第四章-相平衡習(xí)題

1、第四章 相平衡習(xí)題1. 指出以下平衡系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)、自由度數(shù)各為多少？(1) NH4CI(S)局部分解為 NH3(g)和 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)和HCI(g)丨濃度相等 組分?jǐn)?shù) K=S-R-R'=3-1-1=1相數(shù)？ = 2固相和氣相兩相自由度 f=k-?+2=1-2+2=12) 假設(shè)上述體系中額外再參加少量的 NH3g 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)和HCI(g)丨不能建立濃度關(guān)系 組分?jǐn)?shù) K=S-R-R'=3-1-0=2 相數(shù)？ = 2固

2、相和氣相兩相自由度 f=k-?+2=2-2+2=2(3) NH4HS(S)和任意量的NH3(g)及H2Sg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)？ = 2固相和氣相兩相自由度 f = k -? + 2 = 2 - 2 + 2 = 2(4) C(S)、COg、CO2(g)、O2(g)在 373K 時到達平衡CO2+C?2CO 那么 R = 2,而不是等物種數(shù)S=4,存在下面的化學(xué)平衡式：C+O2 ?CO 22C+O2 ? 2CO2CO+O2 ? 2CO2實際上后面兩個化學(xué)式都可以通過前面兩個

3、平衡式獲得, 于 4。無濃度限制條件, R'= 0,那么：K = S-R - R'= 4 -2 = 2相數(shù)？ = 2固相和氣相兩相 由于有溫度條件限制,所以自由度為 f = K-? + 1 = 2 -2 + 1 = 12. 在水、苯和苯甲酸的體系中, 假設(shè)指定了以下事項, 試問系統(tǒng)中最多可能有幾 個相,并各舉一例。 1 指定溫度;K = S -R -R'S,= 3, R = R' = 0那么, K = 3f = K - + 1 = 4 -f = 0時，=4,體系最多有四相，如氣相、苯甲酸固體、苯甲酸飽和水溶液 和苯甲酸飽和苯溶液。2指定溫度和水中苯甲酸的濃度;K

4、 = S -R -R'S,= 3, R = 1， R' = 0那么, K = 2f = K - + 1 = 3 -f = 0時，=3,體系最多有三相，如氣相、苯甲酸飽和水溶液和苯甲酸飽和 苯溶液。3指定溫度、壓力和苯中苯甲酸的濃度。K = S -R -R' S= 3, R =1, R' = 0那么 K = 2f = K -=2 -f = 0時，=2 ,體系最多有兩相，如苯甲酸飽和水溶液和苯甲酸飽和苯溶液。3試指出下述系統(tǒng)的自由度數(shù)、女口 f卻,那么指出變量是什么？(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，那么f =

5、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，那么f = K-? + 2 =1 -2 + 2=1體系為單變量體系，變量是溫度或壓力中的任一個(3)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，12在水中和CCI4中分配已達平衡，無|2(S)存在組分?jǐn)?shù) K = S = 3相數(shù) ?=2，指定壓力，那么：f = K-? + 1=3 -2 + 1=2體系為雙組分變量，變量為溫度和I2在水或CCI4中的任一個濃度。4NH3、H2、N2三種氣體已達平衡組分?jǐn)?shù) K = S -R - R' = 3 - 1 = 2f = K-? + 2=2 -1 + 2

6、 = 3 體系為多變量體系，變量為溫度、壓力和某種物質(zhì)濃度。(5) 在標(biāo)準(zhǔn)壓力p9下，NaOH水溶液與H3PCH水溶液混合后；S = 6, R = 3, R'= 0, K = S-R-R'= 3, ? = 1f = K-? + 1=3 -1 + 1=3體系為多變量體系，變量為溫度、 NaOH濃度和H3PO4濃度。(6) 在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，H2SO4水溶液與H2SO4?H2O(S)已達平衡。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)的反響)，R' = 0那么K = S-R - R'= 3 -1

