多相平衡習(xí)題及答案

1、 第五章多相平衡、填空題 TOC o 1-5 h z 1、 一定溫度下，蔗糖水溶液與純水達到滲透平衡時的自由度數(shù)等于。2、 純物質(zhì)在一定溫度下兩相共存時的自由度數(shù)等于。3、 NaCI(S)和含有稀鹽酸的 NaCI飽和水溶液的平衡系統(tǒng)，其獨立組分?jǐn)?shù)是。4、設(shè)下列化學(xué)反應(yīng)同時共存時并達到平衡(900-1200K):CaCO3 s ACaO s CO2 gCO2 g H2 g 二CO gH2O gH2O g CO g CaO(s)二 CaCO3(s) H2 g TOC o 1-5 h z 則該系統(tǒng)的自由度數(shù)為。5、 含KNO和NaCI的水溶液與純水達到滲透平衡時，其組分?jǐn)?shù)為，相數(shù)為,自由度數(shù)為。6、

2、 在氫和石墨的系統(tǒng)中，加一催化劑，Hz和石墨反應(yīng)生成 n種碳氫化合物，此系統(tǒng)的獨立組分?jǐn)?shù)為。7、 完全互溶的雙液系中，在Xb=0.6處，平衡蒸氣壓有最高值，那么組成為Xb=0.4的溶液在氣液平衡時，xb (g)、xb (l )、xb(總)的大小順序為。將xb=0.4的溶液進行精餾時，塔頂將得到。8、 對于滲透平衡系統(tǒng)，相律的形式應(yīng)寫成。9、 NHCI固體分解達到平衡時，NH4CI(s)=HCI (g)+NH3(g)，系統(tǒng)的獨立組分?jǐn)?shù)為，自由度為。10、 將AlCl 3溶于水中，全部水解，生成Al(OH) 3沉淀，此系統(tǒng)自由度數(shù) f=。11、 已知100oC時水的飽和蒸氣壓為 101.325KP

3、a,用公式可求出25C時水的飽和蒸氣壓。二、單選題1、右圖為 HzOA.-(NH4)2SQB.的沸點-組成圖。如何從wb=0.4的溶液中提取較多的精制(NH4) 2SQ 固體?()降溫至-18.3 C以下在密閉容器中平衡蒸發(fā)在敞開容器中定溫蒸發(fā)再降溫至-18.3 C以上先蒸發(fā)一部分水份，再降溫至-18.3 C以下2、如右圖所示，當(dāng)水處在三相點平衡時，若系統(tǒng)發(fā)生絕熱膨脹，水的相態(tài)將如何變化?（）氣相、固相消失，全部變成液態(tài)；氣相、液相消失，全部變成固態(tài)；液相消失，固相、氣相共存；固相消失，液相、氣相共存3、對簡單低共熔體系， 在最低共熔點，當(dāng)溫度繼續(xù)下降時，體系存在（）一相 B. 二相 C.一相

4、或二相D. 三相4、 已知純A和純B的飽和蒸氣壓pA* Na+、NO-及SQ2-離子的不飽和水溶液，其組分?jǐn)?shù)K為4。()2、 在101325KPa的壓力下，I 2在液態(tài)水和CCI4中達到分配平衡(無固態(tài)碘存在)，則該系統(tǒng) 的自由度數(shù)為f=1。() TOC o 1-5 h z 3、 恒沸混合物與化合物一樣，具有確定的組成。()4、 由CaCO(s)、CaO(s)、BaCO(s)、及CQ (g)構(gòu)成的平衡物系的自由度為0。()5、FeCI3 和 HbO能形成 FeCb 6HO 2FeCb 7HO 2FeCb 5HO FeCb 2H2O四種水合物，在恒壓下，最多可能平衡共存的相數(shù)為4。()6、 共沸

5、物是混合物，而不是化合物，其組成隨壓力改變而改變。()7、 克拉貝龍議程dPHm適用條件是多組分的多相平衡系統(tǒng)。()dTT 也 Vmdp 也h8、 克拉貝龍議程-，其壓力隨溫度的變化率一定大于0。()dTT 也 Vm9、 相律是熱力學(xué)中基本定律之一，它適用于任何宏觀系統(tǒng)。()10、 具有最低沸點的 A和B二組分系統(tǒng)，恒沸物為 C,精餾后的殘液是 Co ()六、證明題1、 試證明液體的飽和蒸氣壓psat隨外壓力p的變化符合下列關(guān)系：din Psat/Pa _Vm Idp 一 RT并估計一般液體的飲和蒸氣壓隨外壓力的變化率大不大。2、試根據(jù)：d H H dT 丄 dp-:T p _ ；p T推導(dǎo)出

