天津大学物理化学第四版习题答案第六章相平衡

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。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，

6.525 C丙醇(A) –水(B)系统气–液两相平衡时两组分蒸气分压与液相组成的关系如下：

（1）画出完整的压力-组成图（包括蒸气分压及总压，液相线及气相线）；

（2）组成为的系统在平衡压力

下，气-液两相平衡，求平衡时气相组

成及液相组成

。

（3）上述系统5 mol，在下达到平衡时，气相、液相的物质的量各为多少？气相中含丙醇和水的物质的量各为多少？

（4）上述系统10 kg，在下达平衡时，气相、液相的质量各为多少？

解：（略）

6.6101.325 kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。

（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：L1（苯酚溶于水），8.75 %；L2（水溶于苯酚），69.9 %。

（1）在30 ︒C，100 g苯酚和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

依次为：70.0 %；8.7 %；85.0 %。今由350 g水和150 g异丁醇形成的系统在101.325 kPa压力下由室温加热，问：（1）温度刚要达到共沸点时，系统处于相平衡时存在哪些相？其质量各为多少？

（2）当温度由共沸点刚有上升趋势时，系统处于相平衡时存在哪些相？其质量各为多少？

解：相图见图（，

只存在两个共轭液相。系统代表点

为。根据杠

杆原理

（2）当温度由共沸点刚有上升趋势时，L

2消失，气相和L

1

共存，

因此

6.9恒压下二组分液态部分互溶系统气-液平衡的温度-组成图如附图，指出四个区域内平衡的相。

解：各相区已标于图上。

l

1

, B in A.

l

2

, A in B.

6.10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86.0 kPa压力下用水蒸气蒸馏。已知：在此压力下该系统的共沸点为80 ︒C，80 ︒C时水的饱和蒸气压为4

7.3 kPa。试求：