濟(jì)南大學(xué)物理化學(xué)第五章習(xí)題.ppt

第五章 多相平衡習(xí)題課,總結(jié) 例1 例2 例3 例4 例5 例6 例7,2,（一）總結(jié),一、相律：f = K + 2 二、克拉貝龍方程和克-克方程,適用于任意單組份兩相平衡系統(tǒng),適用于單組份氣液或氣固兩相平衡系統(tǒng) 其中xH為常數(shù)，x:vap(氣化) or sub(升華)， 氣體設(shè)為理想氣體,3,三、二組分系統(tǒng)基本相圖：,1.兩種固態(tài)物質(zhì)完全不互溶的相圖,A + B,l + B,A+l,A+AB,B+AB,l+AB,A+AB2,B+AB2,A+B,+ B,+,l+AB2, +B,4,2.兩種固態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)能部分互溶的相圖,+,+,+,+l,l+,+l,l+,5,3.兩種固態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)能完全互溶,6,四、二組分系統(tǒng)相圖基本特征：,1）單相區(qū)： A，B兩組分能形成溶液或固溶體的部分。 相區(qū)內(nèi)的一點(diǎn)既代表系統(tǒng)的組成和溫度； 又代表該相的組成和溫度。 2）兩相區(qū)： 處于兩個(gè)單相區(qū)或單相線之間。 相區(qū)內(nèi)的一點(diǎn)只代表系統(tǒng)的組成和溫度； 結(jié)線兩端點(diǎn)代表各相的組成和溫度。 兩相區(qū)內(nèi)適用杠桿規(guī)則。,7,3)凡是曲線都是兩相平衡線。線上的一點(diǎn)為相點(diǎn)，表示一個(gè)平衡相的狀態(tài)。 4)凡是垂直線都可看成單組分純物質(zhì)。 如果是穩(wěn)定化合物： 垂線頂端與曲線相交，為極大點(diǎn)； 若是不穩(wěn)定化合物： 垂線頂端與水平線相交，為“T”字形 5)凡是水平線基本上都是“三相線”。三相線上f = 0 6)冷卻時(shí)，當(dāng)物系點(diǎn)通過(guò)(兩相平衡)曲線時(shí)，步冷曲線上出現(xiàn)一轉(zhuǎn)折：當(dāng)物系點(diǎn)通過(guò)三相線時(shí)，步冷曲線上出現(xiàn)平臺(tái)；(三相線的兩端點(diǎn)除外)。,8,（二）例題,例1,1 固體Fe, FeO, Fe3O4與氣體CO, CO2達(dá)到平衡時(shí)，其獨(dú)立組分?jǐn)?shù)K =_, 相數(shù) =_，和自由度數(shù)f =_,3,4,1,解: Fe3O4+ CO = 3FeO + CO2 FeO + CO = Fe + CO2 R=2 ，R=0 所以K =5 2 = 3 =4 f =3 4 +2 = 1,9,2 下列化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)達(dá)平衡時(shí)(9001200K)，,CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) CO(g) + H2O(g) + CaO(s) = CaCO3(s) + H2(g) 其獨(dú)立組分?jǐn)?shù)K =_, 相數(shù) =_，和自由度數(shù)f =_,4,3,3,解: R=2 R=0 所以 K =6 2 = 4 =3 f =6 3 + 2 = 3,10,此系統(tǒng)的獨(dú)立組分?jǐn)?shù)=_，自由度數(shù)=_。,3,3,解: AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 (s) + 3HCl (R=1) K =4 1 = 3, =2, f =3 2 +2 = 3 或Al+3 , Cl- , H2O, OH- , H+, Al(OH)3 (s) (S=6) Al+3 + 3OH- = Al(OH)3 (s) H2O = OH- +H+ R=2 OH-=H+, R=1 K =6 3 = 3, =2, f =3 2 +2 = 3,3 AlCl3溶液完全水解后，,11,4 完全互溶雙液系統(tǒng)xB=0.6處，平衡蒸氣壓有最高值，,xB(l) xB(總) xB(g),恒沸點(diǎn)混合物,那么組成xB=0.4的溶液在氣液平衡時(shí)，xB(g), xB(l), xB(總)大小順序?yàn)開，將該溶液完全分餾，塔頂將得到 _ 。,12,將 s 點(diǎn)所代表的物系分餾，并將餾液和殘液分別冷卻到溫度T1，殘液的相數(shù)為_ ，相點(diǎn)是_,2,a, b,5 A, B雙液系的相圖如下，,13,6 Na2CO3(s)可形成三種水合物:,Na2CO3 H2O, Na2CO3 7H2O, Na2CO3 10H2O 。常壓下將Na2CO3(s)投入其水溶液中，待三相平衡時(shí)，一相是Na2CO3溶液，一相是Na2CO3(s)，一相是_ 。,Na2CO3 H2O,14,45kJmol-1和6kJmol-1，三相點(diǎn)時(shí)的蒸氣壓為609Pa， 則升華熱=_ kJmol-1。10C時(shí)冰的蒸氣壓 = _。 計(jì)算依據(jù)是什么？,259Pa,51,克-克方程,三相點(diǎn)時(shí): 冰 水 氣 subHm= vapHm+ fusHm=51 kJmol-1,7 水在三相點(diǎn)附近的蒸發(fā)熱和熔化熱分別為,p2= 259Pa,15,例2 丙烯單體以液體狀態(tài)存放較好。若儲(chǔ)存場(chǎng)地夏天最高氣溫為313K。試估計(jì)儲(chǔ)液罐至少耐多大壓力？丙烯正常沸點(diǎn)225.7K,解：本題要求的是最高氣溫時(shí)丙烯的蒸氣壓為多少，根據(jù)克-克方程可求出。