物理化学第5章课后答案傅献彩第五版.docx

1、物理化学第5章课后答案傅献彩第五版第五章相平衡1.As，DCs)分解的反应方程为AgRG2Ag3) +寺。S 当用A&O(s)进行分無达平衡时系 统的组分数、自由度数和可能平衡共存的最大相数各为多少？解:S=3, C=SR=2(P3 f C+2P=l/=0时4最大为4-2.搭出如下各系统的组分数、相数和自曲度数各为多少？l)NH+CKs)在抽空容器中，部分分解为NHCgi.HCKg)达平衡：(2)NH1CKs)在含有一定量NHME的容器中，部分分解为NHJ(g)THCl(gJ达平衡；(3)NH=3-l0=2t =2同 2)C (g) CW (中CO的慑不定龙=0、 C=S-R-Rf = 4-2

2、-0=2=2 厂=C+d_gL玉在制水煤气的过稈中，有五种物质,C(s)TCX)(g),COt(g,a(g)和H2(.)(g)建立如下三牛平衡，试 求该系统的独立组分数.C(s + H； 0(g)=H2(g)4-CO(g) (1COt(g) + H? He 0( fi) +CO(g) (2)C02(g)+C(s2CO(g 。=0. 21X101. 325kPa=21. 3Pa当空气中Q的分压大于或等于A。的分解压力时，能生成AqO,否则不能，作pj -T图，可以看 出413K时 如的压力V空气中Q的分压，能生成Ag),而在423K时如=25kPa0. 21Pa不能生成 A&O.(图略)(2)从

3、所给数据可知，在443K时，如解的平衡压力为51 kPa故当Q的分压大于51kPa时A&O不分 钟.6通常在大气压力为101. 3kPa时，水的沸点为373K,而在海拔很高的高原上，当大气压力降为 66. 9kPa时，这时水的沸点为多少？已知水的标准摩尔气化焙为40. 67kJmor1，并设其与温度无关.解:根据 ClauniusClapeyron 方程式 He与温度无关时.%=鬻(卡卡f 66.9 _40.67X103z 1 1、In10L3(丽飞)T2=361. 56K.7.某种溜冰鞋下面冰刀与冰的接触面为:长7. 62cm,宽2. 45X10-3cm.若某运动员的体重为60kg,试 求(

4、1)运动员施加于冰面的总压力.(2)在该压力下冰的熔点.已知冰的摩尔熔化熔为6OlkJ mor1 冰的正常熔点为273K,冰和水的密度分别为920和1000kg 解：如=”+加P运=G/s = mg/s= 2X7. X2.410_3= 1. 58X109 Pap运护* p总=卩远=】 58 X 10RPa 根据克拉贝龙方程do / 汕 Hm臥L 丁皿皿 Vm =18X10-3 （俵一禽）=-1 556 X10-6 n? kgTI.58 X108 Pa 7 01X Pa=占诰労君畔討丁加一0.04114=lnT73KT2=262. 2K.8.已知在1013kPa时.正已烷的正常沸点为342K,假

5、事实上它符合Trouton规则，即88JKTmor*，试求298K时正已烷的蒸气压.解:根据Trouton规则AHn/Tb88J I】 mol1=88X342=116. 964kJ mol-1根据克拉贝龙方程厶叩Hm与温度无关时.%=帯末-扣 亠 _ 血 964kJ rpoL ( 1 x 2vpqlnA 8. 314J - K1 - mor1( 342K 298K)+ lnl0L 3kPp2=0 41kPa.9.从实验测得乙烯的蒸气压与温度的关系为In 育=一畀基 + l. 751n 召_1 928X10-2召+ 12. 26试求乙烯在正常沸点169. 5K时的摩尔蒸发熔变.解:根据克拉贝龙方

