大学物理化学5相图课后习题及答案Word下载.docx
《大学物理化学5相图课后习题及答案Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理化学5相图课后习题及答案Word下载.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
3硫酸与水可形成H2SO4⋅H2O（s），H2SO4⋅2H2O（s），H2SO4⋅4H2O（s）三种水合物，问在101325Pa的压力下，能与硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少种？
（A）3种；
（B）2种；
（C）1种；
（D）不可能有硫酸水合物与之平衡共存。
4将固体NH4HCO3（s）放入真空容器中，恒温到400K，NH4HCO3按下式分解并达到平衡：
NH4HCO3（s）===NH3（g）+H2O（g）+CO2（g）系统的组分数C和自由度数f为：
（A）Ｃ＝2，f＝2；
（B）Ｃ＝2，f＝2；
（C）Ｃ＝2，f＝0；
（D）Ｃ＝3，f＝2。
5某系统存在C（s）、H2O（g）、CO（g）、CO2（g）、H2（g）五种物质，相互建立了下述三个平衡：
H2O（g）+C（s）
H2（g）+CO（g）
CO2（g）+H2（g）
H2O+CO（g）
CO2（g）+C（s）
2CO（g）
则该系统的独立组分数C为：
（）。
（A）3；
（B）2；
（C）1；
（D）4。
三、计算题
习题1
A，B二组分在液态完全互溶，已知液体B在80︒C下蒸气压力为101.325kPa，汽化焓为30.76kJ·
mol-1。
组分A的正常沸点比组分B的正常沸点高10︒C。
在101.325kPa下将8molA和2molB混合加热到60︒C产生第一个气泡，其组成为yB=0.4，继续在101.325kPa下恒压封闭加热到70︒C，剩下最后一滴溶液其组成为xB=0.1。
将7molB和3molA气体混合，在101.325kPa下冷却到65︒C产生第一滴液体，其组成为xB=0.9，继续定压封闭冷却到55︒C时剩下最后一个气泡，其组成为yB=0.6。
（1）画出此二组分系统在101.325kPa下的沸点一组成图，并标出各相区；
（2）8molB和2molA的混合物在101.325kPa，65︒C时，
①求平衡气相的物质的量；
②求平衡液相中组分B的活度和活度因子；
③此混合物能否用简单精馏的方法分离为纯A组分与纯B组分为什么
习题2
图5-2为A、B二组分液态完全互溶系统的沸点组成图。
图5-2
（1）在图中标示各相区聚集态及成分（聚集态用g,l,s；
成分用A,B,A＋B表示,不要另画图）
（2）在以下题中的“”处填上答案（不要另处作答）
（i）4molA和6molB混合时，70℃时该系统相数为;
其中相物质的量n=mol;
相物质的量n=mol;
前者含n（A）=mol;
n（B）=mol;
后者含n（A）=mol;
（ii）xB＝的A，B二组分混合物其在101325Pa下沸点为70℃.
（iii）70℃时，xB＝0.80的混合物，组分A的活度因子fA＝，活度aA＝.
已知A（l）的标准摩尔生成焓为300kJ·
mol－1，A（g）的标准摩尔生成焓为328.4kJ·
mol－1。
习题3
A和B固态时完全不互溶，101325Pa时A（s）的熔点为30︒C，B（s）的熔点为50︒C，A和B在10︒C具有最低共熔点，其组成为xB,E=0.4，设A和B相互溶解度曲线均为直线。
（1）画出该系统的熔点-组成图（t-xB图）；
（2）今由2molA和8molB组成系统，根据画出的t-xB图，列表回答系统在5︒C，30︒C，50︒C时的相数、相的聚集态及成分、各相的物质的量、系统所在相区的条件自由度数。
习题4
A和B形成相合熔点化合物AB：
A，B，AB在固态时完全不互溶；
A，AB，B的熔点分别为200︒C，300︒C，400︒C，A与AB及AB与B形成的两个低共熔点分别为150︒C，
和250︒C，
。
（1）画出以上述系统的熔点-组成（t-xB）图；
（2）画出以下两条步冷曲线：
xB=0.1的系统从200︒C冷却到100︒C，及xB=0.5的系统从400︒C冷却到200︒C；
（3）8molB和12molA混合物冷却到无限接近150︒C时，系统是哪几相平衡各相的组成是什么各相物质的量是多少
习题5
NaCl-H2O二组分系统的最低共熔点为-21.1︒C，最低共熔点时溶液的组成为w（NaCl）=0.233，在该点有冰和NaCl⋅2H2O的结晶析出。
在0.15︒C时，NaCl⋅2H2O分解生成无水NaCl⋅和w（NaCl⋅H2O）=0.27的溶液。
已知无水NaCl在水中的溶解度随温度升高变化很小。
NaCl与H2O的摩尔质量为58.0g⋅mol-1，18.0g⋅mol-1
（1）绘制该系统相图的示意图，并指出图中区、线的意义；
（2）若在冰水平衡系统中，加入固体NaCl来作致冷剂，可获得的最低温度是多少？
（3）
（4）某地炼厂所用淡水由海水[w（NaCl）=0.025]淡化而来，其方法是利用液化气膨胀吸热，使泵取的海水在装置中降温，析出冰，将冰熔化而得淡水，问冷冻剂在什么温度，所得的淡水最多？
（5）
习题6
（1）按下列条件作出A,B二组分系统相图的示意图：