7、 = 2相數(shù)？ = 2,硫酸水溶液和固體H2SO4?H2O，指定壓力，貝Uf = K-? +1=2 -2 + 1=1體系為單變量體系，變量為溫度。4. 圖為硫的相圖1寫出圖中各線和點代表哪些相的平衡；2表達體系的狀態(tài)由X在恒壓下加熱至丫所發(fā)生的變化。答：硫有單斜硫固和正交硫固二種晶型，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，因而在硫的相圖中出現(xiàn)了四個三相點：B、C、F、E。1三相點：B,正交、單斜和氣相；C,單斜、氣相和液相；F,正交、單斜和 液相；E,正交、液相和氣相。兩相平衡線：AB，正交和氣相；BC單斜和氣相；CD氣相和液相；FC,單斜和 液相；GF正交和液相；BF,正交和單斜

8、；BE,正交和單斜；CE,液相和單斜；EF, 正交和液相。2從X到丫先正交硫的恒壓升溫過程至 BF兩相平衡線上，然后為單斜硫的 恒壓升溫過程至CF兩相平衡線上，最后為液相硫的恒壓升溫過程。5. 氯仿的正常沸點為外壓為101.325kPa，試求氯仿的摩爾蒸汽熱及 313K時 的飽和蒸汽壓。解：由特魯頓規(guī)那么知：Hm 88Tb88 334.629.445kJ/mol2旦(丄P1 R, p22944511 、ln -()101.325 8.314334.6313p2 49kPa6. 今把一批裝有注射液的安培放入高壓消毒鍋內(nèi)加熱消毒，假設(shè)用kPa的水蒸氣進行加熱，問鍋內(nèi)的溫度有多少度？AvapHm =

9、 kJ/mol解：根據(jù)克-克方程:InP2P1.151.99406701In(101.325 8.314 373.15T2385K112°C7. 某有機物的正常沸點為 530K,從文獻查得：壓力減至 kPa時，它的沸點為 313K,問此有機物在1.33 kPa時的沸點是多少？假定363-503K范圍內(nèi)溫度對 氣化熱的影響可以忽略解：注：正常沸點時對應(yīng)的飽和蒸汽壓為pe.InP2H 仃2 Ti)PiRT2T1,0.267 H (363 503) In101.325 8.314 363 503H 64.4kJ / mol,1.3364.4 1 03(T2503)ln101.325 8.3

10、14 503T2T2392.6K8. 氫醌的蒸汽壓實驗數(shù)據(jù)如下： 固二氣液二氣溫度/K壓力/ kPa求1氫醌的升華熱、蒸發(fā)熱、熔化熱設(shè)它們均不隨溫度而變；2氣、液、固三相共存時的溫度與壓力；3在500K沸騰時的外壓。解：ln P2P1(1)根據(jù)克-克方程:1.3334 升華 Hm (11)0.13338.314 (405.5 436.6)升華 Hm 109.0kJ/molln匹 蒸發(fā)Hm (丄丄)P1RT1 T2I 13.334蒸發(fā) H m1ln蒸發(fā)巴(一5.33278.314465.1蒸發(fā) Hm 70.83kJ / mol熔化H m=升華 Hm蒸發(fā) Hm=38.17kJ / mol(2)設(shè)三

11、相共存時的溫度為T,壓力為p,那么: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=444.9Kln£P1ln亠摯(丄丄)5.33278.314 465.1 500得：p=19.1kPa9. 為了降低空氣的濕度，讓壓力為 p B的潮濕空氣通過一冷卻至 248K的管道， 試用以下數(shù)據(jù)，估計在管道出口處空氣中水蒸氣的分壓。水在283K和273K時的蒸汽

