物理化學：第四章 總結(jié)、習題

1、第四章第四章總結(jié)、習題總結(jié)、習題杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則LBLVBVBxnxnxnoo yooxxxxxnnoo VLLVLVnnno 對對B進行物料衡算：進行物料衡算：x, wyooxwwwwmmoo VLLV500. 0621. 0400. 0500. 0LV nn1500. 0621. 0400. 0500. 01LV nn500. 0621. 0400. 0621. 0L0LVL nnnnn例例精餾原理：精餾原理：氣液平衡時氣相組成與液相組成不同氣液平衡時氣相組成與液相組成不同液固平衡相圖的制作：（液固平衡相圖的制作：（1）熱分析法）熱分析法 （2）溶解度法）溶解度法理想混合物計算液相組成和氣

2、相組成理想混合物計算液相組成和氣相組成-拉烏爾定律拉烏爾定律和道爾頓分壓定律和道爾頓分壓定律兩組兩組分系分系統(tǒng)氣統(tǒng)氣液平液平衡和衡和氣液氣液液平液平衡相衡相圖匯圖匯總總單元系統(tǒng)的相圖單元系統(tǒng)的相圖VTHTp dd1、理想溶液、理想溶液兩組分系統(tǒng)的氣液平衡相圖兩組分系統(tǒng)的氣液平衡相圖2、一般正偏差系統(tǒng)、一般正偏差系統(tǒng)液相線液相線液相線液相線氣相線氣相線氣相線氣相線id.sol(B)COCHCHO(A)H332 最低恒沸點最低恒沸點3、具有最低恒沸點的系統(tǒng)、具有最低恒沸點的系統(tǒng) 正偏差非常強烈或兩組分沸點相差不大正偏差非常強烈或兩組分沸點相差不大液相線液相線液相線液相線氣相線氣相線氣相線氣相線OH

3、(B)CHCH(A)HC2366 4、一般負偏差系統(tǒng)、一般負偏差系統(tǒng)LL( )T( )pVVptxB, yBxB, yBAABB液相線液相線液相線液相線氣相線氣相線氣相線氣相線id.solpA*pB*tA*tB*L+VL+V最高恒沸點最高恒沸點5、具有最高恒沸點的系統(tǒng)、具有最高恒沸點的系統(tǒng)負偏差非常強烈或兩組分沸點相差不大負偏差非常強烈或兩組分沸點相差不大（三氯甲烷（三氯甲烷A，丙酮，丙酮B）液相線液相線氣相線氣相線液相線液相線氣相線氣相線1、部分互溶系統(tǒng)的氣液液平衡相圖、部分互溶系統(tǒng)的氣液液平衡相圖*恒沸點處恒沸點處 f231000 兩平衡液相與同一氣相平衡兩平衡液相與同一氣相平衡兩組分系統(tǒng)

4、的氣液液平衡相圖兩組分系統(tǒng)的氣液液平衡相圖精餾精餾 兩塔流程兩塔流程2、完全、完全不互溶系統(tǒng)的氣液液平衡相圖不互溶系統(tǒng)的氣液液平衡相圖水蒸氣蒸餾水蒸氣蒸餾例：例：20時純甲苯的飽和蒸氣壓是時純甲苯的飽和蒸氣壓是2.97KPa，純苯的，純苯的飽和蒸氣壓是飽和蒸氣壓是9.96KPa。現(xiàn)將。現(xiàn)將4mol甲苯甲苯(A)和和1mol苯苯(B)組成的溶液組成的溶液(設(shè)為設(shè)為理想溶液理想溶液)放在一個有活塞的汽放在一個有活塞的汽缸中，溫度保持在缸中，溫度保持在20 。開始時活塞上的壓力較大，。開始時活塞上的壓力較大，汽缸內(nèi)只有液體，隨著活塞上的壓力逐漸減小，則汽缸內(nèi)只有液體，隨著活塞上的壓力逐漸減小，則溶液

