物理化学课后答案第六章相平衡.docx

1、物理化学课后答案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 F。(1)I 2(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)I 2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 =

2、 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 5 mol，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 p2)平衡时

3、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 54.22 kPa和 136.12 kPa。两者可形成理想液态混合物。取 200.0 g 甲苯和 200.0 g 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

4、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 92.00 kPa 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，6.525 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：00.10.20.40.60.80.950.9812.902.592.372.071.891.811.440.67001.081.792

5、.652.892.913.093.133.17(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 5 mol，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 10 kg，在 下达平衡时，气相、液相的质量各为多少？ 解：(略)6.6 101.325 kPa 下水(A)- 醋酸(B)系统的气 -液平衡数据如下。100102.1104.4107.5113.8118.100.3000.5000.7000.9001.00000

6、.1850.3740.5750.8331.0001)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)9 kg 水与 30 kg 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 %；L

7、2（水溶于苯酚）， 69.9 %。（1） 在30 C，100 g苯酚和200 g 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 100 g 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101.325 kPa下，系统的共沸点为 89.7 C。 气（G） 、液（L 1） 、液（L 2）三相平衡时的组成 依次为：70.0 %；8.7 %；85.0 %。今由350 g水和150 g异丁醇形成的系统在 101.325 kPa压力下由室温加热， 问： （ 1） 温度刚要达到共

8、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 ）统中尚无气相存在，根据杠杆原理只存在两个共轭液相。 系统代表点为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。l 1, B in A.l 2, A in B.6.10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在 86.0 kPa 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，

9、80 C 时水的饱和蒸气压为 47.3 kPa。 试求：( 1) 气相的组成(含甲苯的摩尔分数)；(2) 欲蒸出 100 kg 纯甲苯，需要消耗水蒸气多少千克？ 解：沸腾时系统的压力为 86.0 kPa ，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：4050607080907.3812.3319.9231.1647.3470.1028.842.360.182.9112.4149.6两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 101.3

10、25 kPa 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 101.325 kPa 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 101.325 kPa 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 31.16 kPa ，CCl4的分压为 1

11、01.325 31.36 = 70.165 kPa, 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 26.818 kPa和74.507 kPa， 因此6.12 AB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 + l 2; 3, l 2 + B(s); 4, l1 + A(s)5, l 1 + B(s); 6, A

12、(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 (l 1 + s1), 3 (l 2 + 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， MgC2u，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 %, 680C。解：两稳定化合物的w(Cu)分别为Jl十 fl0 0.1 0.2 DJ 0.4 D.S 0.6 (L7 M 0.9 1MI BdaCa Mtf Ca(C)