A的熔点为600︒C；
B为1000︒C；
化合物AB2的分解温度为650︒C，此时液相组成为xA=0.50；
A和AB2的最低共熔点为400︒C，xA=0.80；
固相不互溶，液相完全互溶；
（2）标明相图中各区域存在的相态及成分；
（3）指出相图中在哪些情况下条件自由度数为零，此时各相的组成是什么？
（4）作出，xA=0.40的溶液的冷却曲线，在曲线转折点处及各段注明相态及成分的变化。
习题7
A，B二组分凝聚系统相图如图5-8：
E2
图5-8
（1）根据所给相图填下表：
相区
相数
相态及成分
条件自由度数f′
I
II
III
IV
V
线上
（2）画出系统点a1，a2降温时的步冷曲线（在曲线的转折点处注明相态变化及曲线各段平衡相的聚集态和成分）。
1.（√）2.（√）3.（⨯）
1.（A）2.（B）3.（C）4.（C）5.（A）
图5-1
[题解]：
（1）见图5-1：
（2）①zB点组成为
气相为5mol；
②
，xB=0.9，yB=0.7
组分B在65︒C时的蒸气压为：
则p*B（65︒C）=63.66kPa
aB=fB⋅xB=1.238⨯0.9=1.114
③因图中有恒沸点，单纯用精溜方法只能得到纯B及恒沸混合物而不能得到纯A。
[导引]：
为求65︒C平衡液相中组分B的活度和活度因子；
需先用克-克方程求出该温度下纯液体B的饱和蒸气压。
（1）如图5-3所示
图5-3
（2）（i）系统如图3-22中K点所示，有气、液两个相，相数为2，相点如G，L两点所示，各相物质的的量由杠杆规则：
ng+nl＝10mol（b）
联立（a）,（b）解得
ng＝5.00mol其中ngA＝3.00mol,ngB＝2.00mol
nl＝5.00mol其中nlA＝2.00mol,nlB＝3.00mol
（ii）依据图3-22所示，xB＝0.80的混合物在101325Pa下沸点为70℃。
（iii）p*A（50℃）＝101325Pa
ΔvapHm（A）＝ΔfHm（A,g）－ΔfHm（A,l）
＝（328.4－300）kJ·
mol－1
=28.4kJ·
mol－1
由克劳休斯-克拉佩龙方程式
解得p*A（70℃）＝187.6kPa
所以
aA＝fAxA＝1.620×
0.20＝0.324
[剖析]:
（i）本题要用杠杆规则求算所给系统各相物质的量，准确应用杠杆规则是解题关键；
（ii）在求混合物中组分A的活度因子fA时，需求出p*A（70℃），这要运用克-克方程，所需相关数据可从图中获得；
（iii）本题把物质A的摩尔汽化焓与气、液态的标准摩尔生成焓联系在一起，并应用克-克方程，求算p*A（70℃），最终计算fA，是非常典型、综合性很强的考研题，较全面考察考生的综合能力。
熔点-组成图（t-xB图）如图5-4所示。
图5-4
E
系统温度
t/︒C
相的聚集态及成分
各相物质的量
系统所在相区的条件自由度ƒ'
5
2
s（A）,s（B）
1
30
s（B）,l（A+B）
50
l（A+B）
掌握在不同的条件下求各相物质的量的方法。
（1）如图5-5
图5-5
（2）如图5-5
（3）此时系统为两相平衡，
s（AB）
l（A+B）,s（AB）中为纯AB，xB,l（A+B）=0.2
根据杠杆规则：
nS（AB）+nl（A+B）=20mol
解得，nS（AB）=13.33mol，
nl（A+B）=6.67mol
本题的相图相当于由两个低共熔点（A、AB二组分及AB、B二组分在固态完全不互溶的熔点-组成图）的相图合并而成。
（1）相图如图5-6所示，NaCl⋅2H2O中NaCl的质量分数为w（NaCl）=
=0.617，图中三条垂直线为单相线，二条水平线
，
为三相线（端点除外），AE为冰点下降曲线，BFE为饱和溶解度曲线，E点为最低共熔点；
图5-6
（2）当把NaCl放入冰水平衡系统中时，凝固点下降，冰熔化使系统温度下降。
系统可获得的最低温度为-21.1︒C；
（3）系统w（NaCl）=0.025时，降低温度在-21.1︒C稍上一点时，所获得的冰最多，也就是所获得的淡水最多。
本题为水-盐系统形成不相合熔点化合物的相图，要注意到其实际应用。
（1）,
（2）画图如图5-7：
线：
l+s（A）+s（AB2）三相共存，ƒ'
=0，液相组成为lE（E点组成）；
线：
l+s（AB2）+s（B）三相共存，ƒ'
=0，液相组成为lG（G点组成）；
M点及N点分别为纯A，B的熔点，均为纯物质的两相平衡
[s（A）
l（A）；
s（B）
l（B）]，ƒ'
=0。
（4）步冷曲线如图3-10（b）。
本题为形成不相合熔点化合物系统的相图。
（1）
自由度数ƒ'
s1（A+B）+l（A+B）
l1（A+B）+l2（A+B）
s1（A+B）+l（A+B）
s1（A+B）+s2（A+B）
l（A+B）+s2（A+B）
3
lE（A+B）+lD（A+B）+sC（A+B）
sH（A+B）+
（A+B）+sK（A+B）
（2）步冷曲线如图5-9
图5-9
（i）全图均为A、B二组分部分互溶系统，从上至下，分别为A、B二组分在液态部分互溶、在液、固态部分互溶、在固态部分互溶系统；
（ii）相区II为两个液相相互平衡共存；
（iii）系统点a1，a2降温时的步冷曲线出现两个平台（因为分别经过两个三相平衡线，三相平衡时ƒ'
=0）。
升级会员 