6、程当VVi从乙烤蒸气压与温度关系式得“%严 1921K/ 尸 +1. 75/ 丁一 1. 928 X10一2在乙烤的正常沸点 T=169.5K时#n%T=0.C=伶学11v叩Hm=& 314X0. 058X169.5X=81.73j mor*.10.已知液态碑As(l)的蒸气压与温度的关系为In 育=-等+20. 30固态碑As(s)的蒸气压与温度的关系为In 盘=-翌泮+ 29. 76试料的三相鮒温度和压力.解：在三相点上，固态与液态碑的宀丁相等.(ln%a=-3K+2O. 30:n%a=5 繫+2976解得:T=1092. 4K, p=3664. 38kPa.II.在298K时,纯水的饱和

7、蒸气压为3167. 4Pa,若在外压为101. 3kPa的空气中，求水的饱和蒸气压 为多少？空气在水中溶解的影响可忽略不计.解:外压与蒸气压的关系，空气不溶解于水，可看成是不活泼气体MP% =呂*(以一九)p；是 无惰性气依时的蒸气压,久是当外压为A时有惰性气体存在时的蒸气压依题意得等温1%;=违占(仇一侃)b饮 167 4 = 8盘蕩98(】1 3X10H67.4)Vw( 1)=lg * mpl1 S1 m。一如= (10130033180Pa=68120Pa.13.根据所示碳的相图(图5-4),回答如下问题：曲线OA,OB,OC分别代表什么意思？(2)指出O点的含义，(3)碳在常温、常压下

8、的稳定状态是什么？(4)在2000K时增加压力，使石墨转变为金刚石是一个放热 反应，试从相图判断两者的摩尔体积哪个大？(5)试从相图上估计，在2000K时，将石墨转变为金刚石至少 夏加多大压力？解:(1)OA代表，金刚石与石墨的两相平衡线,OB表示液态图5-4C与石蜃的两相平衡线,OC代表金刚石与液相C的两相平衡线.(2)0点代表液态C,金刚石和石墨的三相点是QA,OB,OC的交点此点2=3,/=0,三相点的温度 压力皆由系统确定.(3)碳任常温，常压下稳定状态是石墨.(4)根据克拉贝龙方程.邈; 石墨(s)金刚石(S)d%T即为OA线的斜率为正.龛卷 0 HmV0,70匕解出汐S =5556

9、. 87Pa Ph2o=5556. 9Pa15.水(A)与氯苯(B)互溶度极小，故对氯苯进行蒸汽蒸谓.在101. 3kPa的空气中，系统的共沸点为 365K,这时氯苯的蒸气分压为29kPa.试求(1)气相中氯苯的含St加(2)欲蒸出1000 kg纯氯苯，需消耗多少水蒸气？已知氯苯的摩尔质量为112. 5gmor1.解：在/空气中氯苯的蒸气压为29kPa,则水的蒸气压为泪岂。9Q刃=伽/P Pe= - 286an W：/Mb = 29 卩：町/必一(1013-29)1000Kg/112 5g mo= 39kPaWAZ18g moP1 一 亦丽石叭=叫o=398. 9kg希消耗水,39& 9kg.

10、16.在273K和292K时，固体苯的蒸气压分别为3. 27kPa和12. 30kPa,液体苯在293K时的蒸气压为10. 02kPa.液体苯的摩尔蒸发熔为34.14 kJmor1.试求(D303K时液体苯的蒸气压；(2)固体苯的摩尔升华焙；(3)固体苯的摩尔熔化焙.解:(1)克拉贝龙方程式：1、/in AQ1 n _一 34 17kJ / 1 1 、“化 / 0, 2kI a_ 8. 314J K1 - mol-1( 293K _ 303K)/2 = 15. 92kPa.(2)同理：1少2/门=辔(+卡)In 30 = AEsl x ( 1)m 3.27 & 314 273K 393K7Hm