5、逐漸氣化。溶液逐漸氣化。(1)求剛出現(xiàn)氣相時蒸氣的組成及壓力；求剛出現(xiàn)氣相時蒸氣的組成及壓力； (2)求溶液幾求溶液幾乎完全氣化時最后一滴溶液的組成及系統(tǒng)的壓力；乎完全氣化時最后一滴溶液的組成及系統(tǒng)的壓力；(3)在氣化過程中，若液相的組成變?yōu)樵跉饣^程中，若液相的組成變?yōu)閤B=0.100，求此時，求此時液相和氣相的數(shù)量；液相和氣相的數(shù)量；(4)若測得某組成下，溶液在若測得某組成下，溶液在9.00kPa下的沸點為下的沸點為20 ，求該溶液的組成；，求該溶液的組成； (5)在在20下若兩組分在氣相中的蒸氣壓相等，則溶液的組下若兩組分在氣相中的蒸氣壓相等，則溶液的組成又如何？成又如何？解：解：2 .

6、 0 8 . 0BA xx(1)544. 0456. 037. 4/2 . 096. 9/4.37kPakPa)2 . 096. 98 . 097. 2(ABBBBBBB ypxpypyxppp求剛出現(xiàn)氣相時蒸氣的組成及壓力求剛出現(xiàn)氣相時蒸氣的組成及壓力(2)ABAAABBB97. 296. 98 . 02 . 0 xxxppyxppy kPa455. 3931. 0 069. 0AB pxx，求溶液幾乎完全氣化時最后一滴溶液求溶液幾乎完全氣化時最后一滴溶液的組成及系統(tǒng)的壓力的組成及系統(tǒng)的壓力(3) 2.08molmol92. 25 2.92mol5mol71. 01 . 02 . 02 .

7、0271. 0728. 0271. 0669. 3/1 . 096. 9/kPa669. 3kPa)1 . 096. 99 . 097. 2(LVLVVLABBB nnnnnnypxpyp在氣化過程中，若液相的組成變?yōu)樵跉饣^程中，若液相的組成變?yōu)閤B=0.100，求此時液相和氣相的數(shù)量求此時液相和氣相的數(shù)量(4) 863. 0137. 096. 997. 296. 900. 9kPa00. 9kPa196. 997. 2BAAA xxxxp若測得某組成下，溶液在若測得某組成下，溶液在9.00kPa下的下的沸點為沸點為20 ，求該溶液的組成，求該溶液的組成(5)230. 096. 997. 2

8、97. 2770. 096. 997. 296. 9)1(BAABBABABABAAA pppxpppxpxpxpp在在20下若兩組分在氣相中的蒸氣壓相等，下若兩組分在氣相中的蒸氣壓相等，則溶液的組成又如何？則溶液的組成又如何？例例 下下表表列列出出了了苯苯(A)和和乙乙醇醇(B)在在Pa 101325下下的的氣氣液液平平衡衡數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)。試試回回答答： (1)蒸蒸餾餾875. 0B x的的混混合合物物，最最初初餾餾出出液液中中乙乙醇醇的的摩摩爾爾分分數(shù)數(shù)By是是多多少少； (2)將將組組成成為為775. 0B x的的混混合合物物在在精精餾餾塔塔中中精精餾餾，若若塔塔板板足足夠夠多多，塔塔頂頂餾餾

9、出出液液及及塔塔釜釜殘殘留留液液各各是是什什么么； (3)使使mol 10組組成成為為860. 0B x的的混混合合物物，在在 71.0、Pa 101325下下達達氣氣液液平平衡衡。求求液液相相組組成成與與氣氣相相組組成成、液液相相的的物物質(zhì)質(zhì)的的量量與與氣氣相相的的物物質(zhì)質(zhì)的的量量。 t/ 80.1 75.0 68.0 69.0 71.0 76.0 78.0 xB 0 0.050 0.475 0.775 0.875 0.985 1.000 yB 0 0.195 0.475 0.555 0.650 0.900 1.000 解：解：(1) 0.650 (2) 塔頂餾出液為最低恒沸物，塔釜殘留液為