6、單組分系統(tǒng)兩相平衡變熱H隨溫度變化的關(guān)系式一一普郎克方程：dTT_:Tp3、試證明物質(zhì)兩相平衡時的平衡壓力隨溫度的變化率dP _ . HmdT t ：Vm七、計算題1、水在298K時的蒸氣壓為3.17kPa,其正常沸點為373.2K，試計算水在該溫度范圍內(nèi)的 平均摩爾蒸發(fā)熱。2、 萘在其正常熔點353.2K時的熔融熱為150J g -1，若固態(tài)萘的密度為1.145gcm -3,而液態(tài)萘為0.981 g m -3是計算萘的熔點隨壓力的變化。3、固態(tài)SQ的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式為log（p/p 0 ）=-1871.2/T+7.7096液態(tài)SO2的蒸氣壓隨溫度的關(guān)系式為log（p/p 0 ）=-142

7、5.7/T+5.4366試求（A）固態(tài)液態(tài)與氣態(tài) SO2共存時的溫度與壓力；（B）在該溫度下的固態(tài) SC2的摩爾熔融熱。4、 苯酚-水體系在60 C時，分為兩個液相，第一相含酚16.8%（質(zhì)量），第二相含水44.9%（質(zhì) 量）。如果該體系中含有 90g水和60g本酚，則各相質(zhì)量是多少 ？5、 在含80%質(zhì)量）苯酚的100g水溶液中需要再加多少水，才能使溶液變混濁？（水-苯酚兩 相平衡時水相含酚 16.8%，酚相含水44.9%）。6、 苯胺-水體系在100C時，分兩個液相，水相含苯胺7.2%，苯胺相含苯胺91.6%, 50g水與多少克苯胺含合，使水相為49.3g?7、乙酰乙酸乙酯（CHCOCHD

8、OOCfc）是有機合成重要試劑，它的蒸氣壓方程為p=-2588/T+B。其中p的單位為Pa。此試劑在正常沸點181 C時部分分解，但在 70C是穩(wěn)定的。用減壓蒸餾法提純時，壓力減小到多少Pa?并求該試劑的摩爾氣化熱與正常沸點的摩爾氣化熵。8、 70 C時，CH4的蒸氣壓為 82.8kPa , 80 C時為112.4kPa ,計算： CH 4的摩爾氣化熱； (2)正常沸點。9、 乙醚在正常沸點 34.66 C時的氣化熱為 360.2 J g1，求：(1)壓力為98.7 kPa時的沸 點；(2)溫度為36.6 C時的蒸氣壓。10、 在熔點附近的溫度范圍內(nèi)，TaBr3固體和液體的蒸氣壓方程分別為：l

9、gp=14.70-5650/T (固體);lgp=10.30-3265/T ( 液體)求：(1)三相點的溫度和壓力；(2)三相點的摩爾升華熱、氣化熱、熔化熱。11、 有一水蒸氣鍋爐，耐壓1524kPa，問此鍋爐加熱到什么溫度有爆炸的危險？已知水的氣 化熱為2255J g-1，并看作常數(shù)。12、100C時水的氣化熱為 2255 J g-1，求水的蒸氣壓隨溫度的變化率。13、 在101325kPa下，正丁醇沸點為 117.8 C,氣化熱為591.2 J g-1，問在100kPa時的沸 點是多少？14、 固態(tài)氨的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系有：ln (p/Pa)=27.92-3754/(T/K)液態(tài)氨的飽

10、和蒸氣壓與溫度的關(guān)系為：In c(p/Pa)=24.38-3063/(T/K)試求氨的三相點的溫度與壓力。15、 (NHk)2SQ20C時在水中的溶解度為 43.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))?，F(xiàn)將純度為94%勺粗鹽100g溶 于100g水中，然后降溫至 20C，得到多少結(jié)晶？16、固態(tài)苯和液態(tài)苯的蒸氣壓與溫度的關(guān)系分別如下：lg p s/Pa 1-11.971 -2310ktlg p l /Pa 1=10.097 -1784KT求：(1)苯的三相點溫度及三相點的蒸氣壓；(2)苯在三相點時的熔化焓及熔化熵。八、綜合題1、試將下列銀-錫的相圖中各區(qū)、 線、點的情況加以標(biāo)明， 并說明含錫40%的熔融物在冷卻 過