11、=4405kJ mol1.亠弘Hm Hm= 44. 05-34. 17=9. 88kJ mor1.17.在298K时，水(A)与丙醇(B)的二组分液相系统的蒸气压与组成的关系如下页表所示，总蒸气压 在xH=0. 4时出现极大值：00. 050. 200. 400. 600. 800. 901.00伽/Pa01440181318932013265325842901如/Pa31684533471947864653416036682901(1)请画岀p-x-y图并指岀各点、线和面的含义和自由度；(2将=056的丙醇水溶液进行精協精懈塔的顶部和底部分别得到什么产品？(3)若以298K时的纯丙醇为标准态

12、，求xb=0. 2的水溶液中，丙醇的相对活度和活度因子.解：(1)最低恒沸点O,当丁为定值时其自由度为0.AOB为液相线，表示液体刚开始汽化出现气相 T不变时以上的自由度为0=1. f=2AO.OB为气相线，表示液体全部气化，同理/=1AO.OB以下为气相=1,/= 2两线之间的部分0=2,/=1(2)在xb=0. 56时进行精憎塔顶得到恒沸混合物塔底得到纯GH&O.(3)在298K时，以纯丙醇为标准态 根据Pb=Pb Qb(在工=02时)Qb = Pb/b =0. 625 *B=aB/如=将孕=3.125.18.在标准压力lOOkPa下乙醇(A)和乙醇乙酯(B)二元液相系统的组成与温度的关系

13、如下表所示:图5-7乙醇和乙酸乙酯的二元液相系统有一个最低恒沸点诸根据表中数据:(1)画出乙醇和乙酸乙酯二元液相系统的T-x-y图；(2)将纯的乙醇和纯的乙酸乙酯混合后加到精馆塔中, 经过足够多的塔板，在精懈塔的顶部和底部分别得到什么产 品？解：最低恒沸点时,刊=刘=0. 538,相图如图57.(2)把纯的乙醇和纯的乙酸乙酯混合后，若hbV0538 时，则精懈后在塔底得到乙醇，在塔顶得到恒沸混合物=0.538时得到恒沸混合物xb0.538时，塔底得到乙酸乙酯，塔顶得到恒沸混合 物.19.在大气压力F水(A)与苯酚(B)二元液相系统在341. 7K以下都是部分互溶水层(1)和苯酚层 (2)中,含

14、苯酚(B)的质量分数咖与温度的关系如F表演所示：T/K2762973063123193233293333343353383B& 97.8&07.89.711.512.013.614.015.11&5咖75.571.169.066.564.562.060.057.655.454.050.0(1)画出水与苯酚二元液相系统的T-x图；(2)从图中指岀最高会溶温度和在该温度下苯酚(B)的含量；(3)在300K时,将水与苯酚各1.0kg混合，达平衡后，计算此时水与苯酚共純层中各含苯酚的质量分 数及共純水层和苯酚层的质量；(4)若在(3)中再加入1.0kg水，达平衡后,再计算此时水与苯酚 共梔层中各含苯酚

15、的质量分数及共呃水层和苯酚层的质量.解：(1：相图大致如图5-8.(2)部分互溶的双液体系，在帽形区内系统分两相,称为共辘层， A与A为共馳配对点，两共辘层的组成的平均值与温度近似呈线性 关系，平均值对应点的连线与平衡曲线的交点所对应的温度即为会 溶温度.先求平衡点连线得会溶温度约为339. 6K,苯酚的含斌约为：图5-833. 3%.(3)在300K时，从图中得出，処(1) = 7.9%, s(2) =70.4%设水层中总重量为:Wh2。，酚层总重量为W鹭.0+=2.0kg且 20 uu(2) = lkg解得：VVoO. 643kg. = 1. 357kg.(4)在相同温度下，加入lkg水后