10、乙醇。塔頂餾出液為最低恒沸物，塔釜殘留液為乙醇。 (3) 875. 0B x，650. 0B y mol 0.67=mol 10650. 0875. 0860. 0875. 0V n mol 9.33=mol )67. 010(V0L nnn 具有最低恒沸點的系統(tǒng)具有最低恒沸點的系統(tǒng)（1）蒸餾）蒸餾xB=0.875的混合物，最初餾出液中乙醇的的混合物，最初餾出液中乙醇的摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)yB是多少？是多少？第一個小氣泡第一個小氣泡的組成？的組成？液相組成液相組成=系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成右圖為右圖為A和和B二元系氣液液平衡相圖。二元系氣液液平衡相圖。(1) 試寫出各相區(qū)的相；試寫出各相區(qū)的相；(2) 若

11、將組成為若將組成為C的溶液用精餾的方法分離成純組分的溶液用精餾的方法分離成純組分A和和B，應(yīng)該采用怎樣的精餾裝置？試畫出簡單的工藝流，應(yīng)該采用怎樣的精餾裝置？試畫出簡單的工藝流程圖。程圖。VL1L2L1+VL2+VL1+ L2雙塔流程（二個精餾塔和一個油水分離器）雙塔流程（二個精餾塔和一個油水分離器） 水和異丁醇在水和異丁醇在101.325 kPa下部分互溶，且具有最低下部分互溶，且具有最低恒沸點恒沸點90.0，在該溫度下三相共存，它們的組成（以，在該溫度下三相共存，它們的組成（以含異丁醇的含異丁醇的質(zhì)量百分數(shù)質(zhì)量百分數(shù)計）分別為：計）分別為：水相水相10.0%，醇相，醇相75.0%，氣相，氣

12、相65.0 %，今若將組成為今若將組成為30.0 %的的1000g水和水和醇的混合物，在醇的混合物，在101.325 kPa下下加熱至剛要達到加熱至剛要達到90.0，問此時系統(tǒng)中水相和醇相的質(zhì)量各為多少？若繼續(xù)加熱問此時系統(tǒng)中水相和醇相的質(zhì)量各為多少？若繼續(xù)加熱到溫度到溫度剛要高于恒沸點剛要高于恒沸點時，問此時系統(tǒng)存在哪些相，它時，問此時系統(tǒng)存在哪些相，它們的質(zhì)量又各等于多少？們的質(zhì)量又各等于多少？二元系統(tǒng)的氣液液相平衡計算：二元系統(tǒng)的氣液液相平衡計算：)()( iiiippppy 三相平衡時，三相平衡時，組分組分i在兩個液相中的蒸氣壓相等，等在兩個液相中的蒸氣壓相等，等于組分于組分i在在平衡

13、的公共氣相平衡的公共氣相中的分壓。組分中的分壓。組分i在平衡氣相在平衡氣相(idg)中的分壓可用道爾頓分壓定律計算。組分中的分壓可用道爾頓分壓定律計算。組分i在兩個液在兩個液相中的蒸氣壓，根據(jù)液相的性質(zhì)分為相中的蒸氣壓，根據(jù)液相的性質(zhì)分為理想溶液、理想稀理想溶液、理想稀溶液和實際溶液溶液和實際溶液進行計算。進行計算。三相平衡時，三相平衡時，醇相醇相水相水相氣相氣相AABB氣相氣相水相水相醇相醇相水（水（A）-異丙醇（異丙醇（B）的蒸氣壓的蒸氣壓A)(AA ppy 的蒸氣壓的蒸氣壓B)(BB ppy 的蒸氣壓的蒸氣壓A)(AA ppy 的蒸氣壓的蒸氣壓B)(BB ppy )(A)(AA pppy