11、程中的情況，且畫出其相應(yīng)的步冷曲線。Ag與Sn的化合物為Ag3Sn。2、試根據(jù)上題相圖，估計（a ）在1173K時，Ag在液態(tài)Sn中的溶解度，以及與液相平衡的固態(tài)溶液中Sn的溶解度；（b）在773K時，體系中能否存在 Ag3Sn?（c） 在673K時，飽和液態(tài)溶液中含銀 % ?;若折算成Ag3Sn的百分率為多少？（1）標(biāo)明各區(qū)域相態(tài);3、圖為Sb-Cd的溫度一組成圖,（2）確定物系形成化合物的組成;（3）確定該化合物的化學(xué)式（4、圖為鄰硝基苯（A）和對硝基苯（B）物系的T-X（ 1）標(biāo)明各相區(qū)存在的相和自由度數(shù)（2）物系點為X,若降溫，先析出何物？5、圖是A, B兩化合物的等壓固液相圖。請指出

12、:1) N, P, Q各點的相態(tài)及相數(shù)并說明這些點所代表的意義;2)由d點降溫到y(tǒng)點過程中系統(tǒng)相態(tài)的變化情況。RS6、如圖所示的是鹽 MX和它的水合物溶解度相圖，標(biāo)出各相區(qū)的相態(tài)。7、水的相圖如下，敘述點K代表的物系在等溫降壓過程中的狀態(tài)，相數(shù)及自由度數(shù)的變化。CBA8、某二組分凝聚系統(tǒng)相圖如圖所示。圖中標(biāo)出各區(qū)域的穩(wěn)定相；指出圖中三相線及對應(yīng)的平衡物質(zhì)；分別繪出系統(tǒng)由a點和b點降溫時的冷卻曲線，并簡述其相變化和自由度變化。WB F9、下圖為H2O-NH4CI的溫度-組成圖。根據(jù)相圖回答下列問題:(1 )若一溶液冷卻到 268K時開始析出冰，問 750g該溶液含有多少克 NH4CI ?若冷卻該

13、溶液，最多可析出多少克純冰？將15%NH4CI水溶液冷卻到268K可得多少冰？將100g25%的NH4CI水溶液冷卻到263K，此時系統(tǒng)共有幾相， 各相的濃度和質(zhì)量 各為多少？第五章多相平衡答案一、填空題1、2 2、0 TOC o 1-5 h z 3、24、35、3;2:46、27、xb（ g） xb（總）x b（ I） x b=0.6 恒沸混合物8、f = k 亠 39、1;110、211、InpP1rHm_ 丄T1T2 、單選題1234567891011CCBDBCCCABD1213141516171819202122BACBBABABAC2324252627282930313233ABC

14、CDDDCBCD3435AD三、多選題12345678910BEADCDCDBEAEDEADBDBC111213141516171819BCBDAEBCDEBCBEADDE四、簡答題1根據(jù)相律其自由度 f=1-3+2=0，即說明該體系的組成，溫度與壓力均不任意改變，即確定為 c（也0） =1，T=273.16K，p=611Pa2、 從水的相圖可知，將水汽升溫超過647.2K后在加壓超過2.2 X 107Pa,然后再降溫降壓變 可不經(jīng)過兩相平衡態(tài)將水汽轉(zhuǎn)變成液態(tài)水3、 將體系冷卻到413K時,便有固相出現(xiàn)，但析出的固體成分與液相成分相同，液相組成不 變,f=0,溫度不變，步冷曲線出現(xiàn)平臺，直至全

15、部凝固溫度下降所以步冷形狀與純 Bi及 純Cd的相同.4、 將體系加熱熔化（563K）,再使其緩慢冷卻，（攪拌使液相組成均勻），當(dāng)體系冷到物 系點與BC線相交處有純 Cd析出，到413K時，可以分離出純固態(tài) Cd.但不能把Cd全部 分離出來，因為到413K時Cd與Bi成最低共熔物（含 Cd 40 %）析出經(jīng)計算可知最多 能有66.7 %的Cd可以分離出來5、（a）不考慮水解，C = 2（ NaPQ、H2OF = 2f = 2-2+2 = 2 （T, p , x任兩個）（b） AICI 3 + H2O = AI（OH） 3 + HClR= 0F = 2f =(4-1-0 ) -2+2 = 3(