16、，则 不变仙(1= 7. 9% sb= 70. 4%有：奶(2) = 1 kg解出：WI12o = 1.751kg 1.249kg.20.已知活泼的轻金属Na(A)和K (B)的熔点分别为372. 7K和336. 9K, 两者可以形成一个不稳定化合物Na2K (s),该化合物在280K时分解为纯金属 Na(s)和含K的摩尔分数为刊=0.42 的熔化物在258K时,Na(s)和K(s)有 一处低共熔化合物,这时含K的摩尔分 数为xB=0. 68.试画出Na(s)和K(s)的 二组分低共熔相图，并分析各点、线和 面的相态和自由度.解:0点为转熔温度，三相共存/ =0MNDE以上，熔液单相区,0=1

17、 C=2 / =2MNOF区，两相平衡(Na(s)与熔液)厂=1NOID区,化合物NazK与熔液两相平衡广=1EDK区，K(s)与熔液两相平衡f =1FOHG 区,Na(s)与 Na2K(s)两相平衡 f =1K/HJ区，K(s)与Na2K(s)两相平衡厂=1NOF线三相平衡(Na(s)与Na2K(s)及组成为N的熔液)广=1JDK线三相平衡(K(s)与NazMs)及组成为D的熔液)广=121.在大气压力下,NaCl(s)与水组成的二组分系统在252K时有一个低共熔点，此时H2O(s)2H2O (s)和质量分数为0. 223的NaCl水溶液三相共存.264K时,不稳定化合物NaCl2H2O(s

18、)分解为NaCKs) 和质量分数为0. 27的NaCl水溶液.已知NaCI(s)在水中的溶解度受温度的影响不大，温度升高溶解度略 有增加.(1)试画出NaCKs)与水组成的二组分系统的相图，并分析各部分的相态；(2)若有1. 0kg的质量分数为0. 28的NaCl水溶液，由433K时冷却到263K,试计算能分离岀纯的 NaCKs)的质疑.解：(1)EDK以上为溶液(L)单相.EFD 为 H2O(s)+LFDH1 为 H2O(s)+NaCl 2H2O(s)DHOG 区域为 NaCl 2H2O(s) + LKGOJ 为 NaCKs)+L图 5-10OHIJ 为 NaCKs)4-NaCl 2H2O(

19、s) 先确定D点的位置,22.3%,O点由是隔订；即NaCl在不稳定化 合物中的百分含量求岀为62%.G点处的sb为27%(不稳定化合物分解成 无水NaCl与27%的NaCl水溶液).(2)1.0kg28%的 NaCl 溶液，从 433K 冷却 到274K时，析岀NaCKs)在两相半衡线上，其析岀NaCl的量，可以 由杠杆规则求算. GM=Wnck MJ 即 卬7(28一27)%=可3 (100一28)%+Ws = 1.0kgWmi =0. 0137kg13 7g在264k时溶液的浓度为27%,温度再下降,生成降浓度的溶液和不稳定化合物NaCl 2H?O故析出 纯 NaCl 为 13. 7g.

20、22.Zn(A)与Mg(B)形成的二组分低共熔相图具有两个低共熔点一个含Mg的质虽分数为0.032,温 度为641K,另一个含Mg的质量分数为0. 49,温度为620K,在系统的熔液组成曲线上有一个最高点含Mg 的质董分数为0.157,温度为863K.已知Zn(s)和Mg(s)的熔点分别为692K和924K.(1)试画出Zn(A)与Mg(B)形成的二组分低共熔相图，并分析各区的相态和自由度；(2)分别用相律说明，含Mg的质量分数为0. 80和0. 30的熔化物，在从973K冷却到573K过程中的相 变和自由度的变化；(3)分别画出含Mg的质量分数为0. 80,0. 49和0. 30的熔化物，在

21、973K冷却到573K过程中的步冷曲 线.图 5-13(1)指出各相区分别由哪些相组成？(2)图中三条水平线分别代表哪些相平衡共存？(3)分别画出从点将熔化物冷却的步冷曲线.解:GJEH以上代表熔液(L)；GCJ代表白硅石固体(s)+L JEW代表莫来石($+L；CABD代表白硅石(s) +莫来石($) AKMB代表鳞石英(s)+莫来石(C$HEF 刚玉($)+LIMNF 莫来石(s) +刚玉(s)(2)三条水平线AB,化表莫来石、鳞石英与白硅石共存CD.代表,L+白硅石(s)+莫来石(s) EF,代表,L+莫来石($)+刚玉(C.23过程中，相数为2 (L+ZmMgO),广=13 点时相数为

