

解:(1)OA线——石墨与金刚石的平衡 F=1

OB线——石墨与液相碳的平衡 F=1

OC线——金刚石与液相碳的平衡 F=1

O点——石墨,金刚石与液相碳的三相平衡点 F=0

A点——石墨与金刚石的不可区分点

B点——石墨与液相碳的不可区分点

C点——金刚石与液相碳的不可区分点

(2)从相图上可直接读得,碳在25℃,101、325kPa时稳定存在的形式就是石墨;

(3)由克拉佩龙方程:m

m

V T H dT dp βαβ

α∆∆=

若增加压力:0>dT dp

,即 0>m

m V T H βαβα∆∆,又有 0

0

6、5 已知甲苯、苯在90 ︒C 下纯液体的饱与蒸气压分别为54、22 kPa 与136、12 kPa 。两者可形成理想液态混合物。取200、0 g 甲苯与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。在恒温90 ︒C 下逐渐降低压力,问

(1) 压力降到多少时,开始产生气相,此气相的组成如何？ (2) 压力降到多少时,液相开始消失,最后一滴液相的组成如何？

(3) 压力为92、00 kPa 时,系统内气-液两相平衡,两相的组成如何？两相的物质的量各位多少？ 解:原始溶液的组成为

(1)刚开始出现气相时,可认为液相的组成不变,因此

(2)只剩最后一滴液体时,可认为气相的组成等于原始溶液的组成

(3)根据(2)的结果

由杠杆原理知,

6、6101、325 kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。

100 102、1 104、4 107、5 113、8 118、1

0 0、300 0、500 0、700 0、900 1、000

0 0、185 0、374 0、575 0、833 1、000

(1)画出气-液平衡的温度-组成图。

(2)从图上找出组成为的气相的泡点。

(3)从图上找出组成为的液相的露点。

(4)105、0 ︒C时气-液平衡两相的组成就是多少？

(5)9 kg水与30 kg醋酸组成的系统在105、0 ︒C达到平衡时,气-液两相的质量各位多少？

解:(1)气-液平衡的温度-组成图为

(2)的气相的泡点为110、3 ︒C。

(3)的液相的露点为112、7 ︒C。

(4)105、0 ︒C时气-液平衡两相的组成,。

(5)系统代表点

6、7已知水-苯酚系统在30 ︒C液-液平衡时共轭溶液的组成为:L

(苯酚

1

溶于水),8、75 %;L2(水溶于苯酚),69、9 %。

(1)在30 ︒C,100 g苯酚与200 g水形成的系统达液-液平衡时,两液相的质量各为多少？

(2)在上述系统中若再加入100 g苯酚,又达到相平衡时,两液相的质量各变到多少？

解:(1)系统代表点

,根据杠杆原理

(3)系统代表点

6、8水-异丁醇系统液相部分互溶。在101、

325 kPa下,系统的共沸点为89、7 ︒C。气(G)、

液(L1)、液(L2)三相平衡时的组成依