第五章相平衡

1、淮陰師范學(xué)院物理化學(xué)課外習(xí)題第五章 相平衡一、選擇題1. NH4HS (s) 和任意量的 NH3 (g) 及 H2S (g) 達(dá)平衡時(shí)有（代表相數(shù)） ： ( )(A) C = 2， = 2，f = 2 (B) C = 1， = 2，f = 1 (C) C = 2， = 3，f = 2 (D) C = 3， = 2，f = 32. FeCl3和 H2O 能形成 FeCl3·6H2O，2FeCl3·7H2O，2FeCl3·5H2O，F(xiàn)eCl3·2H2O四種水合物，則該體系的獨(dú)立組分?jǐn)?shù) C 和在恒壓下最多可能的平衡共存的相數(shù)分別為: ( )(A) C = 3，

2、 = 4 (B) C = 2， = 4 (C) C = 2， = 3 (D) C = 3， = 5 3. 硫酸與水可形成 H2SO4·H2 O (s)、H2SO4·2H2O (s)、H2SO4·4H2O (s)三種水合物，問(wèn)在 101325 Pa 的壓力下，能與硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少種 ? ( ) (A) 3 種 (B) 2 種 (C) 1 種 (D)不可能有硫酸水合物與之平衡共存4. 某體系存在 C (s)、H2O (g)、CO (g)、CO2 (g)、H2 (g) 五種物質(zhì)，相互建立了下述三個(gè)平衡： H2O (g) + C (s) =

3、H2 (g) + CO (g); CO2 (g) + H2 (g) = H2O (g) + CO (g); CO2 (g) + C (s) = 2CO (g)。 則該體系的獨(dú)立組分?jǐn)?shù) C 為: ( ) (A) C = 3 (B) C = 2 (C) C = 1 (D) C = 45. 298K 時(shí)，蔗糖水溶液與純水達(dá)滲透平衡時(shí)，整個(gè)體系的組分?jǐn)?shù)、相數(shù)、自由度數(shù)為 ( ) (A) C = 2， = 2，f = 1 (B) C = 2， = 2，f = 2(C) C = 2， = 1，f = 2 (D) C = 2， = 1，f = 36. 對(duì)恒沸混合物的描述，下列各種敘述中哪一種是不正確的？ (

4、 ) (A) 與化合物一樣，具有確定的組成 (B) 不具有確定的組成 (C) 平衡時(shí)，氣相和液相的組成相同 (D) 其沸點(diǎn)隨外壓的改變而改變 7. 二元恒沸混合物的組成 ( ) (A) 固定 (B) 隨溫度改變 (C) 隨壓力改變 (D) 無(wú)法判斷8. 在 p下，用水蒸汽蒸鎦法提純某不溶于水的有機(jī)物時(shí)，體系的沸點(diǎn): ( ) (A) 必低于 373.2K (B) 必高于 373.2K(C) 取決于水與有機(jī)物的相對(duì)數(shù)量 (D) 取決于有機(jī)物的分子量大小9. 水的三相點(diǎn)是： ( ) (A) 某一溫度，超過(guò)此溫度，液相就不能存在 (B) 通常發(fā)現(xiàn)在很靠近正常沸點(diǎn)的某一溫度 (C) 液體的蒸氣壓等于25

5、 °C時(shí)的蒸氣壓三倍數(shù)值時(shí)的溫度 (D) 固體、液體和氣體可以平衡共存時(shí)的溫度和壓力 10. 當(dāng)Clausius-Clapeyron方程應(yīng)用于凝聚相轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵鈺r(shí)，則： ( )(A) p 必隨 T 之升高而降低 (B) p 必不隨 T 而變 (C) p 必隨 T 之升高而變大 (D) p 隨 T 之升高可變大或減少11. 在0 °C到100 °C的溫度范圍內(nèi)，液態(tài)水的蒸氣壓 p與 T 的關(guān)系為：lg(p/Pa)-2265/T+11.101，某高原地區(qū)的氣壓只有59995 Pa，則該地區(qū)水的沸點(diǎn)為 ( )(A) 358.2 K (B) 85.2 K (C) 358.2