22、 3 (I.+ZnzMg(s) + Mg(s)】 厂=034 相数为 2 (Zn2Mg(s) + Mg(s),/- 2=1)80%的与此相近，注意此处已注明妙，厂相应滅少1,(与浓度未标明的相比).(3)步冷曲线(如图512)23.SiO-Al2Q,二组分系统在耐火材料工 业上有重要意义，所示的相图(图5是SiQS 5-13-AbQ二组分系统在高温去的相图，莫莱石的组成为2AbQ3SiQ,在高温下SiQ有白硅石和鳞石英 两种变体,线是两种变体的转晶线，在AB线之上是白硅石，在AB线之下是鳞石英.(1)指出各相区分别由哪些相组成？(2)图中三条水平线分别代表哪些相平衡共存？(3)分别画出从点将熔

23、化物冷却的步冷曲线.解:GJEH以上代表熔液(L)；GCJ代表白硅石固体(C+L 丿EZD代表莫来石($+L；CABD代表白硅石(s) +莫来石($) AKMB代表鳞石英(s) +莫来石(s)；HEF 刚玉(s)+LIMNF 莫来石(s)+刚玉(s)(2三条水平线AB,化表莫来石、鳞石英与白硅石共存CD,代表丄+白硅石(C+莫来石(s)EF,代表丄+莫来石(s)+刚玉(s).(3)图 5-1424.分别指出下列三个二组分系统相图(图5-15)中，各区域的平衡共存的相数、相态和自由度.图 5-15解:(1)1熔液，液相L 各区域r均为22.固熔休，单相3.固熔体+熔液(L)4.稳定化合物(s)+

24、熔液(L)5.稳定化合物(C+熔液(L)6.Pb(s)+ 熔液(L)7.Mg($)+稳定化合物(C&稳定化合物(5)+P&(5.(2)1.熔液(L)2.熔液(L) +固熔体a3.固熔体a4.固熔体b+熔液5固熔体b&固熔体a+固熔体方 厂=2.(3)1.液相畑2B(s+液相畑3.液相F(L+液相2)4.C(s)+L5.C(s)+B(s)6.C(Q+L7.固溶体+L&固溶体9.固溶体+C(s) f =2.25.UR(s),UF4(1)的蒸气压与温度的关系分别由如下两个方程表示，试计算UF2(s),UF,(1),UF4(g) 三相共存时的温度和压力.比迖暑=4 了呼ra T解:三相找疗时,/,了相

25、同pnp(c)/Fa=29. 43型器求解：p=146.23kPa, 丁 =336.4KUF4(s)、UF(c).UF4(g)三相共存的温度为 336. 4K,压力：146. 23kPa.26某高原上的大气压力只有61. 33kPa,如果将下列四种物质在该地区加热，问哪种物质会直接升华? 为什么？物 质汞苯氯苯氮三相点温度T/K234.3278. 6550.293.0三相点压力p/Pa0. 0001748135730068700解:物质由固态直接变为气态叫升华,从相图上可以看出. 要达到升华，物质的三相点的压力必须在大气压力(高原) 之上加热才能直接升华，只有氮气的三相点压力值大于高原 上的大气压力值，故只有固态氮在高原上加热时能升华27.电解溶融的LiCl(s)制备金属锂Li(s)时，常常要加一 定量KCl(s),这样可节约电能.已知LiCKs)的熔点为878K, KCl(s)的熔点为1048K,LiCl(A)与KCKB)组成的二组分物系 的低共熔点为629K,这时含KCKB)的质量分数为处=0. 50. 在723K时,KC1(B)含量