16、T , p 和 x )6、270K的過冷水較冰不穩(wěn)定，過冷水的化學(xué)勢高。 270K過冷水的飽和蒸汽壓 p 1冰的飽和蒸汽壓 p2 TOC o 1-5 h z P2P2 RTP2G -已-叫=:i Vdpdp =2.70 8.314 ln 2 : 0 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document P1P1 ppi過冷水會自發(fā)地結(jié)冰7、 水的相圖中，冰、水、水蒸氣三相共存的相平衡點稱為水的三相點。冰點則是在101.325KPa壓力下被空氣飽和了的水的凝固點，主要區(qū)別如下:系統(tǒng)溫度系統(tǒng)壓力平衡相護f三相點0.01 oC0.610KPash=g30(273.16k

17、)冰點0.6 oC101.325KPas=121(273.15)(外壓)8、( 1)C=1( HO) TOC o 1-5 h z R=0R=0K=C-R-R=1=2 (氣液)f=K- +1=1-2+1=0 無變量C=1( HO)R=0R=0K=C-R-R=1=2 (氣、液)f=K- +2=1-2+2=1 變量為溫度或壓力C=3 (12、HO CCl4)R=0 R=0K=C-R-R=3=2 （液、液）f=3-2+仁2變量為溫度T或I2在其中一個液相中的濃度。（4）C=3（H、N2、NH）R=1 R=0K=C-R-R=2=1f=K- +2=2-1+2=3 變量為溫度T,壓力P和任意一種物質(zhì)的濃度。

18、9、殘留液為恒沸物 C,不管A和B兩物的含量各為多少，但10、如圖所示作一條輔助線K點：液相，=1，f=C-+1=2a 點：固、液兩相平衡，=2，f=1b點：固相，=1，f=2c 點：固、氣兩相平衡，=2，f=1d點：氣相，=1，f=211、 由壓力-組成圖，B物質(zhì)的飽和蒸氣壓高于 A物質(zhì)，故在 溫度組成圖中，A物質(zhì)的沸點高于 B物質(zhì)，并且圖中出現(xiàn) 一最高點（對應(yīng)于壓力-組成圖中的最低點），具有該點組 成C的混合物稱恒沸混合物，對應(yīng)的溫度稱最高恒沸點。若液態(tài)混合物組成落在 B，C之間，則經(jīng)餾后，在塔頂能 得到純物質(zhì)B;若液態(tài)混合物組成落在 A，C之間，則經(jīng) 精餾后，在塔頂能得到純物質(zhì)A,都不能

19、同時得到兩個純組分。12、物種數(shù) S=4（ NHHS NHCI，H，N2）R=1（n（H2）：n（N 2）=3:1）,R=0,=3（兩固相，一氣相）C是最高沸點，最后留下 C物。所以：K=S-R-R=3，f=K- +1=113、相圖如下，0為三相點。6鋼瓶中的CO (298K, 6.4 X 10 Pa),為OC線上的D點，即氣液共存。迅速打開閥門，壓力驟減至1 x l05Pa,系統(tǒng)絕熱膨脹降溫，有部分CO(g)直接轉(zhuǎn)化為CO(s)， 在相圖上即B點(105Pa, -78 C)。實驗室中制備干冰就是根據(jù)這一原理。 若緩慢打開閥門，系統(tǒng)恒溫蒸發(fā)，當(dāng)CO(g)的流量不大時，出來的應(yīng)為CO(g), 系

20、統(tǒng)由D點至F點。 CO(I )存在的條件：t : -56.6 C31.3 C ; p： 5.18 X 105Pa7.4 X 106Pa。13題圖14、(1) K=S-R-R / =8-4-1=3f=K- +2=3-3+2=1(2) K=S-R-R / =7-2-1=4f=K- +2=4-4+2=215、K=2(最|大)=3當(dāng)壓力疋時 f=K-+1據(jù)題意f=2-+1=0 共有5個共熔點五、判斷題12345678910XXXVXVXXXX六、證明題1、證明：設(shè)液體在溫度T、外壓力P下與氣相呈平衡，其飽和蒸氣壓力為 psat，當(dāng)外壓力由P變到p+dp 9、 解: (4) 時，兩相又達新的平衡，蒸氣壓

