物理化學(xué)課后習(xí)題第六章答案解析

./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F?！?I2<s>與其蒸氣成平衡；〔2CaCO3<s>與其分解產(chǎn)物CaO<s>和CO2<g>成平衡；〔3NH4HS<s>放入一抽空的容器中,并與其分解產(chǎn)物NH3<g>和H2S<g>成平衡；〔4取任意量的NH3<g>和H2S<g>與NH4HS<s>成平衡?！?I2作為溶質(zhì)在兩不互溶液體H2O和CCl4中達(dá)到分配平衡〔凝聚系統(tǒng)。解：〔1C=1,P=2,F=C–P+2=1–2+2=1.〔2C=3–1=2,P=3,F=C–P+2=2–3+2=1.〔3C=3–1–1=1,P=2,F=C–P+2=1–2+2=1.〔4C=3–1=2,P=2,F=C–P+2=2–2+2=2.〔5C=3,P=2,F=C–P+1=3–2+1=2.6.2常見的Na2CO3<s>水合物有Na2CO3?H2O<s>,Na2CO3?7H2O<s>和Na2CO3?10H2O<s>.〔1101.325kPa下,與Na2CO3水溶液及冰平衡共存的水合物最多能有幾種？〔220℃解:〔1C=S–R-R'=2–0–0=2F=C–P+1=2–P+1=3–P≥0,即P-2≤1,那么能與Na2CO3水溶液及冰平衡共存的水合物最多只有一種?！?C=S–R-R'=2–0–0=2F=C–P+1=2–P+1=3–P≥0,即P-1≤2,那么與水蒸氣平衡的水合物最多可能有兩種。6.4單組分系統(tǒng)碳的想吐〔示意圖如附圖所示?！?分析圖中各點(diǎn)、線、面的相平衡關(guān)系及自由度數(shù)；〔225℃〔3增加壓力可以使石墨轉(zhuǎn)換為金剛石。已知石墨的摩爾體積大于金剛石的摩爾體積,那么加壓使石墨轉(zhuǎn)換為金剛石的過程吸熱還是放熱？解：〔1OA線——石墨和金剛石的平衡F=1OB線——石墨和液相碳的平衡F=1OC線——金剛石和液相碳的平衡F=1O點(diǎn)——石墨,金剛石和液相碳的三相平衡點(diǎn)F=0A點(diǎn)——石墨和金剛石的不可區(qū)分點(diǎn)B點(diǎn)——石墨和液相碳的不可區(qū)分點(diǎn)C點(diǎn)——金剛石和液相碳的不可區(qū)分點(diǎn)〔2從相圖上可直接讀得,碳在25℃〔3由克拉佩龍方程：若增加壓力：,即,又有,那么可以得到,那么加壓使石墨轉(zhuǎn)換為金剛石的過程是放熱過程。6.5已知甲苯、苯在90C下純液體的飽和蒸氣壓分別為54.22kPa和136.12kPa。兩者可形成理想液態(tài)混合物。取200.0g甲苯和200.0g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,開始產(chǎn)生氣相,此氣相的組成如何？〔2壓力降到多少時,液相開始消失,最后一滴液相的組成如何？〔3壓力為92.00kPa時,系統(tǒng)內(nèi)氣-液兩相平衡,兩相的組成如何？兩相的物質(zhì)的量各位多少？解：原始溶液的組成為〔1剛開始出現(xiàn)氣相時,可認(rèn)為液相的組成不變,因此〔2只剩最后一滴液體時,可認(rèn)為氣相的組成等于原始溶液的組成〔3根據(jù)〔2的結(jié)果由杠桿原理知,6.6101.325kPa下水<A>-醋酸<B>系統(tǒng)的氣-液平衡數(shù)據(jù)如下。100102.1104.4107.5113.8118.100.3000.5000.7000.9001.00000.1850.3740.5750.8331.000〔1畫出氣-液平衡的溫度-組成圖?！?從圖上找出組成為的氣相的泡點(diǎn)?！?