習(xí)題答案(科學(xué)出版社)

甲苯的密度第四章相平衡思考題1.什么叫自由度？相律的內(nèi)容是什么？它能夠解決什么問題？答：在不引起舊相消失和新相形成的前提下，可以在一定范圍內(nèi)獨(dú)立變動(dòng)的強(qiáng)度性質(zhì)稱為系統(tǒng)的自由度。相律就是在平衡系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)相數(shù)、組分?jǐn)?shù)、自由度數(shù)及影響物質(zhì)性質(zhì)的外界因素（如溫度、壓力、重力場(chǎng)、磁場(chǎng)、表面能等）之間關(guān)系的規(guī)律。相律是一個(gè)定性規(guī)律，可以指示相平衡體系中有幾個(gè)相，可以指導(dǎo)如何去識(shí)別由實(shí)驗(yàn)繪制的相圖。2.水的三相點(diǎn)與冰點(diǎn)是否相同?答：不相同。純水的三相點(diǎn)是氣-液-固三相共存，其溫度和壓力由水本身性質(zhì)決定，這時(shí)的壓力為610.62Pa，溫度為273.16K。熱力學(xué)溫標(biāo)1K就是取水的三相點(diǎn)溫度的1/273.16K。水的冰點(diǎn)是在大氣壓力下，水的三相共存點(diǎn)的溫度。由于冰點(diǎn)受外界壓力影響，在105Pa壓力下，溫度下降0.00747K，由于水中溶解了空氣，溫度又下降0.0024K，所以在大氣壓力為105Pa時(shí)，水的冰點(diǎn)為273.15K。3.相點(diǎn)與物系點(diǎn)有什么區(qū)別?答：相點(diǎn)是相圖中表示某平衡相組成的點(diǎn)。從相點(diǎn)位置可看出該相的狀態(tài)、組成、溫度、壓力等。相點(diǎn)位置可隨壓力、溫度的改變而改變。在單組分系統(tǒng)的相圖上，所有點(diǎn)全部是相點(diǎn)。物系點(diǎn)是在多組分系統(tǒng)的相圖上表示系統(tǒng)總組成的點(diǎn)，在單相區(qū)，物系點(diǎn)可與相點(diǎn)重合，而在兩相區(qū)內(nèi)只有物系點(diǎn)。該物系所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相組成由兩個(gè)相點(diǎn)表示。在T-x圖上，物系點(diǎn)可沿著與溫度坐標(biāo)平行的直線上下移動(dòng)；在水鹽系統(tǒng)圖上，隨著水的含量不同，物系點(diǎn)可沿著與組成坐標(biāo)平行的直線左右移動(dòng)。4.單組分系統(tǒng)的三相點(diǎn)與低共熔點(diǎn)有何異同點(diǎn)?答：共同點(diǎn)：都是三相共存。不同點(diǎn)：單組分系統(tǒng)的三相點(diǎn)是氣-液-固三相共存，這時(shí)的自由度為零，它的壓力、溫度由系統(tǒng)自身性質(zhì)決定，不受外界因素影響。而二組分系統(tǒng)的低共熔點(diǎn)在等壓的條件下自由度為零。外壓改變，低共熔點(diǎn)的溫度和組成也會(huì)隨之而改變。5.米粉和面粉混合得十分均勻。再也無法彼此分開，這時(shí)混合體系有幾相？答：兩相6.金粉和銀粉混合后加熱，使之熔融后冷卻，得到的固體是一相還是兩相？答：一相7.低共熔物能不能看作是化合物？答：不能。低共熔物不是化合物，它沒有確定的熔點(diǎn)，壓力改變，低共熔物的熔化溫度和組成都會(huì)改變。雖然低共熔物在金相顯微鏡下看起來非常均勻，但它仍是兩個(gè)固相的混合物，由兩相組成。習(xí)題1.下列說法對(duì)嗎？為什么？(1)在一給定的體系中，獨(dú)立組分?jǐn)?shù)是一個(gè)確定的數(shù)。(2)單組分體系的物種數(shù)一定等于1。(3)相律適用于任何相平衡體系。(4)在相平衡體系中，如果每一相中的物種數(shù)不相等，則相律不成立。解：(1)對(duì)(2)錯(cuò)，組分?jǐn)?shù)等于1(3)錯(cuò)。