6、 °C (D) 373 K12. 在373.15 K時(shí)，某有機(jī)液體A和B的蒸氣壓分別為 p 和 3p，A和B的某混合物為理想液體混合物，并在373.15 K、2p 時(shí)沸騰，那么A在平衡蒸氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)是多少？ ( )(A) 1/3 (B) 1/4 (C) 1/2 (D) 3/413. 當(dāng)用三角形坐標(biāo)來(lái)表示三組分物系時(shí)，若某物系其組成在平行于底邊BC的直線上變動(dòng)時(shí)，則該物系的特點(diǎn)是： ( )(A) B的百分含量不變 (B) A的百分含量不變(C) C的百分含量不變 (D) B和C的百分含量之比不變14. 在通常情況下，對(duì)于二組分物系能平衡共存的最多相為： ( )(A) 1 (B) 2

7、 (C) 3 (D) 415. 哪一種相變過(guò)程可以利用來(lái)提純化學(xué)藥品？ ( )(A) 凝固 (B) 沸騰 (C) 升華 (D) A、B、C任一種16. 在相圖上，當(dāng)系統(tǒng)處于下列哪一點(diǎn)時(shí)只存在一個(gè)相？ ( )(A) 恒沸點(diǎn) (B) 熔點(diǎn) (C) 臨界點(diǎn) (D) 低共熔點(diǎn)17. 水的三相點(diǎn)附近，其氣化焓和熔化焓分別為44.82 kJ·mol-1和5.99 4kJ·mol-1。則在三相點(diǎn)附近，冰的升華焓約為： ( )(A) 38.83 kJ·mol-1 (B) 50.81 kJ·mol-1 (C) -38.83 kJ·mol-1 (D) -50.81

8、 kJ·mol-118. 已知苯乙醇雙液系統(tǒng)中，苯的沸點(diǎn)是353.3K，乙醇的沸點(diǎn)是351.6K，兩者的共沸組成為：含乙醇47.5%(摩爾分?jǐn)?shù))，沸點(diǎn)為341.2 K。今有含乙醇77.5%的苯溶液，在達(dá)到氣液平衡后，氣相中含乙醇為y2，液相中含乙醇為x2。問(wèn)下列結(jié)論何者正確？ ( )(A) y2 > x2 (B) y2 x2 (C) y2 < x2 (D) 不確定19. 已知A和B可構(gòu)成固溶體，在A中，若加入B可使A的熔點(diǎn)提高，則B在此固溶體中的含量與B在液相中的含量的關(guān)系是： ( )(A) 大于 (B) 小于 (C) 等于 (D) 不確定20. 區(qū)別單相系統(tǒng)和多相系統(tǒng)的

9、主要根據(jù)是 ( )(A) 化學(xué)性質(zhì)是否相同 (B) 物理性質(zhì)是否相同(C) 物質(zhì)組成是否相同 (D) 物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)是否都相同二、填空題1. 純物質(zhì)在臨界點(diǎn)的自由度數(shù)等于 。2. 一定溫度下，蔗糖水溶液與純水達(dá)到滲透平衡時(shí)的自由度數(shù)等于 。3. 化工生產(chǎn)中經(jīng)常用食鹽水溶液作為冷凍循環(huán)液，從食鹽在水中溶解度曲線可知，鹽水體系有一定的低共熔點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，為了得到低溫和不堵塞管道的效果，鹽水濃度應(yīng)采用 為宜。4. 完全互溶的二組分溶液，在 x = 0.6 處,平衡蒸氣壓有最高值，那么組成 x = 0.4的溶液在氣液平衡時(shí)，x (g)、x (l)、x (總)的大小順序?yàn)?。5. 一般有機(jī)物

10、可以用水蒸氣蒸鎦法提純，當(dāng)有機(jī)物的 和 越大時(shí)，提純一定質(zhì)量有機(jī)物需用的水蒸氣量越少，燃料越省。6. 下列化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)共存并到達(dá)平衡(溫度在 9001200 K 范圍內(nèi)): CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g); CO2 (g) + H2 (g) = CO (g) + H2O (g); H2O(g) + CO (g) + CaO (s) = CaCO3 (s) + H2 (g)。問(wèn)該體系的自由度為 。7. 在80 °C下，將過(guò)量的NH4HCO3 (s)放入真空密閉容器中，發(fā)生下列分解反應(yīng)：NH4HCO3 (s) = NH3(g) + CO2 (g) + H2O

