相平衡習(xí)題課

《相平衡》習(xí)題課一、指出下列幾個(gè)系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)C、相數(shù)P和自由度數(shù)F：①N2(g)和O2(g)溶于水，且達(dá)到氣液平衡；

②NH4Cl(s)在一個(gè)容器中部分分解且達(dá)到化學(xué)平衡；

③同②，但在容器中原來已有HCl(g)；

④固態(tài)CaCO3在一個(gè)預(yù)先抽空的容器中部分分解且達(dá)到化學(xué)平衡。解：①C＝3；P＝2；F＝3②C＝1；P＝2；F＝1③C＝2；P＝2；F＝2④C＝2；P＝3；F＝1二、氫醌的飽和蒸氣壓與溫度的數(shù)據(jù)如下：根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算：①氫醌的摩爾蒸發(fā)焓ΔvapHm、摩爾熔融焓ΔfusHm和摩爾升華焓ΔsubHm(假設(shè)摩爾相變焓均與溫度無關(guān))；②氣、液、固三相平衡共存時(shí)的溫度和壓力；③氫醌在500K沸騰時(shí)的外壓p。解：①ΔvapHm＝70.84kJ

mol-1ΔsubHm＝109.0kJ

mol-1ΔfusHm＝ΔsubHm－ΔvapHm＝(109.0kJ

mol-1)－(70.84kJ

mol-1)＝38.17kJ

mol-1②設(shè)三相點(diǎn)的溫度為，三相點(diǎn)的壓力為，在三相點(diǎn)時(shí)有，＝p*(l)＝p*(s)，＝2274.5Pa；＝444.4K③當(dāng)氫醌在500K沸騰時(shí)，pex＝p*(l)，pex＝p*(l)＝19173.2Pa三、下圖是碳的相圖，試根據(jù)該圖回答下列問題：①說明曲線OA、OB、OC三條線的物理意義；②說明O點(diǎn)的物理意義；③碳在25℃、100kPa下以什么狀態(tài)穩(wěn)定存在？④在2000K時(shí)，增加壓力，使石墨轉(zhuǎn)變成金剛石是一個(gè)放熱反應(yīng)，試從相圖判斷兩者的摩爾體積Vm哪個(gè)大？⑤試從相圖上估計(jì)2000K時(shí)，將石墨轉(zhuǎn)變成金剛石需要多大壓力？解：①OA線：碳的石墨晶型與金剛石晶型的兩相平衡線；OB線：碳的石墨晶型與液態(tài)碳的兩相平衡線；OC線：碳的金剛石晶型與的兩相平衡線。②O點(diǎn)：碳的石墨晶型、金剛石晶型與液態(tài)碳的三相平衡點(diǎn)。③碳在25℃、100kPa下最穩(wěn)定狀態(tài)：石墨晶型。④由于OA線的(dp／dT)＞0，并且石墨轉(zhuǎn)變成金剛石的＜0，根據(jù)克拉佩龍方程必定有

＜0，即Vm(石墨)＞Vm(金剛石)。⑤從相圖上估計(jì)2000K時(shí)，將石墨轉(zhuǎn)變成金剛石需要p＝5×108Pa四、A、B二組分系統(tǒng)在恒壓下的氣液平衡相圖如下右圖：①表明各相區(qū)及自由度數(shù)；②試說明a、b、c、d、e點(diǎn)溫度的意義及自由度數(shù)；③將xB=0.3的溶液升溫，問剛開始出現(xiàn)氣相的組成是什么？④當(dāng)系統(tǒng)點(diǎn)為O時(shí)，試在相圖上作輔助線，指出有幾相平衡共存，各相的組成及相對(duì)數(shù)量。解：①②③④五、苯酚(A)的熔點(diǎn)40℃，

-萘胺(B)的熔點(diǎn)50℃。該凝聚系統(tǒng)的相平衡數(shù)據(jù)如下：A和B形成一個(gè)等分子的相合熔點(diǎn)化合物，其熔點(diǎn)為28℃；xB=0.25為一個(gè)低共熔混合物，其低共熔點(diǎn)為17℃；xB=0.65為一個(gè)低共熔混合物，其低共熔點(diǎn)為23℃。①畫出該系統(tǒng)的相圖；②表明各相區(qū)，并指出其自由度數(shù)；③指出三相線及自由度數(shù)；④畫出xB=0.60溶液的冷卻曲線；⑤今有1kg上述混合物加熱，冷卻后最多能得到多少純化合物。解：①③②設(shè)A和B形成一個(gè)等分子的相合熔點(diǎn)化合物C。三相線：和，條件自由度數(shù)f’均為0。③④⑤MA＝94.11g

mol-1，MB＝143.18g

mol-1n×(0.4×94.11＋0.6×143.18)g

mol-1＝1000gn＝8.094mol根據(jù)杠桿規(guī)則，設(shè)析出C的物質(zhì)的量為xmol：(0.6－0.5)×x＝(0.65－0.6)×(8.094－x)x＝2.698w＝2.698mol×(94.11＋143.18)g

mol-1/2

＝320.1g①列表填寫1至9各相區(qū)的相數(shù)、相的聚集態(tài)及成分和條件自由度數(shù)；

②以下各點(diǎn)(e點(diǎn)、f點(diǎn)和g點(diǎn))的物理意義；

③將p點(diǎn)和q點(diǎn)的冷卻曲線畫在右圖中。六、二元凝聚系統(tǒng)的熔點(diǎn)－組成圖如下。請(qǐng)根據(jù)相圖：pq②e點(diǎn)：相合熔點(diǎn)化合物A2B的熔點(diǎn)；f點(diǎn)：相合熔點(diǎn)化合物A2B、不相合熔點(diǎn)化合物AB2和液態(tài)低共熔混合物的相點(diǎn)；g點(diǎn)：不相合熔點(diǎn)化合物AB2的轉(zhuǎn)熔反應(yīng)的液態(tài)混合物的相點(diǎn)；③

七、

右圖是A，B二組分凝聚系統(tǒng)定壓相圖。（1）

列表標(biāo)明各區(qū)存在的相態(tài)及成分；（2）

用步冷曲線標(biāo)明圖中a，b

兩點(diǎn)所代