21、變?yōu)镻sat + dpsat,即：液（T, P）氣（T Psat ）| dG（l）dG（g）液（T, p+dp）竺衛(wèi)r 氣（T, Psat+d Psat ）dG I T = dG g T即 Vm I dp 二Vm g dPsatdpsat V m dp - RT由于Vm（l） Vg）,所以dpsat/dp出0%0.449設(shè)再加入水為 xg,貝U 100(1-0.8)+x/100(1-0.8)+x+100X 0.80.449解之，得x45.2g6、解：設(shè)加入苯胺xg,則體系的總組成含苯胺x/(50+x)，根據(jù)杠桿規(guī)則：49.3/(50+x)-49.3=0.916-x/(50+x)/x/(50+x

22、)-0.072解之，得：x=51g7、解：據(jù)題意求出 B。B=10.704當(dāng) T=343.2K 時，求出 p。 p=1456Pa將蒸氣壓方程與克-克方程：lnp= vapH?/2.303RT+B比較，得-1vapH=49553J mol? -1 -1vapSn=109.1 J K mol8、解：?ln(p 2/p 1)= vapHn(T2-T1)/(2.303RT 1T2)?vap Hh =30796J? -1 -1/ vapHh/Tb=88 J K mol T2=30796/88=350KIn(p 2/p 1)= vapHn(T2-Ti)/(2.303RT 1T2) Tb=307.1Kln(

23、p 2/101.3)=360.2 X 74(309.8-307.9)/(2.303X 8.314 X 307.9 X 309.8)p2=108x 103Pa=108 kPa TOC o 1-5 h z 10、解：在三相點，固液兩相的蒸氣壓相等，故將上述二方程聯(lián)立，求解得：T=542.0Kp=18865Pa 將上述兩方程與克-克方程比較，得： sgH=108181 J mol-1?-1vapH=62515 J mol?-1fus Un =45666 J mol11、解：ln(p 2/p 1)= vapH?(T2-T1)/(2.303RT 1T2)ln(1520/101.3)=2255X 18(T

24、 2-273)/(2.303 X 8.314 X 373T2)T2=471K12、解：? 2dp/dT= vapfp/RT2-1dp/dT=2255 X 18X 101325/(8.314 X 373.2 )Pa K-1dp/dT=3552Pa K13、解：?ln(p 2/p 1)= vapH?(T2-T1)/(2.303RT 1T2)ln(100/101.325)=591.2X 74(T2-391)/(2.303X 8.314 X 391T2)T2=390K14、解：三相點的壓力：三相點溫度時 NH(I)和NH(s)的蒸氣壓。所以三相點的溫度和壓力即為上兩 方程聯(lián)立之后的解。解之，得：T=1

25、95.2K3p=5.93 X 10 Pa15、解：溶液的組成為：100X 94%/(100+100)=0.47 根據(jù)杠桿規(guī)則： m(0.47-0.43)=m s(1-0.47)即(200-ms) X 0.04=msX 0.53 m s=14.0g，固析出晶體 14.0g。16、解:三相點時，p(s)=p(l)即 11.971-2310K/T=10.097-1784K/T解得 T=279.2K將T代入上述任一蒸氣壓與溫度的關(guān)系式中，得P=4977Pa由克-克方程 lg P _ _ * H m亠C并對此題給關(guān)系式，有1 1：subH m = 2.303 8.3142310kJ mol-=44.23

26、kJ mol -1 1AvapH m =2.303x8.314x1784kJ mol =34.16J mol故 fusHmsubHm- vapHm = 10.07kJ mol匚 fusSm = : fusH m / T = 36.07J K J mol1八、綜合題1、解:2、解:(a)在1173K時，Ag在液態(tài)Sn中溶解度約90%，固態(tài)溶液中約含 Sn3%(b) 773K時，不能存在 Ag3Sn(c) 673k時，飽和溶液中含銀約 30%換算成Ag3Sn的百分率為(3 X 108+118)/3 X 108 X 30%=40.9%3、解：在相圖上標(biāo)明0.580l+CdSb 2Cd34、解:正確標(biāo)明各區(qū)相和自由度數(shù)。I區(qū)：溶液，f*=2 ;n 區(qū)：溶液 +a(s), f*=i ；川區(qū)：溶液+B(s) , f*=1 ;W區(qū)：A(s)+ B(s) , f*=1 。先析出B (對硝基苯)5、解:(1)A和B會形成不穩(wěn)定化合物 T。N, P, Q各點的相態(tài)，相數(shù)及這些點所代表的意義列于F表:占八、相點相數(shù)點所代表的意義NLn+A ( S) +T ( S)3A與T的