11、 (g)。達(dá)平衡后，系統(tǒng)的C = ; = ; F = 。8. 由A(l)與B(l)形成的二組分液態(tài)完全互溶的氣-液平衡系統(tǒng)中，在外壓一定的條件下，向系統(tǒng)中加入B(l)后系統(tǒng)的沸點(diǎn)下降，則該組分在平衡氣相中的組成 其在液相中的組成。9. 某物質(zhì)液態(tài)蒸氣壓與溫度的關(guān)系為ln(pl/Pa) = -3063/(T/K) + 24.38，固態(tài)的蒸氣壓與溫度的關(guān)系為ln(ps/Pa) = -3754/(T/K) + 27.92，則該物質(zhì)的三相點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度 T = ，壓力p = ，該物質(zhì)液態(tài)的摩爾蒸發(fā)焓vapHm = 。10. 水蒸氣通過(guò)灼熱的C(石墨)發(fā)生下列反應(yīng)：H2O (g) + C(石墨) = CO

12、 (g) + H2 (g)。次平衡系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)C = ，相數(shù) = ，自由度數(shù)F = 。這說(shuō)明生成的CO (g)，H2 (g)在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)與 有關(guān)。三、簡(jiǎn)答題 1. 相點(diǎn)與物系點(diǎn)有什么區(qū)別? 2. 單組分系統(tǒng)的三相點(diǎn)與低共熔點(diǎn)有何異同點(diǎn)?3. 恒沸混合物是不是化合物?4. 在汞面上加了一層水能減少汞的蒸氣壓?jiǎn)?5. 沸點(diǎn)和恒沸點(diǎn)有何不同?四、計(jì)算題 1. 已知兩組分 A和B 體系的相圖如下: (1) 在圖右部畫(huà)出 a，b，c 表示的三個(gè)體系由 t1溫度冷卻到 t2的步冷曲線； (2) 標(biāo)出各相區(qū)的相態(tài)，水平線 EF，GH上體系的自由度； (3) 使體系 P降溫，說(shuō)明達(dá)到 M，N，Q，R 點(diǎn)

13、時(shí)體系的相態(tài)和相數(shù)。2. Au 和 Sb 分別在 1333 K 和 903 K 時(shí)熔化，并形成一種化合物 AuSb2，在 1073 K熔化時(shí)固液組成不一致。試畫(huà)出符合上述數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單相圖，并標(biāo)出所有的相區(qū)名稱。畫(huà)出含 50% Au 之熔融物的步冷曲線。3. 苯(A)和二苯基甲醇(B)的熔點(diǎn)分別為 6 °C和65 °C。A和B可形成不穩(wěn)定化合物 AB2，它在 30 °C時(shí)分解為B和 xB = 0.5的熔液。低共熔點(diǎn)為 1 °C, 低共點(diǎn)熔液組成 xB = 0.2。(1) 根據(jù)以上數(shù)據(jù)畫(huà)出苯二苯基甲醇的 T-x 示意圖。(2) 標(biāo)出各區(qū)域的相態(tài)。4. 定壓下

14、Tl、Hg 及其僅有的一個(gè)化合物 (Tl2Hg5) 的熔點(diǎn)分別為 303 °C、 -39 °C、15 °C。另外還已知組成為含 8 Tl 的溶液和含 41 Tl 的溶液的步冷曲線分別為下圖：Hg、Tl 的固相互不相溶。(1) 畫(huà)出上面體系的相圖。(Tl、Hg 的相對(duì)原子質(zhì)量分別為 204.4、200.6) (2) 若體系總量為 500 g，總組成為 10% Tl，溫度為 20 °C，使之降溫至 -70 °C 時(shí)，求達(dá)到平衡后各相的量。 5. A-B二組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)的液-固平衡相圖如下圖所示，指出各個(gè)相區(qū)的相平衡關(guān)系、各條線所代表的意義以及