題目缺少氣化熱數(shù)據(jù)，根據(jù)特魯頓規(guī)則：,16,例3 苯(A)和二苯基甲醇(B)的熔點(diǎn)分別為6和65 ,A和B可形成不穩(wěn)定化合物AB2，它在30時(shí)分解為B和xB=0.5的熔液。低共熔點(diǎn)為1, 低共熔液組成 xB= 0.2根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪出其二元相圖，并指出各區(qū)相態(tài)。,解：,A xB B,t/,6,65,A+l,30,1,B+l,l,B+ AB2,l+ AB2,A+AB2,AB2,xB= 0.5,xB= 0.2,17,例4 已知A 、 B二組分系統(tǒng)的相圖如下：,(1) 畫出a、 b、c三個(gè)系統(tǒng)冷卻時(shí)的步冷曲線; (2) 標(biāo)出各相區(qū)的相態(tài)，指出自由度為零的地方； (3) 使系統(tǒng)p降溫，說(shuō)明系統(tǒng)狀態(tài)變化情況； (4),18,解: (1), (2),l,l+A,A+AB4,B+ AB4,l+B,l+ AB4,f=0：三相線處，兩個(gè)純物質(zhì)的熔點(diǎn)處,19,p,pq: =1, f=2,q,r,s,A xB B,E,(3),q r:析出固體, =2 (A+sln) , f=1 液相組成q E移動(dòng),r: A+AB4+E(sln) , f=0 T不變直至液相消失,rs: A(s)+AB4(s) =2 , f=1,l,l+A,A+AB4,B+ AB4,20,(4) 已知純A的凝固熱為-18.03 kJmol-1（設(shè)不隨溫度變化）。低共熔液組成 xB =0.6，當(dāng)把A作為非理想溶液中的溶劑時(shí)，求該溶液中組分A的活度系數(shù)。,解：從圖上可知A的熔點(diǎn)和低共熔點(diǎn)分別為337C、 237C，低共熔液組成 xB =0.6。根據(jù)非理想溶液中溶劑的凝固點(diǎn)下降公式：,aA= 0.485 = xA = (1-xB ) = 1.21,21,*例5 A, B雙液系統(tǒng)，A的正常沸點(diǎn)為100 ，在80, py時(shí), xB= 0.04; yB=0.4。 求：(1) 80時(shí)，組分A的pA*; (2) 組分B的亨利常數(shù)Kh,x；(3) 組分 A的氣化熱（設(shè)氣化熱不隨溫度變化，蒸氣可視為理想氣體）。,g,l,xB= 0.04,yB= 0.4,22,解： 根據(jù)題意 80, py時(shí), xB= 0.04; yB=0.4。,xB=0.04很小，可視為稀溶液，則溶劑遵守拉烏爾定律，溶質(zhì)遵守亨利定律。,(1) pA=py(1 yB)=pA*(1 xB) pA*=py(0.6/0.96)=63.3kPa,(2) pB= pyyB = Kh,x xB Kh,x = pyyB /xB=10py,23,根據(jù)題意 ： Tb,A*=100, py 和題(1)的結(jié)果: 80, pA*= 63.3kPa,rHmy=25.75 kJmol-1 上例說(shuō)明揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸點(diǎn)不一定升高,(3) 純A的蒸氣壓與溫度的關(guān)系-克克方程,24,*例6 A和B可形成理想溶液，在80時(shí)，有A與B構(gòu)成的理想混合氣體，其組成為yB。在此溫度下，等溫壓縮到p1= 2/3py時(shí)，出現(xiàn)第一滴液滴，其液相組成為xB,1=1/3，繼續(xù)壓縮到p2=3/4py，剛好全部液化，其最后一氣泡的組成為yB,2=2/3。,(1)求在80時(shí)，pA*、pB*和最初理想混合氣體的組成yB； (2)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，畫出80時(shí)A與B的壓力-組成示意圖，并標(biāo)出各區(qū)域相態(tài)與自由度數(shù)；,25,解: 根據(jù)題意：A和B可形成理想溶液，在80時(shí)，有A與B構(gòu)成的理想混合氣體，其組成為yB。,出現(xiàn)第一個(gè)液滴組成為 xB,1=1/3,p2=3/4py,最后一氣泡的組成為yB,2=2/3。,p1=2/3py時(shí)，液相 xB,1=1/3，氣相 yB p2=3/4py時(shí)，液相 xB,2= yB , 氣相yB,2=2/3,壓縮,壓縮,26,根據(jù)理想溶液性質(zhì)(R.L定律),(1)/(2),將yB=0.5代入(1)式,yB=0.5,p1=2/3py時(shí)，液相 xB,1=1/3，氣相 yB p2=3/4py時(shí)，液相 xB,2= yB , 氣相yB,2=2/3,p1 yB = pB,1 = pB* xB,1 (1) p2 yB,2 = pB,2= pB* xB,2 = pB* yB (2),27,xB,1/3,2/3,A,B,p1=2/3py時(shí)， xB,1=1/3 yB =0.5,已計(jì)算出pB*= py, pA*= 0.5py,p,p1,pA*,pB*,p2,對(duì)于理想溶液其液相線： pA*- pB*連線,p2=3/4py時(shí)， xB,2=0.5 yB,2=2/3,0.5,28,*例7 二組分A(l)，B(l)完全不互溶相圖如下：,1. 求60時(shí)，純A和純B液體的飽和蒸氣壓 2. A，B兩液體在80時(shí)沸騰，求pA,pB 3. 純A的氣化熱。,解：從圖上可得：純A的沸點(diǎn)為100，純B的沸點(diǎn)為90，溶液的沸點(diǎn)為60,60, xB = yB = 0.6處 pA*+ pB* = py pA* = pyyA = 0.4