在有電場(chǎng)、重力場(chǎng)、磁場(chǎng)、或滲透質(zhì)存在時(shí)，不適用，必須加以修正。(4)錯(cuò)，由相律得出的結(jié)論與每一相中的物種數(shù)無關(guān)。2.請(qǐng)論證(1)在一定溫度下，某濃度的NaCl水溶液只有一個(gè)確定的蒸氣壓；(2)在一定溫度下，草酸鈣分解為碳酸鈣和一氧化碳時(shí)只能有一個(gè)確定的CO壓力。解：(1)濃度、溫度一定，=1則f=1-1+1=1(2)f=2-3+2=1當(dāng)T一定時(shí)，f=03.純的碳酸鈣固體在真空容器中分解，這時(shí)獨(dú)立組分?jǐn)?shù)為多少?CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)答：獨(dú)立組分?jǐn)?shù)為2。因?yàn)槲锓N數(shù)為3，有一個(gè)平衡限制條件，但沒有濃度限制條件。因?yàn)檠趸}與二氧化碳不處在同一個(gè)相，沒有摩爾分?jǐn)?shù)累加和等于1的限制條件，所以獨(dú)立組分?jǐn)?shù)為2。4.制水煤氣時(shí)有三個(gè)平衡反應(yīng)，求獨(dú)立組分?jǐn)?shù)？(1)H2O(g)+C(s)=H2(g)+CO(g)(2)CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)(3)CO2(g)+C(s)=2CO(g)答：三個(gè)反應(yīng)中共有5個(gè)物種，方程(1)可以用方程(3)減去(2)得到，因而只有兩個(gè)獨(dú)立的化學(xué)平衡。沒有明確的濃度限制條件，所以獨(dú)立組分?jǐn)?shù)為3。5.在抽空容器中，氯化銨的分解平衡，指出該系統(tǒng)的獨(dú)立組分?jǐn)?shù)、相數(shù)和自由度？NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)答：反應(yīng)中有三個(gè)物種，一個(gè)平衡限制條件，一個(gè)濃度限制條件，所以獨(dú)立組分?jǐn)?shù)為1，相數(shù)為2。根據(jù)相律，自由度為1。即分解溫度和分解壓力只有一個(gè)可以獨(dú)立發(fā)生變化。6.碳和氧在一定條件下達(dá)成兩種平衡，指出該系統(tǒng)的獨(dú)立組分?jǐn)?shù)、相數(shù)和自由度？C(s)+1/2O2(g)=CO(g)CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)答：物種數(shù)為4，有兩個(gè)化學(xué)平衡，無濃度限制條件，所以獨(dú)立組分?jǐn)?shù)為2，相數(shù)為2，自由度為2。7.試求下述體系的自由度并指出變量是什么？(1)在一定壓力下，液體水與水蒸氣達(dá)平衡；(2)液體水與水蒸氣達(dá)平衡；(3)25℃和一定壓力下，固體NaCl與其水溶液成平衡；(4)固態(tài)NH4HS與任意比例的H2S及NH3的氣體混合物達(dá)化學(xué)平衡；(5)I2(s)與I2(g)成平衡。解：(1)f=1-2+1=0,(2)f=1-2+2=1溫度或壓力(3)f=2-2+0＝0(4)f=2-2+2=2,溫度和壓力(5)f=1-2+2＝1溫度或壓力2CO3與水可形成三種水合物Na2CO3?H2O(s)，Na2CO3?7H2O(s)和Na2CO3?10H2O(s)。問這些水合物能否與Na2CO3水溶液及冰同時(shí)平衡共存？解：不能，只能與冰或水或水溶液共存。9.在1949～2054K之間，金屬Zr的蒸氣壓方程為請(qǐng)得出Zr的摩爾升華焓與溫度T的關(guān)系式。并估算Zr在溶點(diǎn)2128K時(shí)的摩爾升華焓和蒸氣壓。答案：,573.79kJ?mol-1,1.69×10-3Pa10.某物質(zhì)的固體及液體的蒸氣壓可分別用下式表示：（固體）(1)（液體