14、 )(B)(BB pppy BAppp 總總醇相醇相水相水相組分組分A氣相分壓氣相分壓=A蒸汽壓（水相）蒸汽壓（水相）=A蒸汽壓（醇相）蒸汽壓（醇相） 以以A代表水，以代表水，以B代表氯苯代表氯苯 53. 27 .286 .72BABABA ppyynn ，A水水B氯苯氯苯BA A)(AApppy水水 B)(BBpppy氯氯苯苯飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓BAppp 總總。設(shè)設(shè)蒸蒸汽汽為為理理想想氣氣體體。算算蒸蒸氣氣總總壓壓和和氣氣相相組組成成（溶溶劑劑）均均適適用用。試試計計對對每每相相中中占占多多數(shù)數(shù)的的組組分分。并并設(shè)設(shè)拉拉烏烏爾爾定定律律。已已知知該該溫溫度度下下為為：時時，兩兩液液相相組組

15、成成分分別別的的兩兩組組分分系系統(tǒng)統(tǒng)。在在是是液液相相部部分分互互溶溶：例例題題kPa13.22kPa,40. 60146. 0,8385. 0C55.37)B(HCOOCCH-O(A)H1BA)(B)(Bo5232 ppxx 氣相氣相)(AA,H)(AA)(A)(AA xKxppppx )(BB,H)(BB)(B)(BB xKxppppx BAppp 總總AABB)B(HCOOCCH-O(A)H5232解：方法一解：方法一:兩個液相都是兩個液相都是理想稀溶液理想稀溶液酯相酯相()，B是溶劑，是溶劑，A是溶質(zhì)是溶質(zhì)水相水相() ，A是溶劑，是溶劑， B是溶質(zhì)是溶質(zhì) 747. 0253. 011

16、253. 09 .24/0146. 0140. 6/24.9kPakPa0146. 01027. 10146. 0140. 6kPa101.271460.8385/0.0kPa13.22/11, 1,ABAAA3B)(B,HAABA3B)(BB)(B,HB)(B,H)(BBB,BAB,AB)(B,HBAAA yypxpyxKxppypypxxpKxKxpxKpyxppyypxTxxxxxx 可可解解得得，由由烏烏爾爾定定律律，相相中中酯酯是是溶溶劑劑，遵遵守守拉拉但但亨亨利利常常數(shù)數(shù)未未知知。遵遵守守亨亨利利定定律律酯酯是是溶溶質(zhì)質(zhì)烏烏爾爾定定律律相相中中水水是是溶溶劑劑，遵遵守守拉拉、求求、

17、解解：已已知知解：解：方方法法二二酯相酯相水相水相氣相氣相AABB兩兩組組分分系系統(tǒng)統(tǒng)液液固固平平衡衡相相圖圖匯匯總總要求掌握要求掌握:（1）點、線、面的物理意義，尤其是各個）點、線、面的物理意義，尤其是各個面的相態(tài)；面的相態(tài)；（2）自由度計算；）自由度計算；（3）杠桿規(guī)則；）杠桿規(guī)則；（4）冷卻曲線。）冷卻曲線。1、液相完全、液相完全互溶固相完全不互溶的兩組分系統(tǒng)互溶固相完全不互溶的兩組分系統(tǒng) 液固平衡相圖液固平衡相圖鄰鄰(A)、對、對(B)位硝基氯苯的分離位硝基氯苯的分離( )p母液母液精餾操作與結(jié)晶操作聯(lián)用實現(xiàn)精餾操作與結(jié)晶操作聯(lián)用實現(xiàn)A和和B的完全分離的完全分離( )p3、固相固相完全

18、不互溶且完全不互溶且生成生成不穩(wěn)定化合物的相圖不穩(wěn)定化合物的相圖2、固相、固相完全不互溶且生成完全不互溶且生成穩(wěn)定化合物的相圖穩(wěn)定化合物的相圖4、固相完全互溶系統(tǒng)的相圖、固相完全互溶系統(tǒng)的相圖固態(tài)混合物（固態(tài)溶液）固態(tài)混合物（固態(tài)溶液）液相線液相線 固相線固相線5、固相部分互溶系統(tǒng)的相圖、固相部分互溶系統(tǒng)的相圖1RRKf 2RRKf 冷卻曲線冷卻曲線(1) 試寫出各相區(qū)的相：試寫出各相區(qū)的相：1. ；2. ；3. ；4. ；5. ；6. ；7. ； SL SCSL CSS ACSS ASL L固相固相部分互部分互溶且生成不溶且生成不穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物的系統(tǒng)的系統(tǒng)60. 04 . 0A x 。

