第六章相平衡說課材料

1、第六章相平衡第六章 相平衡6-1指出下列平衡系統(tǒng)中的組分?jǐn)?shù)C,相數(shù)P及自由度 數(shù)F：I2 (s)與其蒸氣成平衡；CaC03 (s)與其分解產(chǎn)物C&0 (s)和CO? (g)成平 衡；NH.HS(s)放入一抽空的容器中，并與其分解產(chǎn)物NB(g)和H2S (g)成平衡;取任意量的NHs (g)和H2S (g)與NH,HS (s)成平衡；L作為溶質(zhì)在兩不相互溶液體HcO和CCh中達(dá)到分 配平衡(凝聚系統(tǒng))。解：(1) S-R-/?匸1-0-0二 1； P=2； F二C-P+2二 1(2)S-R-/?-3-l-0=2； P=3；F=C-P+2=1(3)S-R-r=3TT=1；P=2；F二C-P+2二1

2、(4)S-R-疋二 3-1 -0二 2；P=2；F二C-P+2二2(5)S-R-/?,=3-0-0=3；P=2；F二CP+1二26-2己知液體甲苯(A)和液體苯(B)在90C時(shí)的飽和蒸氣壓分別為戌=54.22倔和p； =136.12APflo兩者可形成理想液態(tài)混合物。今有系統(tǒng)組成為柿=0.3的甲苯-苯混合物5 mol, 在90C下成氣-液兩相平衡，若氣相組成為兒=0.4556 ,求：平衡時(shí)液相組成心及系統(tǒng)的壓力P;平衡時(shí)氣、液兩相的物質(zhì)的量n (g) , n(1) o(1)(2)解：(1)理想液態(tài)混合物，A、B均適用拉烏爾定律, 故有P = Pa+ Pb =加(1 一心)+ “；心=5422k

3、Pd(l-心)+ 136 A2kPaxBya = 0.4556 = I p = p1BxB I p = 136.12Z:P7xa / p由式(1)及式(2)得p = 5422RPa(l - 乜)+136 J2kPgB(3)0.4556 = 36A2kPaxxB/ p(4)聯(lián)立式(3)與式(4),解得 p = 7470kPa，勺=0.2500n(l)=04556-0.30000.4556-0.2500(2)根據(jù)杠桿規(guī)則x 5mol = 3.7 Mmoln(g) = n-n(t) = (5 3784)w/ = 1.216mol6-4已知甲苯、苯在90C下純液體的飽和蒸氣壓分別為54. 22kPa和

4、136. 12kPao兩者可形成理想液態(tài)混合物。取200. Og甲苯和200. Og苯置于帶活塞的導(dǎo)熱容器中， 始態(tài)為一定壓力下90C的液態(tài)混合物。在恒溫90C下逐漸降低壓力，問：（1）壓力降到多少時(shí)，開始產(chǎn)生氣相，此 氣相的組成如何？ （2）壓力降到多少時(shí)，液相開始消失， 最后一滴液相的組成如何？ （3）壓力為92. OOkPa時(shí)，系 統(tǒng)內(nèi)氣、液兩相平衡，兩相組成如何？?jī)上嗟奈镔|(zhì)的量各 多少？解：（1）與開始產(chǎn)生氣相平衡的液相，其組成同原始液200/78200/92態(tài)混合物，所以氣相的壓力為P = 136.12x +54.22 x kPaI200 / 78 + 200 / 92200 / 7

5、8 + 200 / 92；=98.54kPa氣相組成為200/78yK =/ = 136.12 x不 * I200/78 + 200 / 92 丿-98.54 = 0.7476（2）與最后一滴液相平衡的氣相，其組成同原始液態(tài)混合物丹=蘋/ pp =兀彖一陽(yáng)苯）心上兩式聯(lián)立解得:兀苯=54.22x200/78200/78 + 200/92136.12 (136.12 5422)x200/78200/78 + 200/92= 0.3197p = pj +(p -p；必)心=54.22 + (136.12-54.22)0.3197kPa = SO.AOkPa92.00-54.22136.12-54.

6、22= 0.4613=p；x / = 136.12x0.4613/92.00 = 0.625原始液態(tài)混合物的組成為200/78200/78 + 200/92= 0.541代 _ 0.541 - 0.4613石一 0.6825 - 0.541(200 200)+?. = +7892卅關(guān)立解得：n=1709曲,n, = 3.022mol6-8水-異丁醇系統(tǒng)液相部分互溶。在101. 325kPa下， 系統(tǒng)的共沸點(diǎn)為89. 7Co氣（G）、液（LJ、液（L2）三 相平衡時(shí)的組成w （異丁醇）依次為：70%、8.7%、85. 0%0 今由350g水和150g異丁醇形成的系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下由室 溫加熱，問：