從圖上找出組成為的液相的露點(diǎn)?！?105.0C時氣-液平衡兩相的組成是多少？〔59kg水與30kg醋酸組成的系統(tǒng)在105.0C達(dá)到平衡時,氣-液兩相的質(zhì)量各位多少？解：〔1氣-液平衡的溫度-組成圖為〔2的氣相的泡點(diǎn)為110.3C。〔3的液相的露點(diǎn)為112.7C?！?105.0C時氣-液平衡兩相的組成,?！?系統(tǒng)代表點(diǎn)6.7已知水-苯酚系統(tǒng)在30C液-液平衡時共軛溶液的組成為：L1〔苯酚溶于水,8.75%；L2〔水溶于苯酚,69.9%?！?在30C,100g苯酚和200g水形成的系統(tǒng)達(dá)液-液平衡時,兩液相的質(zhì)量各為多少？〔2在上述系統(tǒng)中若再加入100g苯酚,又達(dá)到相平衡時,兩液相的質(zhì)量各變到多少？解：〔1系統(tǒng)代表點(diǎn),根據(jù)杠桿原理〔3系統(tǒng)代表點(diǎn)6.8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89.7C。氣<G>、液<L1>、液<L2>三相平衡時的組成依次為：70.0%；8.7%；85.0%。今由350g水和150g異丁醇形成的系統(tǒng)在101.325kPa壓力下由室溫加熱,問：〔1溫度剛要達(dá)到共沸點(diǎn)時,系統(tǒng)處于相平衡時存在哪些相？其質(zhì)量各為多少？〔2當(dāng)溫度由共沸點(diǎn)剛有上升趨勢時,系統(tǒng)處于相平衡時存在哪些相？其質(zhì)量各為多少？解：相圖見圖〔?！?溫度剛要達(dá)到共沸點(diǎn)時系統(tǒng)中尚無氣相存在,只存在兩個共軛液相。系統(tǒng)代表點(diǎn)為。根據(jù)杠桿原理〔2當(dāng)溫度由共沸點(diǎn)剛有上升趨勢時,L2消失,氣相和L1共存,因此6.10為了將含非揮發(fā)性雜質(zhì)的甲苯提純,在86.0kPa壓力下用水蒸氣蒸餾。已知：在此壓力下該系統(tǒng)的共沸點(diǎn)為80C,80C時水的飽和蒸氣壓為47.3kPa。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,需要消耗水蒸氣多少千克？解：沸騰時系統(tǒng)的壓力為86.0kPa,因此消耗水蒸氣的量6.12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。指出各相區(qū)的相平衡關(guān)系、各條線的意義并繪出狀態(tài)點(diǎn)為a,b的樣品的冷卻曲線。解：單項(xiàng)區(qū)：1<A+B,液態(tài)溶液,l>4<A+B,固態(tài)溶液,s>二相區(qū)：2<l1+s1>,3<l2+s2>上方曲線,液相線,表示開始有固溶體產(chǎn)生；下方曲線,固相線,表示液態(tài)溶液開始消失。冷卻曲線如圖所示。6.16某A-B二組分凝聚系統(tǒng)相圖如附圖所示?！?指出各相區(qū)的穩(wěn)定相,三相線上的相平衡關(guān)系；〔2繪出途中狀態(tài)點(diǎn)為a,b,c的樣品的步冷曲線,并表明各階段的相變化?！?題目給出的相圖可以看作是由一個共熔型和一個轉(zhuǎn)熔型的二組分固態(tài)部分互熔凝聚系統(tǒng)構(gòu)成,所以一定存在固溶體區(qū),各相區(qū)的穩(wěn)定相已在圖中標(biāo)出。圖中有兩條三相線：mon線：因m,n,o三個點(diǎn)分別與A<s>,B<s>和l三個單相區(qū)相接,故為A<s>,B<s>和l三相共存,其平衡關(guān)系為fed線：