物理化學(xué)課后習(xí)題第六章答案

1、第六章相平衡6.1指出以下平衡系統(tǒng)中的組分數(shù) C,相數(shù)P與自由度F。(1) I 2(s) 與其蒸氣成平衡；(2) CaC3Os)與其分解產(chǎn)物CaO(s)和CO(g)成平衡；(3) NHHS(s)放入一抽空的容器中，并與其分解產(chǎn)物 NH(g)和S(g)成平衡;(4) 取任意量的NH(g)和HS(g)與NHHS(s)成平衡。(5) 12作為溶質(zhì)在兩不互溶液體 "O和CC14中到達分配平衡(凝聚系統(tǒng))。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)

2、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 常見的 NqCQs)水合物有 NqCOHO(s)，NqCOHOG)和 NaCOPIOHOG).(1) 101.325kPa下，與NaCO水溶液與冰平衡共存的水合物最多能有幾種？(2) 20C時，與水蒸氣平衡的水合物最多可能有幾種？解：(1) C =S - R - R' = 2-0-0 =2F = C- P

3、+ 1=2-P +1= 3-P > 0,即P-2< 1,那么能與 NqCO水溶液與冰平衡共存的水合物最多只有一種。( 2) C = S- R - R ' =2 -0-0=2F = C- P + 1=2-P +1= 3-P >0,即卩P-1 <2,那么與水蒸氣平衡的水合物最多可能有兩種。6.4 單組分系統(tǒng)碳的想吐(示意圖)如附圖所示。( 1)分析圖中各點、線、面的相平衡關(guān)系與自由度數(shù)；(2) 25C, 101.325kPa下，碳以什么狀態(tài)穩(wěn)定存在？( 3)增加壓力可以使石墨轉(zhuǎn)換為金剛石。石墨的摩爾體積大于金剛石的摩 爾體積,那么加壓使石墨轉(zhuǎn)換為金剛石的過程吸熱還是

4、放熱？解：(1) OA線一一石墨和金剛石的平衡F=1OB線一一石墨和液相碳的平衡F=1OC線一一金剛石和液相碳的平衡F=1O點一一石墨，金剛石和液相碳的三相平衡點F=0A點一一石墨和金剛石的不可區(qū)分點B 點 石墨和液相碳的不可區(qū)分點C點一一金剛石和液相碳的不可區(qū)分點(2)從相圖上可直接讀得，碳在 25C, 101.325kPa時穩(wěn)定存在的形式是石墨;由克拉佩龍方程：dp亡假設(shè)增加壓力：dT 0 '即T V：0，又有T Vm 0，那么可以得到Hm 0，那么加壓使石墨轉(zhuǎn)換為金剛石的過程是放熱過程6.5 甲苯、苯在90 C下純液體的飽和蒸氣壓分別為 54.22 kPa和136.12kPa。兩

5、者可形成理想液態(tài)混合物。取 200.0 g甲苯和200.0 g苯置于帶活塞的 導(dǎo)熱容器中，始態(tài)為一定壓力下 90 C的液態(tài)混合物。在恒溫90 C下逐漸降低 壓力，問1壓力降到多少時，開始產(chǎn)生氣相，此氣相的組成如何？2壓力降到多少時，液相開始消失，最后一滴液相的組成如何？3壓力為92.00 kPa時，系統(tǒng)內(nèi)氣-液兩相平衡，兩相的組成如何？兩相的 物質(zhì)的量各位多少？解：原始溶液的組成為呦慄他悻眾茉=0.5412M甲苯92.141亞岸辱苯廠戀114 +泄 訴萊=1 一量保卜0.45881剛開始出現(xiàn)氣相時，可認為液相的組成不變，因此p二久莆0慄+工甲苯b"甲萊；=0.5412 x 136.1

6、2 + 0'4588 x 54.22 = 98.54 kPa闔=心萊="S1知= 0仆p98 542只剩最后一滴液體時，可認為氣相的組成等于原始溶液的組成朕財憔衛(wèi)申苯+慄_ ;/甲苯卜律 /茉?甲判 p 供一甘茉一戸丫甲苯X茉0V412_x5422136.12-13S. 12-54.22x 0.5412= 0.3197就甲苯+央苯-，仲苯H苯= 54.22 + 136.12 - 54.220.3157 = 80 弋 kPa3根據(jù)2的結(jié)果p =冒*甲苯苯】-甲苯k苯92 00-54 22= 0.4613/苯戸* 茉=0.682592.00由杠桿原理知,缶b傑-心慄=皿況傑-族1

7、 血=札侏-點農(nóng) 心12-04 0 56550/庫4茉1 用十誡二200,0=4 73091 1十78.114 92.141曲卜=3.022mol4.7?09L70S?mol"1 + 0 5655'6.6 101.325 kPa下水A-醋酸B系統(tǒng)的氣-液平衡數(shù)據(jù)如下。t/°C100102.1104.4107.5113.8118.100.3000.5000.7000.9001.00000.1850.3740.5750.8331.0001畫出氣-液平衡的溫度-組成圖。2從圖上找出組成為一 ' ''的氣相的泡點。3 從圖上找出組成為'的液相

