指出下列平衡系统中的组分数C相数P及自由度F.docx
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指出下列平衡系统中的组分数C相数P及自由度F
-指出下列平衡系统中的组分数C-相数P及自由度F
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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作为溶质在两不互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡(凝聚系统)。
解:
(1)C=1,P=2,F=C–P+2=1–2+2=1.
(2)C=3–1=2,P=3,F=C–P+2=2–3+2=1.
(3)C=3–1–1=1,P=2,F=C–P+2=1–2+2=1.
(4)C=3–1=2,P=2,F=C–P+2=2–2+2=2.
(5)C=3,P=2,F=C–P+1=3–2+1=2.
6.2 已知液体甲苯(A)和液体苯(B)在90︒C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︒C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
解:
(1)对于理想液态混合物,每个组分服从Raoult定律,因此
(2)系统代表点
,根据杠杆原理
6.3
单组分系统的相图示意如右图。
试用相律分析途中各点、线、面的相
平衡关系及自由度。
解:
单相区已标于图上。
二相线(F=1):
三相点(F=0):
图中虚线表示介稳态。
6.4 已知甲苯、苯在90︒C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︒C的液态混合物。
在恒温90︒C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,两相的组成如何?
两相的物质的量各位多少?
解:
原始溶液的组成为
(1)刚开始出现气相时,可认为液相的组成不变,因此
(2)只剩最后一滴液体时,可认为气相的组成等于原始溶液的组成
(3)根据
(2)的结果
由杠杆原理知,
6.5 25︒C丙醇(A)–水(B)系统气–液两相平衡时两组分蒸气分压与液相组成的关系如下:
0
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
0.95
0.98
1
2.90
2.59
2.37
2.07
1.89
1.81
1.44
0.67
0
0
1.08
1.79
2.65
2.89
2.91
3.09
3.13
3.17
(1) 画出完整的压力-组成图(包括蒸气分压及总压,液相线及气相线);
(2) 组成为
的系统在平衡压力
下,气-液两相平衡,求平衡时气相组成
及液相组成
。
(3) 上述系统5mol,在
下达到平衡时,气相、液相的物质的量各为多少?
气相中含丙醇和水的物质的量各为多少?
(4) 上述系统10kg,在
下达平衡时,气相、液相的质量各为多少?
解:
(略)
6.6 101.325kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。
100
102.1
104.4
107.5
113.8
118.1
0
0.300
0.500
0.700
0.900
1.000
0
0.185
0.374
0.575
0.833
1.000
(1) 画出气-液平衡的温度-组成图。
(2) 从图上找出组成为
的气相的泡点。
(3) 从图上找出组成为
的液相的露点。
(4) 105.0︒C时气-液平衡两相的组成是多少?
(5) 9kg水与30kg醋酸组成的系统在105.0︒C达到平衡时,气-液两相的质量各位多少?
解:
(1)气-液平衡的温度-组成图为
(2)
的气相的泡点为110.3︒C。
(3)
的液相的露点为112.7︒C。
(4)105.0︒C时气-液平衡两相的组成
,
。
(5)系统代表点
6.7 已知水-苯酚系统在30︒C液-液平衡时共轭溶液的组成
为:
L1(苯酚溶于水),8.75%;L2(水溶于苯酚),69.9%。
(1) 在30︒C,100g苯酚和200g水形成的系统达液-液平衡时,两液相的质量各为多少?
(2) 在上述系统中若再加入100g苯酚,又达到相平衡时,两液相的质量各变到多少?
解:
(1)系统代表点
,根据杠杆原理
(3) 系统代表点
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︒C。
气(G)、液(L1)、液(L2)三相平衡时的组成
依次为:
70.0%;8.7%;85.0%。
今由350g水和150g异丁醇形成的系统在101.325kPa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哪些相?
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哪些相?
其质量各为多少?
解:
相图见图(6.7.2)。
(1)温度刚要达到共沸点时系统中尚无气相存在,
只存在两个共轭液相。
系统代表点为
。
根据杠
杆原理
(2)当温度由共沸点刚有上升趋势时,L2消失,气相和L1共存,因此
6.9 恒压下二组分液态部分互溶系统气-液平衡的温度-组成图如附图,指出四个区域内平衡的相。
解:
各相区已标于图上。
l1,BinA.
l2,AinB.
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︒C,80︒C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,需要消耗水蒸气多少千克?
解:
沸腾时系统的压力为86.0kPa,因此
消耗水蒸气的量
6.11 液体H2O(A),CCl4(B)的饱和蒸气压与温度的关系如下:
40
50
60
70
80
90
7.38
12.33
19.92
31.16
47.34
70.10
28.8
42.3
60.1
82.9
112.4
149.6
两液体成完全不互溶系统。
(1) 绘出H2O-CCl4系统气、液、液三相平衡时气相中H2O,CCl4的蒸气分压对温度的关系曲线;
(2) 从图中找出系统在外压101.325kPa下的共沸点;
(3) 某组成为
(含CCl4的摩尔分数)的H2O-CCl4气体混合物在101.325kPa下恒压冷却到80︒C时,开始凝结出液体水,求此混合气体的组成;
(4) 上述气体混合物继续冷却至70︒C时,气相组成如何;
(5) 上述气体混合物冷却到多少度时,CCl4也凝结成液体,此时气相组成如何?
(2)外压101.325kPa下的共沸点为66.53︒C。
(3)开始凝结出液体水时,气相中H2O的分压为43.37︒C,因此
(4) 上述气体混合物继续冷却至70︒C时,水的饱和蒸气压,即水在气相中的分压,为31.16kPa,CCl4的分压为101.325–31.36=70.165kPa,没有达到CCl4的饱和蒸气压,CCl4没有冷凝,故
(5) 上述气体混合物继续冷却至66.53︒C时,CCl4也凝结成液体(共沸),此时H2O和CCl4的分压分别为26.818kPa和74.507kPa,因此
6.12 A–B二组分液态部分互溶系统的液-固平衡相图如附图,试指出各个相区的相平衡关系,各条线所代表的意义,以及三相线所代表的相平衡关系。
解:
单项区,1:
A和B的混合溶液l。
二相区:
2,l1+l2; 3,l2+B(s); 4,l1+A(s)
5,l1+B(s); 6, A(s)+B(s)
三项线:
MNO,
IJK,
LJ,凝固点降低(A),JM,凝固点降低(B),NV,凝固点降低(B)
MUN,溶解度曲线。
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。
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的样品的冷却曲线。
解:
单项区:
1(A+B,液态溶液,l)
4(A+B,固态溶液,s)
二相区:
2(l1+s1),3(l2+s2)
上方曲线,液相线,表示开始有固
溶体产生;下方曲线,固相线,表
示液态溶液开始消失。
冷却曲线如图所示
6.18 利用下列数据,粗略地绘制出Mg-Cu二组分凝聚系统相图,并标出各区的稳定相。
Mg与Cu的熔点分别为648︒C、1085︒C。
两者可形成两种稳定化合物Mg2Cu,MgCu2,其熔点依次为580︒C、800︒C。
两种金属与两种化合物四者之间形成三种低共熔混合物。
低混合物的组成w(Cu)及低共熔点对应为:
35%,380︒C;66%,560︒C;90.6%,680︒C。
解:
两稳定化合物的w(Cu)分别为