暨南大学物理化学暨南大学物理化学相平衡(思考)

第五章 相平衡思考题

1.回答下列问题：

（1）NaNO 3，KCl 溶于水所呈平衡体系的组分数？最多可有几相平衡共存？

（2）高温下C （S ），CO 2（g ）H 2(g)平衡体系组分数？

（3）保持压力为P 0情况下，一定量碘溶于H 2O-CCI 4体系中，没有出现固体I 2，平衡体系自由度多少？

（4）Na 2CO 3与水可形成三种水合物Na 2CO 3•H 2O(s)、 Na 2CO 3•7H 2O(s) 、Na 2CO 3•10H 2O(s),这些水合物能否与Na 2CO 3水溶液及冰冰平衡共存？

答：（1）物种数3，它们是NaNO 3，KCl ，H 2O ；R=0，R’=0，C=3，F=5-P 。F=0时，最大，P max =5

若物种数选择为Na +，NO 3-，K +，Cl -，H 2O ，则

)]()(),()([2,0,513−+−

+===′==Cl c K c NO c N c R R S a C=5-0-2=3

若选NaNO 3，Na +，NO 3-，KCI ，K +，Cl -，OH -，H +，H 2O 作为物种，则

],11,)([233+−−+−

++=+=+=H OH O H C K KC NO Na s NaNO

)]()(),()(),1()([33−+−+−+====′OH c H c NO c Na c C c K c R C=3

由上述方法求C 可知，第一种方法简单快速，但选物种数也不是无根据的乱选，一定要根据题意选择最简单的物种，这一点对于水溶液中形成的平衡体系尤为重要，否则会出现错误，如上题，物种数的选择不能小于3，因为小于3是不符合题意的。

（2）高温下有如下化学反应：

C(S)+CO 2(g)=2CO(g) c

CO 2(g)+H 2(g)=CO(g)+H 2O(g) d

C(s)+H 2O(g)=CO(g)+H 2(g) e

分析上述反应可知，可应e 可由反应c -反应d 得到，因此它不是独立的化学反应，所以平衡体系S=5，R=2，R’=0，(各组分是任意的)

C=3

（3）S=3，R=0，R’=0，C=3，F=C-P+1=1

（能否说由于有分配定律，因而R’=1?）

问题：若有固体I2出现时，C=？F=?

（4）S=5，有3个独立化学反应：

Na2CO3(s)+H2O= Na2CO3•H2O(s)

Na2CO3(s)+7H2O= Na2CO3•7H2O(s)

Na2CO3(s)+10H2O= Na2CO3•10H2O(s)

R=3，R’=0，C=2，F=0时P max= 4。三种合物是三相，因此不能与Na2CO3水溶液及冰平衡共存，否则就有五相了。

2. 在下列物质共存的平衡体系中，有几个独立反应？

（1）C(s),CO(g),CO2(g),H2(g),H20(1),O2(g)。

（2）C(s),CO(g),CO2(g),F e(s),F e0(s),Fe3O4(s), Fe2O3(s)。

（3）ZnO(s),C(s),Zn(s).CO2(g),CO(g)。

答：在一个平衡体系中，当化合物数为S，组成这些化合物的元素数为m，当S>m时，则独立化学反应数R=S-m

（1）R=S-m=6-3=3

（2）R=S-m=7-3=4

（3）R=S-m=5-3=2

3. 试用相律证明在双组分系统中，不可能有五个相共存。

证明： F=C-P+ 2

单组分系统C= 2

当体系自由度为零时，体系的相数最大。

令F= 0 ，则2−P+2 = 0

P= 4

即最多有四相。

∴单组分系统中不可能有五个相共存。

4. 西藏高原的气压为6

5.8KPa，为什么在西藏高原用一般锅子不能将生米烧成熟饭？

答：查不同温度下水的饱和蒸气压表，可知89℃时水的饱和蒸气压为65.8KPa，在西藏高原，加热到89℃水就沸腾，一般锅子中水温不能超过89℃，温度不够高，所以生米不能成熟饭。

5. 由水气变成液态水是否一定要经过两相平衡态，是否还有其它途径。

答：不一定要经过两相平衡。从水的相图上可知，将水汽先升温，使温度超过647.2K，后再加压，使压力超过2.2×107Pa，然后再先降温后降压，便可不经过气液两相平衡态，使水汽转变成液态水。

6. 为了防止苯乙烯的高温聚合，可以采用减压蒸馏，若使苯乙烯在318.2K减压蒸馏，欲计算出设备的真空度为多少？如何算法，尚需哪些数据？

答：根据克—克方程ln(p2/p1)＝(∆vap H m/R)(1/T1－1/T2) ，若已知一个压力(p1)下的沸点(T1)和汽化热(∆vap H m)数据，就可以求318.2K(T2)时苯乙烯的饱和蒸气压(p2)，则就可求得设备的真空度。为此，尚需要知道苯乙烯的正常沸点(或一个温度下的饱和蒸气压)和汽化热(∆vap H m)数值。