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经典相平衡习题

一、选择题(共11题20分)

1.2分(2738)

2738

二级相变符合的爱伦菲斯方程式是:

()

(A)

(B)

(C)

(D)

2.2分(2645)

2645

组分A和B可以形成四种稳定化合物:

A2B,AB,AB2,AB3,设所有这些化合物都有相合熔点。

则此体系的低共熔点最多有几个?

()

(A)3(B)4(C)5(D)6

3.2分(2404)

2404

在101325Pa的压力下,I2在液态水和CCl4中达到分配平衡(无固态碘存在),则该体系的自由度数为:

()

(A)f*=1

(B)f*=2

(C)f*=0

(D)f*=3

4.2分(2644)

2644

水与苯胺的最高临界溶点温度为T。

在某工艺中需用水萃取苯胺中的某物质时,操作的最佳温度应该是:

()

(A)T>T0(B)T

(C)T=T0(D)视具体情况而定

5.2分(2401)

2401

当乙酸与乙醇混合反应达平衡后,体系的独立组分数C和自由度f应分别为:

()

(A)C=2,f=3

(B)C=3,f=3

(C)C=2,f=2

(D)C=3,f=4

6.2分(2635)

2635

在二组分液体从高温冷却时,有时会产生包晶现象。

请问包晶属于什么状态?

()

(A)热力学平衡态(B)流动体系稳定态

(C)热力学不稳定状态(D)流动体系不稳定态

8.2分(2637)

2637

组分A与B可形成共沸混合物E,现欲将A+B的体系进行共沸蒸馏,将二组分分离,则E应该是:

()

(A)最高恒沸混合物(B)最低恒沸混合物

(C)A和B均可(D)A和B均不可

9.2分(2640)

2640

恒沸混合物在气、液两相平衡共存时的自由度为:

()

(A)0(B)1(C)2(D)3

*.1分(2437)

2437

在通常情况下,对于二组分物系能平衡共存的最多相为:

()

(A)1(B)2(C)3(D)4

11.1分(3139)

3139

一定温度压力下,化学反应吉布斯氏自由能ΔrGm=(G/)T,p,

与标准化学反应吉布斯自由能ΔrG相等的条件是:

()

(A)反应体系处于平衡(B)反应体系的压力为p

(C)反应可进行到底(D)参与反应的各物质均处于标准态

二、填空题(共10题20分)

13.2分(2312)

2312

研究多相体系的状态如何随、、等变量的改变而发生变化,并用图形来表示体系的状态的变化,这种图称为状态图或称为相图。

14.2分(2550)

2550

水的临界点的温度是647K,在高于临界点温度时,不可能用方法使气体液化。

16.2分(2555)

2555

下列二物均处于三相点平衡态。

当增加压力时,它们的平衡物系将变化:

H2O由变为。

CO2:

由变为。

17.2分(2434)

2434

在p压力下,NaOH与H3PO4的水溶液达平衡,则此体系的自由度为,其变量是。

18.2分(2422)

2422

N2(g),O2(g)体系中加入一种固体催化剂,可生成几种气态氮的氧化物,则体系的自由度为。

19.2分(2883)

2883

已知2Fe(s)+O2=2FeO(s)ΔrG

/J·mol-1=-519200+125T/K

(3/2)Fe(s)+O2=(1/2)Fe3O4(s)ΔrG

/J·mol-1=-545600+156.5T/K

由Fe(s),O2(g),FeO(s)及Fe3O4(s)组成平衡物系的自由度是______,平衡温度是____________K。

20.2分(2334)

2334

在密闭的容器中,CaCO3(s)和NH4HCO3(s)同时分解达到平衡后,体系中的相数是。

21.2分(2564)

2564

在A和B形成的凝聚体系的相图中(如下图所示),自由度为0的部位有哪些?

三、计算题(共4题50分)

22.15分(2369)

2369

试计算在272.65K下,欲使冰熔化需施加的最小压力应为多少?

已知水和冰的密度分别为

23.15分(9426)

9426

根据下表所列数据作出部分互溶液体A和B所形成的相图:

(1)确定最高会溶温度;

(2)在10C时,往100gA中慢慢的加入B,问加入多少克B时,体系开始变浑浊?

(3)在10C时,往100gA中加入B的质量为100g时,两共轭溶液的组成和质量各为多少?

(4)在10C时,至少应在100gA中加入多少克B,才能使A层消失?

(5)将100gA和150gB的混合液加热至30C时,计算此时两共轭溶液的组成和质量之比[m(A层):

m(B层)]各为多少?