15、三相線所代表的相平衡關(guān)系。 6. 某A-B二組分凝聚系統(tǒng)相圖如下圖所示。(1) 指出各相區(qū)的穩(wěn)定相，三相線上的相平衡關(guān)系；(2) 繪出圖中狀態(tài)點(diǎn)為a, b, c的樣品的步冷曲線，并注明各階段的相變化。7. 根據(jù)下圖回答問(wèn)題：(1) 曲線OA, OB, OC分別代表什么意思？(2) 指出O點(diǎn)的含義。(3) 碳在常溫、常壓下的穩(wěn)定狀態(tài)是什么？(4) 在2000 K時(shí)，增加壓力，使石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸且粋€(gè)放熱反應(yīng)，試從相圖判斷兩者的摩爾體積哪個(gè)大？(5) 試從相圖上估計(jì)，在2000 K時(shí)，將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸辽僖佣啻髩毫Γ?. 在273 K和293 K時(shí)，固體苯的蒸氣壓分別為3.27 kPa 和12

16、.30 kPa, 液體苯在293 K時(shí)的蒸氣壓為10.02 kPa，液體苯的摩爾蒸發(fā)焓為34.17 kJ/mol。試求：(1) 303 K時(shí)液體苯的蒸氣壓；(2) 固體苯的摩爾升華焓；(3) 固體苯的摩爾熔化焓。9. 有下列化學(xué)反應(yīng)存在：N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g); NH4HS (s) = NH3 (g) + H2S (g); NH4Cl (s) = NH3 (g) + HCl (g)。在一定溫度下，一開(kāi)始向反應(yīng)器中放入NH4HS和NH4Cl兩種固體以及物質(zhì)的量之比為3:1的氫氣及氮?dú)?。?wèn)達(dá)到平衡時(shí)，組分?jǐn)?shù)為多少？自由度為多少？10. 常見(jiàn)的Na2CO3 (s)水合

17、物有Na2CO3·H2O (s)，Na2CO3·7H2O (s)和Na2CO3·10H2O (s)。(1) 101.325 kPa下，與Na2CO3水溶液及冰平衡共存的混合物最多能有幾種？(2) 20 °C 時(shí)，與水蒸氣平衡共存的混合物最多可能有幾種？參考答案一、選擇題題號(hào)12345678910答案ACCABACADC題號(hào)11121314151617181920答案ABBDDCBCAD二、填空題10 (f = C + 0 - = 1 + 0 - 1 = 0)22 (f = C + 2 - = 2 + 2 - 2 = 2)3當(dāng)溫度略高于低共熔溫度時(shí)所對(duì)應(yīng)的

18、組成4x (g) > x (總) > x (l)5飽和蒸氣壓 和 摩爾質(zhì)量6. 3 (S = 6 , R = 2 , C = 6 - 2 = 4 f = 4 - 3 + 2 = 3)7. 1；2；0 (C = 4 1 2 = 1; P = 2; F = 1 2 + 1 = 0)8. 大于9. 195.2 K；5.93 kPa；25.47 kJ·mol-110. 2；2；2；溫度、壓力三、簡(jiǎn)答題 1. 答：相點(diǎn)是相圖中表示某平衡相組成的點(diǎn)。從相點(diǎn)位置可看出該相的狀態(tài)、組成、溫度、壓力等。相點(diǎn)位置可隨壓力、溫度的改變而改變。在單組分系統(tǒng)的相圖上，所有點(diǎn)全部是相點(diǎn)。 物系點(diǎn)是在

