第四章相平衡習(xí)題

1、第四章 相平衡習(xí)題1、 指出下列平衡系統(tǒng)得組分?jǐn)?shù)、自由度數(shù)各為多少？NH4CI(S)部分分解為 NH3(g)與 HCI(g) 物種數(shù)S= 3,化學(xué)平衡關(guān)系式數(shù)目R= 1,濃度限制條件數(shù)目R=1NH3(g)與HCI(g)濃度相等 組分?jǐn)?shù) K=S-R-R=3-1-1=1 相數(shù)？二2(固相與氣相兩相) 自由度 f=k-?+2=1-2+2=1若上述體系中額外再加入少量得 NH3(g)物種數(shù)S= 3,化學(xué)平衡關(guān)系式數(shù)目R= 1,濃度限制條件數(shù)目R=0NH3(g)與HCI(g)不能建立濃度關(guān)系組分?jǐn)?shù) K=S-R-R=3-1-0=2相數(shù)？二2(固相與氣相兩相)自由度 f=k-?+2=2-2+2=2NH4HS

2、(S)與任意量得NH3(g)及H2S(g)平衡；物種數(shù)S = 3,化學(xué)平衡式R = 1,R= 0組分?jǐn)?shù) K = S -R - R = 3 -1 -0 = 2相數(shù)？二2(固相與氣相兩相)自由度 f = k -? + 2 = 2 - 2 + 2 = 2 C(S)、CO(g)、CO2(g)、O2(g)在 373K 時達(dá)到平衡。物種數(shù)S=4,存在下面得化學(xué)平衡式：C+O2? CO22C+O2 ? 2CO2CO+O2? 2CO2CO2+C?2CO實際上后面兩個化學(xué)式都可以通過前面兩個平衡式獲得,則 R = 2,而不就是等于 4。無濃度限制條件 ,R= 0,則：K = S-R - R= 4 -2 = 2相

3、數(shù)？二2(固相與氣相兩相) 由于有溫度條件限制 , 所以自由度為 f = K-? + 1 = 2 -2 + 1 = 12、在水、苯與苯甲酸得體系中 , 若指定了下列事項 , 試問系統(tǒng)中最多可能有幾個 相 , 并各舉一例。指定溫度 ；K = S -R -RS,= 3, R = R = 0則, K = 3f = K - + 1 = 4 -f = 0時，=4,體系最多有四相，如氣相、苯甲酸固體、苯甲酸飽與水溶液與苯 甲酸飽與苯溶液。指定溫度與水中苯甲酸得濃度 ；K = S -R -RS,= 3, R = 1,R = 0則, K = 2f = K -+ 1 = 3 -f = 0時，=3,體系最多有三相

4、，如氣相、苯甲酸飽與水溶液與苯甲酸飽與苯溶 液。指定溫度、壓力與苯中苯甲酸得濃度。K = S -R -RS,= 3, R =1, R = 0則, K = 2f = K -=2 -f = 0時，=2 ,體系最多有兩相，如苯甲酸飽與水溶液與苯甲酸飽與苯溶液。3試指出下述系統(tǒng)得自由度數(shù)、如f卻,則指出變量就是什么？(1) 在標(biāo)準(zhǔn)壓力下 ,水與水蒸氣平衡組分?jǐn)?shù)K = S = 1,相數(shù)？ = 2,指定壓力，則f = K -? + 1 = 1 -2 + 1 = 0體系為無變量體系( 2) 水與水蒸氣平衡組分?jǐn)?shù) K = S = 1,相數(shù) ?=2,則f = K-? + 2 =1 -2 + 2=1體系為單變量體