(6)若将(5)中的混合液在恒定压力下继续加热,问加热到什么温度时体系由浑浊变清?

24.10分(2663)

2663

甲醇、乙醚和水形成部分互溶的三元体系,用下列方法绘制相图。

取一组不同配比的乙醚和水的混合液,在二组分混合液中乙醚的摩尔分数为x乙,20℃时,在各个混合液中逐步滴加甲醇,直至体系完全溶成一相,记下甲醇的摩尔分数x甲,实验数据列表如下:

设有5g甲醇、30g乙醚、50g水在20℃下混合。

问欲改变该体系的相数,需除去多少克水,或加入多少克水?

(试卷上需给三角坐标纸)

四、问答题(共1题10分)

26.10分(2605)

2605

请指出Al-Zn等压相图中1~9相区中的相态及自由度(其中,A,B分别为Al和Zn的熔点)。

一、选择题(共11题20分)

1.2分(2435)

2435

CuSO4与水可生成CuSO4ּH2O,CuSO4ּ3H2O,CuSO45H2O三种水合物,则在一定温度下与水蒸气平衡的含水盐最多为:

()

(A)3种(B)2种(C)1种(D)不可能有共存的含水盐

2.2分(2384)

2384

NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达平衡时,有:

()

(A)C=2,=2,f=2

(B)C=1,=2,f=1

(C)C=2,=3,f=2

(D)C=3,=2,f=3

3.2分(2403)

2403

将AlCl3溶于水中全部水解,此体系的组分数C是:

()

(A)1

(B)2

(C)3

(D)4

4.2分(2399)

2399

某体系存在C(s),H2O(g),CO(g),CO2(g),H2(g)五种物质,相互建立了下述三个平衡:

H2O(g)+C(s)

H2(g)+CO(g)

CO2(g)+H2(g)

H2O(g)+CO(g)

CO2(g)+C(s)

2CO(g)

则该体系的独立组分数C为:

()

(A)C=3

(B)C=2

(C)C=1

(D)C=4

5.2分(2678)

2678

对三组分体系而言,体系最多可以有几个自由度?

()

(A)2

(B)3

(C)4

(D)5

6.2分(2402)

2402

NaCl水溶液和纯水经半透膜达成渗透平衡时,该体系的自由度是:

()

(A)1

(B)2

(C)3

(D)4

7.2分(2392)

2392

将固体NH4HCO3(s)放入真空容器中,恒温到400K,NH4HCO3按下式分解并达到平衡:

NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)

体系的组分数C和自由度数f为:

()

(A)C=2,f=1

(B)C=2,f=2

(C)C=1,f=0

(D)C=3,f=2

8.2分(2599)

2599

Na2CO3可形成三种水合盐:

Na2CO3·H2O,Na2CO3·7H2O及Na2CO3·10H2O,常压下将Na2CO3(s)投入其水溶液中,待达三相平衡时,一相是Na2CO3水溶液,一相是Na2CO3(s),则另一相是:

()

(A)冰

(B)Na2CO3·10H2O(s)

(C)Na2CO3·7H2O(s)

(D)Na2CO3·H2O(s)

*.1分(2406)

2406

二元合金处于低共熔温度时物系的自由度f为:

()

(A)0

(B)1

(C)2

(D)3

11.1分(2841)

2841

化学反应等温式ΔrGm=ΔrG

+RTlnQa,当选取不同标准态时,反应的ΔrG

将改变,该反应的ΔrGm和Qa将:

()

(A)都随之改变

(B)都不改变

(C)Qa变,ΔrGm不变

(D)Qa不变,ΔrGm改变

二、填空题(共10题20分)

13.2分(2320)

2320

指出下列平衡体系的独立组分数:

(1)NaCl(s)、HCl(l)、H2O(l)的饱和水溶液。

(2)H2、石墨,催化剂,生成n种碳氢化合物所组成的化学平衡体系。

14.2分(2323)

2323

请填出下列体系的相数

=?

(1)雾:

(2)混合均匀的米粉和面粉:

15.2分(2554)

2554

冰的熔点随压力的增大而;正交硫的熔点随压力的增大而。

16.2分(2441)

2441

NaCl(s)和含有稀HCl的NaCl饱和水溶液的平衡体系,其独立组分数是。

17.2分(2335)

2335

298.15K时,蔗糖水溶液与纯水达到渗透平衡时,体系的组分数C=,相数

=,自由度f=。

18.2分(2638)

2638

若A和B可形成低共沸混合物E,欲在精馏塔中将任意比例的A和B的混合物分离。

则塔顶将馏出。

塔底将馏出。

19.2分(2438)

2438

含有KNO3和NaCl的水溶液与纯水达渗透平衡时,其组分数为,相数为,自由度数为。

20.2分(2395)

2395

下列化学反应,同时共存并到达到平衡(温度在900~1200K范围内):

CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

H2O(g)+CO(g)+CaO(s)=CaCO3(s)+H2(g)

问该体系的自由度为_______。

21.2分(2307)

2307

什么是自由度数?