19、多組分系統(tǒng)的相圖上表示系統(tǒng)總組成的點(diǎn)，在單相區(qū)，物系點(diǎn)可與相點(diǎn)重合，而在兩相區(qū)內(nèi)只有物系點(diǎn)。該物系所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相組成由兩個(gè)相點(diǎn)表示。在T-x圖上，物系點(diǎn)可沿著與溫度坐標(biāo)平行的直線上下移動(dòng)；在水鹽系統(tǒng)圖上，隨著水的含量不同，物系點(diǎn)可沿著與組成坐標(biāo)平行的直線左右移動(dòng)。 2. 答：共同點(diǎn)：都是三相共存。不同點(diǎn)：?jiǎn)谓M分系統(tǒng)的三相點(diǎn)是氣-液-固三相共存，這時(shí)的自由度為零，它的壓力、溫度由系統(tǒng)自身性質(zhì)決定，不受外界因素影響。而二組分系統(tǒng)的低共熔點(diǎn)如T-x圖上的E點(diǎn)，是固體A、固體B和組成為E的液體三相共存。這時(shí)的自由度為1，在等壓的條件下自由度為零。E點(diǎn)的組成由A和B的性質(zhì)決定，但E點(diǎn)的溫度受壓力影響，外

20、壓改變，E點(diǎn)的溫度和組成也會(huì)隨之而改變。3. 答：不是。它是完全互溶的兩個(gè)組分的混合物。在外壓固定時(shí)，它有一定的沸點(diǎn)，這時(shí)氣相組成和液相組成完全相同。但是，當(dāng)外壓改變時(shí)，恒沸混合物的沸點(diǎn)和組成也隨之而改變。4. 答：不能。因?yàn)樗凸遣换ト艿囊后w，兩者共存時(shí)，各組分的蒸氣壓與單獨(dú)存在時(shí)一樣。汞的蒸氣壓并沒(méi)有因?yàn)樗畬拥母采w而下降，液面上的總壓力等于水和汞的蒸氣壓之和。如果要蒸餾汞的話，加了水可以使混合物的沸點(diǎn)降低，這就是水蒸氣蒸餾的原理。5. 答：沸點(diǎn)是對(duì)純液體而言的。在大氣壓力下，純物質(zhì)的液-氣兩相達(dá)到平衡時(shí)，氣相壓力等于大氣壓力時(shí)的溫度稱為沸點(diǎn)。恒沸點(diǎn)是對(duì)完全互溶的二組分系統(tǒng)而言的。定壓下，

21、二組分系統(tǒng)的氣相和液相組成完全相同時(shí)的溫度，稱為該溶液的恒沸點(diǎn)。用簡(jiǎn)單蒸餾的方法不能把二組分完全分開(kāi)。在恒沸點(diǎn)時(shí)自由度為1。外壓改變，恒沸點(diǎn)也改變。當(dāng)壓力固定時(shí)，條件自由度為零，恒沸溫度有定值。四、計(jì)算題1. (1) 如圖所示: (2) l (溶液相) l + D(s) l + B(s) l + A(s) A(s) + D(s) D(s) + B(s)； EF，GH上體系的自由度都是零 。 (3) 體系達(dá)到 M 是 l + A(s) 二相；達(dá)到 N 是 l + A(s) 二相；達(dá)到 Q 是三相 A(s) + D(s) + l三相；達(dá)到 R 是 A(s) + D(s) 二相。 2. 繪圖如下：

22、繪圖 , 相區(qū)名稱 , 步冷曲線 3. (1) 圖如下。 (2) 各個(gè)區(qū)的相態(tài)在圖中標(biāo)出。4. (1) 相圖繪制如下： (2) 設(shè) -70 °C時(shí)，Hg(s) 的質(zhì)量為 x，則固體化合物的質(zhì)量為 (500 g - x). 根據(jù)杠桿規(guī)則：x(0.1 - 0) = (500 g - x)(0.2893 - 0.1) x = 327.3 g 5. 解：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：1: A和B的混合溶液l; 兩相區(qū)：2：l1 + l2; 3: l2 + B (s); 4: l1 + A (s); 5: l1 + B (s); 6: A (s) + B (s)各條線代表的意義：LJ: A的凝固點(diǎn)降低曲線；JM: B的凝固點(diǎn)降低曲線；NV: B的凝固點(diǎn)降低曲線；MUN: 液液相互溶解度曲線。三相線：MNO: IJK：6. 解：各相區(qū)的穩(wěn)定相標(biāo)注在下圖中；三相線的平衡