7、（1）溫度剛要達(dá)到共沸點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)處于相平 衡時(shí)存在那些相？其質(zhì)量各為多少？ （2）當(dāng)溫度由共沸點(diǎn) 剛有上升趨勢(shì)時(shí)，系統(tǒng)處于相平衡時(shí)存在那些相？其質(zhì)量 各為多少？解：系統(tǒng)總組成為：150/ （150+350）二30%（1）存在液（LJ、液（LJ二相平衡，根據(jù)杠桿規(guī)則,m(L2) = 5OOg 一 360g = 140g（2）存在液（LJ、液（LJ二相平衡，根據(jù)杠桿規(guī)則，得m(G) = 500 x 一 g = 174g,m(L2) = 500g -174g = 326g70.0 8.76-10為了將含非揮發(fā)性雜質(zhì)的甲苯提純，在86. OkPa 壓力下用水蒸氣蒸丫留。已知：在此壓力下該系統(tǒng)的共沸點(diǎn)

8、為80C, 80C時(shí)水的飽和蒸氣壓為47. 3kPao試求：（1） 氣相的組成（含甲苯的摩爾分?jǐn)?shù)）；（2）欲蒸出100kg純 甲苯，需要消耗蒸氣多少？解:(1) y 甲苯二p 甲苯/p二(86. 0-47. 3) /86. 0=0. 450(2)0.5500.450 -加水 /18.015100 x103/92.1406-10為了將含非揮發(fā)性雜質(zhì)的甲苯提純，在86. OkPa 壓力下用水蒸氣蒸館。已知：在此壓力下該系統(tǒng)的共沸點(diǎn) 為80C, 80C時(shí)水的飽和蒸氣壓為47. 3kPao試求：（1） 氣相的組成（含甲苯的摩爾分?jǐn)?shù)）；（2）欲蒸出100kg純 甲苯，需要消耗蒸氣多少？解：(1) y 甲

9、苯二p 甲苯/p二(86.0-47.3) /86. 0=0. 450(2)0.5500.450 加水/18.015100 x103/92.1406-13固態(tài)完全互溶、具有最高熔點(diǎn)的A-B二組分凝聚 系統(tǒng)相圖如附圖（見教材P297）。指出各相區(qū)的相平衡關(guān) 系、各條線的意義，并繪岀狀態(tài)點(diǎn)為&、b的樣品的泠卻曲 線。A%B86.13附圖解：各相區(qū)的相平衡關(guān)系及狀態(tài)點(diǎn)為d、b的樣品的泠 卻曲線如圖所標(biāo)注。HN那條線為液相線（液態(tài)熔體與固態(tài) 熔體平衡線），而下方那條線為固相線（固熔體與液體熔 體平衡線）。同理，NO那條線為液相線（液態(tài)熔體與固態(tài) 熔體平衡線），而下方那條線為固相線（固熔體與液體熔 體平衡

10、線）。6-16某A-B二組分凝聚系統(tǒng)相圖如附圖（見教材 p297） o （1）指出各相區(qū)穩(wěn)定存在的相；（2）指出圖中 的三相線。三相線上哪幾個(gè)相成平衡？三者之間的相平衡 關(guān)系如何？ （3）繪出圖中狀態(tài)點(diǎn)a、b、c三個(gè)樣品的泠卻 曲線，并注明各階段時(shí)的相變化。解：（1）各相區(qū)穩(wěn)定存在的相如圖所注。S 6-16舵圖(2)該圖上有兩條三相線，即efg線是Q固熔體與Y固 熔體和液相L相平衡，hij線是液相L與丫固熔體和3固熔 體相平衡。圖中狀態(tài)點(diǎn)a、b、c三個(gè)樣品的泠卻曲線如圖右所 示，a-al,組成為a的液態(tài)溶液降溫，達(dá)到al點(diǎn)時(shí)開始 析岀Y固熔體，進(jìn)入兩相平衡區(qū)，繼續(xù)泠卻達(dá)到時(shí)，開 始析出第三相a

11、固熔體，成三相平衡，直至液體全部凝結(jié) 成a固熔體與Y固熔體后，即自&2后繼續(xù)泠卻進(jìn)入a固熔 體與丫固熔體平衡區(qū)；組成為b的液態(tài)溶液降溫，達(dá)到bl 點(diǎn)時(shí)開始析岀Y固熔體和B固熔體，成三相平衡，繼續(xù)泠 卻B固熔體消失，進(jìn)入液體1和丫固熔體，當(dāng)泠卻達(dá)到b3 時(shí)，直至液體消失，然后進(jìn)入Y固熔體單相區(qū)；組成為c 的液態(tài)溶液降溫，達(dá)到cl點(diǎn)時(shí)開始析出B固熔體，進(jìn)入兩 相平衡區(qū)，繼續(xù)泠卻達(dá)到c2時(shí)，開始析岀第三相Y固熔 體，成三相平衡，此后進(jìn)入B固熔體與Y固熔體兩相平衡 區(qū)。6-17某A-B二組分凝聚系統(tǒng)相圖如附圖(見p297)。指 出各相區(qū)的穩(wěn)定相，三相線上的相平衡關(guān)系。6.17附圖解：各相區(qū)的穩(wěn)定相如6-17圖中所標(biāo)，a , B為不同組成的、固溶體。兩條三相線上的相平衡關(guān)系為dbc 線：L = a + 0； efg 線：Lf + a = L?6-22指出附圖(教材P298)中二元凝聚系統(tǒng)相圖如內(nèi) 各相區(qū)的穩(wěn)定相，并指出三相線及三相平衡關(guān)系。解：各相區(qū)的穩(wěn)定相如圖所注：CfG (s) , C