第六章 相平衡.docx

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第六章相平衡

第六章相平衡

6-1指出下列平衡系统中的组分数C，相数P及自由度数F：

（1）I2（s）与其蒸气成平衡；

（2）CaCO3（s）与其分解产物CaO（s）和CO2（g）成平衡；

（3）NH4HS（s）放入一抽空的容器中，并与其分解产物NH3（g）和H2S（g）成平衡；

（4）取任意量的NH3（g）和H2S（g）与NH4HS（s）成平衡；

（5）I2作为溶质在两不相互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡（凝聚系统）。

解：

（1）S-R-

=1-0-0=1；P=2；F=C-P+2=1

（2）S-R-

=3-1-0=2；P=3；F=C-P+2=1

（3）S-R-

=3-1-1=1；P=2；F=C-P+2=1

（4）S-R-

=3-1-0=2；P=2；F=C-P+2=2

（5）S-R-

=3-0-0=3；P=2；F=C-P+1=2

6-2已知液体甲苯（A）和液体苯（B）在90℃时的饱和蒸气压分别为

和

。

两者可形成理想液态混合物。

今有系统组成为

的甲苯-苯混合物5mol，在90℃下成气-液两相平衡，若气相组成为

，求：

（1）平衡时液相组成

及系统的压力p；

（2）平衡时气、液两相的物质的量n（g），n（l）。

解：

（1）理想液态混合物，A、B均适用拉乌尔定律，故有

（1）

（2）

由式

（1）及式

（2）得

（3）

（4）

联立式（3）与式（4），解得

，

（2）根据杠杆规则

6-4已知甲苯、苯在90℃下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22kPa和136.12kPa。

两者可形成理想液态混合物。

取200.0g甲苯和200.0g苯置于带活塞的导热容器中，始态为一定压力下90℃的液态混合物。

在恒温90℃下逐渐降低压力，问：

（1）压力降到多少时，开始产生气相，此气相的组成如何？

（2）压力降到多少时，液相开始消失，最后一滴液相的组成如何？

（3）压力为92.00kPa时，系统内气、液两相平衡，两相组成如何？

两相的物质的量各多少？

解：

（1）与开始产生气相平衡的液相，其组成同原始液态混合物，所以气相的压力为

气相组成为

（2）与最后一滴液相平衡的气相，其组成同原始液态混合物

上两式联立解得：

（3）

原始液态混合物的组成为

6-8水-异丁醇系统液相部分互溶。

在101.325kPa下，系统的共沸点为89.7℃。

气（G）、液（L1）、液（L2）三相平衡时的组成w（异丁醇）依次为：

70%、8.7%、85.0%。

今由350g水和150g异丁醇形成的系统在标准压力下由室温加热，问：

（1）温度刚要达到共沸点时，系统处于相平衡时存在那些相？

其质量各为多少？

（2）当温度由共沸点刚有上升趋势时，系统处于相平衡时存在那些相？

其质量各为多少？

解：

系统总组成为：

150/（150+350）=30%

（1）存在液（L1）、液（L2）二相平衡，根据杠杆规则，得

（2）存在液（L1）、液（L2）二相平衡，根据杠杆规则，得

6-10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86.0kPa压力下用水蒸气蒸馏。

已知：

在此压力下该系统的共沸点为80℃，80℃时水的饱和蒸气压为47.3kPa。

试求：

（1）气相的组成（含甲苯的摩尔分数）；

（2）欲蒸出100kg纯甲苯，需要消耗蒸气多少？

解：

（1）y甲苯=p甲苯/p=（86.0-47.3）/86.0=0.450

（2）

6-10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86.0kPa压力下用水蒸气蒸馏。

已知：

在此压力下该系统的共沸点为80℃，80℃时水的饱和蒸气压为47.3kPa。

试求：

（1）气相的组成（含甲苯的摩尔分数）；

（2）欲蒸出100kg纯甲苯，需要消耗蒸气多少？

解：

（1）y甲苯=p甲苯/p=（86.0-47.3）/86.0=0.450

（2）

6-13固态完全互溶、具有最高熔点的A-B二组分凝聚系统相图如附图（见教材p297）。

指出各相区的相平衡关系、各条线的意义，并绘出状态点为a、b的样品的泠却曲线。

解：

各相区的相平衡关系及状态点为a、b的样品的泠却曲线如图所标注。

HN那条线为液相线（液态熔体与固态熔体平衡线），而下方那条线为固相线（固熔体与液体熔体平衡线）。

同理，NO那条线为液相线（液态熔体与固态熔体平衡线），而下方那条线为固相线（固熔体与液体熔体平衡线）。

6-16某A-B二组分凝聚系统相图如附图（见教材p297）。

（1）指出各相区稳定存在的相；

（2）指出图中的三相线。

三相线上哪几个相成平衡？

三者之间的相平衡关系如何？

（3）绘出图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线，并注明各阶段时的相变化。

解：

（1）各相区稳定存在的相如图所注。

（2）该图上有两条三相线，即efg线是α固熔体与γ固熔体和液相L相平衡，hij线是液相

L与γ固熔体和β固熔体相平衡。

（3）图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线如图右所示，a→a1，组成为a的液态溶液降温，达到a1点时开始析出γ固熔体，进入两相平衡区，继续泠却达到a2时，开始析出第三相α固熔体，成三相平衡，直至液体全部凝结成α固熔体与γ固熔体后，即自a2后继续泠却进入α固熔体与γ固熔体平衡区；组成为b的液态溶液降温，达到b1点时开始析出γ固熔体和β固熔体，成三相平衡，继续泠却β固熔体消失，进入液体l和γ固熔体，当泠却达到b3时，直至液体消失，然后进入γ固熔体单相区；组成为c的液态溶液降温，达到c1点时开始析出β固熔体，进入两相平衡区，继续泠却达到c2时，开始析出第三相γ固熔体，成三相平衡，此后进入β固熔体与γ固熔体两相平衡区。

6-17某A-B二组分凝聚系统相图如附图（见p297）。

指出各相区的稳定相，三相线上的相平衡关系。

解：

各相区的稳定相如6-17图中所标，α，β为不同组成的、固溶体。

两条三相线上的相平衡关系为

abc线：

；efg线：

6-22指出附图（教材p298）中二元凝聚系统相图如内各相区的稳定相，并指出三相线及三相平衡关系。

解：

各相区的稳定相如图所注：

C1=C1（s），C2=C2（s），B=B（s）。

该相图有三条三相线，即EFG线、HIJ线及NOP线：

EFG线表示L+α

C1（s）三相平衡，HIJ线表示L+C1（s）

C2（s）三相平衡，NOP线表示L+B（s）

C2（s）三相平衡。

图6-22

本章重点：

①、基本概念，如组分数、自由度、相等。

②、有关相律的计算。

③、典型的相图及其图中点、线、面所代表的意义。

④、应有有关相图解决实际问题。

如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！

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