5、系 ,變量就是溫度或壓力中得任一個(3)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，12在水中與CCI4中分配已達(dá)平衡，無|2(S)存在組分?jǐn)?shù) K = S = 3相數(shù) ?=2,指定壓力 ,則:f = K-? + 1=3 -2 + 1=2體系為雙組分變量，變量為溫度與I2在水或CCI4中得任一個濃度。NH3、H2、N2三種氣體已達(dá)平衡組分?jǐn)?shù) K = S-R - R= 3 -1 = 2f = K-? + 2=2 -1 + 2 = 3 體系為多變量體系 ,變量為溫度、壓力與某種物質(zhì)濃度。 在標(biāo)準(zhǔn)壓力Pe下,NaOH水溶液與H3PO4水溶液混合后；S = 6, R = 3, R= 0, K = S-R-R= 3, ? = 1f =

6、 K-? + 1=3 -1 + 1=3體系為多變量體系，變量為溫度、NaOH濃度與H3PO4濃度。在標(biāo)準(zhǔn)壓力下,H2SO4水溶液與H2SO4?H2O(S)已達(dá)平衡。物種數(shù) S = 3(水、H2SO4、H2SO4?H2O(S),化學(xué)平衡關(guān)系式R = 1(生成H2SO4?H2O(S)得反應(yīng)),R= 0,則K = S-R - R= 3 -1 = 2相數(shù)？ = 2,硫酸水溶液與固體H2SO4?H2O,指定壓力，則f = K-? +1=2 -2 + 1=1 體系為單變量體系 ,變量為溫度。4、圖為硫得相圖寫出圖中各線與點代表哪些相得平衡 ；敘述體系得狀態(tài)由 X 在恒壓下加熱至 Y 所發(fā)生得變化。答:硫有

7、單斜硫 (固)與正交硫(固)二種晶型,及液態(tài)硫與氣態(tài)硫四種相態(tài) ,由于單 組分只能三相共存 , 因而在硫得相圖中出現(xiàn)了四個三相點 :B、 C、 F、 E。三相點 :B, 正交、單斜與氣相 ；C, 單斜、氣相與液相 ；F, 正交、單斜與液相 ；E, 正交、液相與氣相。兩相平衡線：AB,正交與氣相;BC，單斜與氣相;CD,氣相與液相;FC,單斜與液相;GF, 正交與液相;BF,正交與單斜；BE,正交與單斜;CE,液相與單斜;EF,正交與液相。從X到Y(jié),先正交硫得恒壓升溫過程至 BF兩相平衡線上，然后為單斜硫得恒壓 升溫過程至CF兩相平衡線上，最后為液相硫得恒壓升溫過程。5、氯仿得正常沸點為334、

8、6K(外壓為101、325kPa),試求氯仿得摩爾蒸汽熱及 313K時得飽與蒸汽壓。解：由特魯頓規(guī)則知：6今把一批裝有注射液得安培放入高壓消毒鍋內(nèi)加熱消毒,若用151、99 kPa得水蒸氣進(jìn)行加熱，問鍋內(nèi)得溫度有多少度？(已知AvapHm = 40、67 kJ/mol) 解：7、某有機(jī)物得正常沸點為530K,從文獻(xiàn)查得：壓力減至0、267 kPa時,它得沸點 為313K，問此有機(jī)物在1、33 kPa時得沸點就是多少？(假定363-503K范圍內(nèi)溫 度對氣化熱得影響可以忽略)解:注:正常沸點時對應(yīng)得飽與蒸汽壓為p9、8、氫醌得蒸汽壓實驗數(shù)據(jù)如下：固=氣液=氣溫度/K405、5436、6465、1

9、489、6壓力/ kPa0、 13331、 33345、 332713、 334求(1)氫醌得升華熱、蒸發(fā)熱、熔化熱(設(shè)它們均不隨溫度而變);(2)氣、液、固三相共存時得溫度與壓力；在500K沸騰時得外壓。解：(1)根據(jù)克-克方程:ln蟲二華土丄)P1 RT1T24366)4896)ln 1.3334升華 Hm ( 10.13338.314 (405.5升華 Hm 109.0kJ/molln匹 蒸發(fā)Hm (丄丄)P1RT1 T2 TOC o 1-5 h z I 13.334蒸發(fā) H m1ln蒸發(fā) m(5.33278.314465.1蒸發(fā) Hm 70.83kJ / mol熔化 H m=升華 Hm