12、壓分別為1.228和0.6106KPa, 273K時冰的熔化熱為333.5kJ/kg 假定 所涉及的熱效應(yīng)都不隨溫度而變。當(dāng)此空氣的溫度上升到293K時壓力仍為p 9,問這時空氣的相對濕度為假設(shè)干？解：潮濕空氣中的水蒸氣，先從氣相變?yōu)橐合?，再由液相變?yōu)楣滔?，知道冰的?化熱，不知水的相變熱，由克克方程：,1.228 vapH .11、ln()0.61068.314273283vapH m 44.93kJ / molsubHvapHfus H44.93 333.5 0.018 50.93kJ/mol設(shè)248K時冰的飽和蒸汽壓為p2,那么根據(jù)克克方程:,p250930 11、In(/0.61068

13、.314 273248P20.064kPa設(shè)293K時水的飽和蒸汽壓為P2',那么根據(jù)克克方程:,P24493011、In -()0.61068.314 273293p22.35kPa0.064相對濕度為:2.35100%2.72%10. 兩個揮發(fā)性液體 A和B構(gòu)成一理想溶液，在某溫度時溶液的蒸汽壓為 54.1kPa，在氣相中A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.45，液相中為0.65,求此溫度下純A和純 B的蒸汽壓。解：根據(jù)道爾頓分壓定律和拉烏爾定律：PaPaXay P總Xa0=37.45kPa0.65PbPbXbYbP總pB=込二(1 °.45)5485.01kPa Xb1 0.6530%W

14、/W的甲苯，在303K時純甲苯和純苯的蒸汽壓分別為和 液為理想溶液，問303K時溶液的總蒸汽壓和分壓各為假設(shè)干？ 解：0.3x甲苯=92=0.267，乂苯=1-0.267 = 0.7330.3 + 0.79278P 甲苯=P 甲苯 x甲苯=4.87 0.267=1.3kPap 苯=P 苯 x= 15.760.733=11.55kPa卩總=p甲苯+ p苯=12.85kPakPa,設(shè)該溶解:1設(shè)318K時，A、B的飽和蒸氣壓分別為pa*、pb*，那么有：14.液體A與液體B可形成理想溶液，液體A的正常沸點為338K-1。由2 mol A和8 mol B形成的溶液在標(biāo)準(zhǔn)壓力下的沸點是 318K。將x

15、b= 0.60的溶液置于 帶活塞的氣缸中，開始時活塞緊緊壓在液面上，在318K下逐漸減小活塞上的壓力。求：1出現(xiàn)第一個氣泡時體系的總壓和氣泡的組成；2在溶液幾乎全部汽化，最后僅有一滴液滴時液相的組成和體系的總壓。ln Pa*35000( 1 丄)101.3258.314 (338318)Pa*46.41kPa由 p = pA*XA + pB*xB =101.325, XA, XB=0.8,得 pB*出現(xiàn)第一個氣泡時，液相的組成近似為原溶液的組成，即xa = 0.4, xb = 0.6，那么:YaPaP總46.41 0.446.41 0.4 115.05 0.60.2118Yb1 0.2118

16、0.7882卩總=Pa * Xa Pb * x B=87.61kPa2當(dāng)溶液幾乎全部氣化，最后僅有一小滴液體時，氣相的組成與原溶液的組成相同，即：yA = 0.4, y =Pa * Xa那么有：Ia空解得：xA 0.6230, xB 0.3770yB Pb*XbP總體系的總壓：p 46.41 0.623072.28kPa0.415.水和乙酸乙酯是局部互溶的，設(shè)在時，兩相互呈平衡，其中一相含有 6.75 % 酯，而另一相含水3.79 %都是重量百分比濃度。設(shè)拉烏爾定律適用于各相的 溶劑，在此溫度時純乙酸乙酯的蒸汽壓是22.13kPa，純水的蒸汽壓是6.40kPa。試計算：1酯的分壓；2水蒸氣分壓；3總蒸汽壓。解：(1酯相：3.79x?尸 3 791896 2 =0.161 溝尸10.161=0.8397F +卩酯=p酯x酯=22.13 0.839=18.56kPa水相：6.75xw=88=0.0146, x水=1 0.0146=0.98546.75 + 93.2588 18卩水=PzkX水=6.4 0.9854=6.31kPa卩總=p酯+ p水