19、A15 . 265. 075. 040. 065. 0C LnnS三相線的相態(tài)為：三相線的相態(tài)為：CSSL 下圖是在耐火材料生產(chǎn)中有重要應(yīng)用的下圖是在耐火材料生產(chǎn)中有重要應(yīng)用的 二元系在高溫區(qū)的二元系在高溫區(qū)的 液固平衡相圖。在高液固平衡相圖。在高溫下溫下 有鱗石英和白硅石兩種晶型，有鱗石英和白硅石兩種晶型，AB直線的直線的溫度為晶型轉(zhuǎn)變溫度，溫度為晶型轉(zhuǎn)變溫度，AB線溫度以上為白硅石，線溫度以上為白硅石，以下為鱗石英。以下為鱗石英。 和和 能生成不穩(wěn)定化合物能生成不穩(wěn)定化合物C(化學式為化學式為 ，稱為莫來石）。，稱為莫來石）。(1) 指出相圖中各相區(qū)的相。指出相圖中各相區(qū)的相。(2) 在相

20、圖中的三條水平線上分別有那些相平衡在相圖中的三條水平線上分別有那些相平衡共存？共存？(3) 分別畫出以分別畫出以M、N、Q點為代表的系統(tǒng)的冷卻點為代表的系統(tǒng)的冷卻曲線。曲線。2323SiOO2Al 32OAl2SiO2SiO322OAlSiO 有一液固平衡相圖如下：有一液固平衡相圖如下： (1) 在圖上指出在圖上指出1-12各相區(qū)的相各相區(qū)的相 (2) 指出系統(tǒng)在指出系統(tǒng)在G點存在的相，并計算其自由度點存在的相，并計算其自由度 (3) 在右邊溫度在右邊溫度t與時間與時間 坐標內(nèi)畫出系統(tǒng)自坐標內(nèi)畫出系統(tǒng)自M點開始冷點開始冷卻的冷卻曲線。卻的冷卻曲線。 LS L+S L+SCS + SCL+SCS

21、C +SDL+SDSD +SBL+SBL1 +L2L+SBL, SC,SD f=2-3+1=0 A和和B二元系的液固平衡相圖如下：二元系的液固平衡相圖如下：(1) 試指出相圖中各相區(qū)的相。試指出相圖中各相區(qū)的相。(2) 畫出以畫出以M點為代表的系統(tǒng)的冷卻曲線。點為代表的系統(tǒng)的冷卻曲線。LL+SASA+S L+S S L+S S S +S 固相固相完全不互溶且生成穩(wěn)定化合物的系統(tǒng)完全不互溶且生成穩(wěn)定化合物的系統(tǒng)下圖是物質(zhì)下圖是物質(zhì)A和和B的二元液固平衡相圖：的二元液固平衡相圖：液相部分互溶，固相也液相部分互溶，固相也部分互溶的系統(tǒng)部分互溶的系統(tǒng)思考題思考題1：圖為圖為 系統(tǒng)在系統(tǒng)在101.325

22、kPa下下的相圖（大致形狀），試指出各相區(qū)內(nèi)存在的相圖（大致形狀），試指出各相區(qū)內(nèi)存在的相（標明物質(zhì)與相態(tài)），指出曲線的相（標明物質(zhì)與相態(tài)），指出曲線ab、cd的含義。并請描述圖中的含義。并請描述圖中 1、2、3、4點的液點的液態(tài)混合物在冷卻過程中的相態(tài)變化，畫出相態(tài)混合物在冷卻過程中的相態(tài)變化，畫出相應(yīng)的冷卻曲線。應(yīng)的冷卻曲線。OHNaI2 1固相完全不互固相完全不互溶且生成兩個溶且生成兩個不穩(wěn)定化合物不穩(wěn)定化合物C1和和C2的系統(tǒng)的系統(tǒng)1 2 3 41212122CCCCCCBBSSSSLSLSSLSLL 1. 21212CCCCCSSSSLSLL 2. 1、2、3、4點的液態(tài)混合物在冷卻