8、的露點。4105.0 C時氣-液平衡兩相的組成是多少？5 9 kg水與30 kg醋酸組成的系統(tǒng)在105.0 C到達平衡時，氣-液兩相的 質(zhì)量各位多少？解：1氣-液平衡的溫度-組成圖為(2) "-的氣相的泡點為110.3 Co(3) 幾-丄吆；的液相的露點為112.7 C(4) 105.0 C時氣-液平衡兩相的組成；二1：:'，心=''(5) 系統(tǒng)代表點 =0.769239%牘相)=呱+融-檢)0.560x0 052.= 0 809318 015 + 0 560x(60 053-18.015)0 414x60.052計氣相)= 廠.=0.701918.015+

9、0.414x(60.052- 18.015)w(g)(0.8093- 0.7692 =誡迪.7創(chuàng)2-7019祖= 0358*(詐叫+叫=2444 kg1 + 0.59581 3140耕(?) = 39 39 21,50 = 14,56 kg酚溶于水)，8.75 % ; L2 (水溶于苯酚)，69.9 %。(1) 在30 C, 100 g苯酚和200 g水形成的系統(tǒng)達液-液平衡時，兩液相的 質(zhì)量各為多少？(2) 在上述系統(tǒng)中假設(shè)再參加100 g苯酚，又到達相平衡時，兩液相的質(zhì)量各 變到多少？解：(1)系統(tǒng)代表點二匸打_ 111 ： 111，根據(jù)杠桿原理孕_lJ=燒空Lj - tv叫 Bl Ll殆

10、=w/R 14908= 120.4g. = 300-120.4 = 179.6g(3) 系統(tǒng)代表點7 -附應(yīng)-L1=/WgL3-w竺二淫糾竺痕4叫wi-Lj 0 5-0 0S75殆=稱/1 + Q.4324= 269. Sg,= 400-269.3 = 13026.8水-異丁醇系統(tǒng)液相局部互溶。在101.325 kPa下，系統(tǒng)的共沸點為89.7(G)、液(L1)、液(L2)三相平衡時的組成70.0 %; 8.7 % ; 85.0 %。今由 350 g 水和 150 g 異丁醇形成；1忌依次為的系統(tǒng)在101.325 kPa壓力下由室溫加熱，問:(1) 溫度剛要到達共沸點時，系統(tǒng)處于相平衡時存在哪

11、些相？其質(zhì)量各為多少？(2)當(dāng)溫度由共沸點剛有上升趨勢時，系統(tǒng)處于相平衡時存在哪些相？其質(zhì)量各為多少?解：相圖見圖()。(1)溫度剛要到達共沸點時系統(tǒng) XX無氣相存在，只存在兩個共軛液相。系統(tǒng)代表點為1" I-1- - I。根據(jù)杠桿原理梆卸-Lil=先-陀J= 2.5822.潮匚玄-怖0.8-0.3 m2 仏-0.3-0.087-二 500 二 13>6 gT 朋 1 二 360.4 g14-2 58223.5822_(2)當(dāng)溫度由共沸點剛有上升趨勢時，L2消失，氣相和L1共存，因此/«L1L1+GH7£ = 15On 啲LJ+忍啟卜劉0/小 150-500

12、Ll150-500x0.087wIG 1 = r=113.7 g0/7-0037500-173.7= 3633g6.10為了將含非揮發(fā)性雜質(zhì)的甲苯提純，在86.0 kPa壓力下用水蒸氣蒸餾：在此壓力下該系統(tǒng)的共沸點為 80 C,80 C時水的飽和蒸氣壓為47.3 kPa。 試求：1氣相的組成含甲苯的摩爾分數(shù)；2欲蒸出100 kg純甲苯，需要消耗水蒸氣多少千克？解：沸騰時系統(tǒng)的壓力為86.0 kPa，因此M甲苯卜獨L匚胞L竺口巴,4刃pp空0消耗水蒸氣的量如K銳水網(wǎng)水卜冷冊水卜餡隣犁 驅(qū)=-。噸眈艸冊=239xl0Jg = 239kg 6.12固態(tài)完全互溶、具有最高熔點的 A-B二組分凝聚系統(tǒng)相

13、圖如附圖。指出各相區(qū)的相平衡關(guān)系、各條線的意義并繪出狀態(tài) 點為a，b的樣品的冷卻曲線。4 A + B, 固態(tài)溶液,s解：單項區(qū)：1 A + B,液態(tài)溶液,二相區(qū)：2 (l i + Si), 3 (12 + S2)上方曲線，液相線，表示開始有固溶體產(chǎn)生;F方曲線，固相線，表示液態(tài)溶液開始消失。冷卻曲線如下圖6.16某A-B二組分凝聚系統(tǒng)相圖如附圖所示。(1) 指出各相區(qū)的穩(wěn)定相，三相線上的相平衡關(guān)系；(2) 繪出途中狀態(tài)點為a，b，c的樣品的步冷曲線，并說明各階段的相變化(1)題目給出的相圖可以看作是由一個共熔型和一個轉(zhuǎn)熔型的二組分固態(tài)局部 互熔凝聚系統(tǒng)構(gòu)成，所以一定存在固溶體區(qū)，各相區(qū)的穩(wěn)定相已在圖中標(biāo)出。圖中有兩條三相線：mon線：因m,n,o三個