10、蒸發(fā) Hm = 38.17kJ / mol(2)設(shè)三相共存時的溫度為T,壓力為p,則:InInInInP 升華 Hm/11、( T)p 109018( 12)0.13338.314(405.5 T)p蒸發(fā) Hm / 11、( T)p 70833/ 11、Pi(I)Pi5.33278.314 465.1 T聯(lián)合(I )和(II )式得：(II)p=2.316kPa, T=444.9K9、為了降低空氣得濕度，讓壓力為p B得潮濕空氣通過一冷卻至 248K得管道, 試用下列數(shù)據(jù)，估計在管道出口處空氣中水蒸氣得分壓。水在 283K與273K時得 蒸汽壓分別為1、228與0、6106KPa,273K時冰

11、得熔化熱為333、5kJ/kg(假定所 涉及得熱效應(yīng)都不隨溫度而變)。當(dāng)此空氣得溫度回升到293K時(壓力仍為p9 ), 問這時空氣得相對濕度為若干？解:潮濕空氣中得水蒸氣，先從氣相變?yōu)橐合啵儆梢合嘧優(yōu)楣滔?，知道冰得熔化? 不知水得相變熱，由克克方程：設(shè)248K時冰得飽與蒸汽壓為P2,則根據(jù)克克方程：設(shè)293K時水得飽與蒸汽壓為P2；則根據(jù)克克方程：10、兩個揮發(fā)性液體A與B構(gòu)成一理想溶液，在某溫度時溶液得蒸汽壓為54、1kPa, 在氣相中A得摩爾分?jǐn)?shù)為0、45,液相中為0、65,求此溫度下純A與純B得蒸汽 壓。解：根據(jù)道爾頓分壓定律和拉烏爾定律：PaPaXayA P 總* yA p 總P

12、a=-Xa0.45 54.10.65=37.45kPaPbPbXbYbP總*y p總Pb=Xb(1 0.45) 54.11 0.65=85.01kPa11、由甲苯與苯組成得某一溶液含 30% (W/W)得甲苯,在303K時純甲苯與純苯 得蒸汽壓分別為4、89與15、76 kPa設(shè)該溶液為理想溶液，問303K時溶液得總 蒸汽壓與分壓各為若干？ 解:14、已知液體A與液體B可形成理想溶液，液體A得正常沸點為338K,其汽化熱 為35 kJ、mol-1。由2 mol A與8 mol B形成得溶液在標(biāo)準(zhǔn)壓力下得沸點就是 318K。 將xb= 0、60得溶液置于帶活塞得氣缸中，開始時活塞緊緊壓在液面上，

13、在318K下逐漸減小活塞上得壓力。求：(1)出現(xiàn)第一個氣泡時體系得總壓與氣泡得組成；(2)在溶液幾乎全部汽化，最后僅有一滴液滴時液相得組成與體系得總壓。解:(1)設(shè)318K時,A、B得飽與蒸氣壓分別為pa*、Pb*,則有：由 p = pa*xa + pb*xb =101、325xa=0、2, xb=0、8,得 pB* =115、05kPa出現(xiàn)第一個氣泡時，液相得組成近似為原溶液得組成，即xa = 0、4,xb = 0、6,則：(2)當(dāng)溶液幾乎全部氣化，最后僅有一小滴液體時，氣相得組成與原溶液得組成相同，即:yA = 0、4,yB = 0、6則有：解得：體系得總壓：15、水與乙酸乙酯就是部分互溶得，設(shè)在310、7K時,兩相互呈平衡，其中一相含 有& 75%酯,而另一相含水3、79% (都就是重量百分比濃度)。設(shè)拉烏爾定律適 用于各相得溶劑，在此溫度時純乙酸乙酯得蒸汽壓就是 22、13kPa,純水得蒸汽壓 就是& 40kPa。試計算:(1)酯得分壓;(2)水蒸氣分壓;(3)總蒸汽壓。解：16、若在合成某有機(jī)化合物之后進(jìn)行水蒸氣蒸餾,混合物得沸騰溫度為368&實