23、過程中所經(jīng)歷的相態(tài)變化依次為：點的液態(tài)混合物在冷卻過程中所經(jīng)歷的相態(tài)變化依次為：111212CACACCCCSSSSLSLSSLSLL 3. 111CACACSSSSLSLL 4. 1 2 3 411 2 3 4115011096800.51000.750.680.18700.540.8mol375. 018 . 0168. 08 . 0SLSLS nnnnn固相完全不互溶且生成穩(wěn)定化合物固相完全不互溶且生成穩(wěn)定化合物C1和不穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物C2的系統(tǒng)的系統(tǒng) 思考題思考題3：Sn和和Ag的二元液固平衡相圖（大的二元液固平衡相圖（大致形狀）如圖所示。致形狀）如圖所示。(1) 指出圖中各相

24、區(qū)的相；指出圖中各相區(qū)的相；(2) 熔融液從熔融液從a點冷卻到點冷卻到b點時，有什么新相析出？點時，有什么新相析出？這時系統(tǒng)的自由度是多少？這時系統(tǒng)的自由度是多少？(3) 當進一步冷卻到當進一步冷卻到c點時，系統(tǒng)兩相物質(zhì)的量之比如何表示？點時，系統(tǒng)兩相物質(zhì)的量之比如何表示？固相部分互溶且生成不穩(wěn)定化合物固相部分互溶且生成不穩(wěn)定化合物C的系統(tǒng)的系統(tǒng)在一定溫度下，將非揮發(fā)性物質(zhì)在一定溫度下，將非揮發(fā)性物質(zhì)(B)溶解于溶溶解于溶劑劑(A)中，形成中，形成理想稀溶液理想稀溶液。若純。若純A的飽和蒸的飽和蒸氣壓為氣壓為 溶液濃度為溶液濃度為 ，溶液中，溶液中A的蒸氣的蒸氣壓為壓為 ，則，則 在溫度在溫度

25、T 時苯時苯(A)和甲苯和甲苯(B)形成形成理想混合物理想混合物，二者的飽和蒸氣壓分別為二者的飽和蒸氣壓分別為且且 ，若它們的混合物在此溫度下達，若它們的混合物在此溫度下達到氣液平衡，則到氣液平衡，則 在液相中的摩爾分數(shù)高在液相中的摩爾分數(shù)高于它在氣相中的摩爾分數(shù)。（于它在氣相中的摩爾分數(shù)。（A、B） ApBxAp AApp ,BA pp 和和 BAppBBBBAxppyppp BBAxp 概概念念題題 判斷物質(zhì)判斷物質(zhì)A和和B組成的液態(tài)混合物是否理想混合物，組成的液態(tài)混合物是否理想混合物，是用是用 圖還是用圖還是用 圖圖 。為什么？。為什么？xp xt xp B*A*B*ABA)(xpppp

26、pp 甲、乙兩燒杯中分別盛有物質(zhì)甲、乙兩燒杯中分別盛有物質(zhì)A和和B組成的液態(tài)理組成的液態(tài)理想混合物，其中想混合物，其中甲燒杯甲燒杯中為中為 ，乙燒杯乙燒杯中為中為 。今將兩燒杯同置于一個密閉。今將兩燒杯同置于一個密閉容器中，問甲、乙兩燒杯中的物質(zhì)各發(fā)生什么變化。容器中，問甲、乙兩燒杯中的物質(zhì)各發(fā)生什么變化。B mol 9 Amol 1 B mol 80 Amol 20 甲甲乙乙BA 乙乙甲甲乙乙乙乙甲甲甲甲乙乙甲甲乙乙乙乙甲甲甲甲乙乙甲甲AAB*AAB*AABBB*BBB*BBBB118 . 09 . 0ppxppxppppxppxppxx 甲燒杯中，甲燒杯中，A增增B減；乙燒杯中減；乙燒杯中A減