三、计算题(共4题50分)

22.15分(2354)

2354

指出下列体系中的组分数:

(1)NaH2PO4在水中与水蒸气达平衡(忽略盐在溶液中电离的可能性);

(2)在上述体系中,考虑盐能完全解离成所有可能存在的离子;

(3)AlCl3在水中,考虑其水解作用和出现Al(OH)3沉淀。

23.15分(9427)

9427

由实验得酚-水体系的数据列于下表:

表中

分别代表酚在水层和酚层中的质量分数。

(1)根据表中数据绘制T-x图;

(2)确定临界溶解温度和临界浓度;

(3)若在312.0K时,将50g水和50g酚混合,达平衡后水层和酚层的质量各为多少?

水层中水和酚的质量各为多少?

24.10分(9410)

9410

用热分析法测得对二甲苯和间二甲苯的步冷曲线转折点如下表所示:

(1)绘制对二甲苯和间二甲苯的熔点-组成图;

(2)若有100kg含对二甲苯的摩尔分数为0.70的溶液由10C冷至-15C时,能析出对二甲苯多少?

(3)当继续降温时,可析出纯对二甲苯最多能有多少千克?

此时液相的质量为若干?

25.10分(2350)

2350

试求下列体系的自由度,并指出此变量是什么?

(1)在标准压力下,水与水蒸气达平衡;

(2)水与水蒸气达平衡;

(3)在标准压力下,在无固体I2存在时,I2在水和CCl4中的分配已达平衡;

(4)在25C时,NaOH和H3PO4的水溶液达平衡;

(5)在标准压力下,H2SO4水溶液与H2SO4•2H2O(s)已达平衡。

四、问答题(共1题10分)

26.10分(2366)

2366

下图是根据实验结果而绘制的白磷的相图。

试讨论相图中各面、线、点的含义。

一、选择题(共20题36分)

1.2分(2738)

2738

答:

(B)(2分)

2.2分(2645)

2645

答:

(C)(2分)

3.2分(2404)

2404

[答](B)

C=S-R-R'=3-0-0=3

f=C-Φ+1=3-2+1=2

4.2分(2644)

2644

答:

(B)(2分)

5.2分(2401)

2401

[答](C)

CH3COOH+C2H5OH=CH3COOC2H5+H2O

C=S-R-R'=4-1-1=2

f=C+2-Φ=2+2-2=2

6.2分(2635)

2635

答:

(C)(2分)

7.2分(2637)

2637

答:

(B)(2分)

8.2分(2640)

2640

答:

(B)(2分)

9.1分(2437)

2437

[答](D)Φ=C+2-f=2+2-0=4(2分)

*.1分(3139)

3139

[答](D)(1分)

11.2分(2435)

2435

[答](B)(2分)

因为等温下,f*=2-Φ+1Φ最多为3

所以,除水蒸汽相外,最多可有两种水合盐

12.2分(2384)

2384

[答](A)

13.2分(2403)

2403

[答](C)

14.2分(2399)

2399

[答](A)

C=C-R-R'=5-2-0=3

15.2分(2678)

2678

答:

(C)(2分)

因为

所以

体系中相数最少时,自由度最多。

且体系中最少应有一相,故

16.2分(2402)

2402

[答](C)

f=C+3-Φ=2+3-2=3

17.2分(2392)

2392

[答](C)S=4

C=S-R-R'=4-1-2=1

f*=C+1-Φ=1+1-2=0

18.2分(2599)

2599

[答](D)

据相图可判断

19.1分(2406)

2406

[答](B)

f=C+2-Φ=2+2-3=1

20.1分(2841)

2841

[答](C)

二、填空题(共18题36分)

21.2分(2312)

2312

答:

浓度温度压力(2分)

(注:

每错一个扣1分)

22.2分(2550)

2550

答:

加压的(2分)

23.2分(2555)

2555

答:

变为液态

变为固态(2分)

24.2分(2434)

2434

[答]f*=(s-R-R')-Φ+1=(3-0-0)-1+1=3(1分)

变量为温度T和任意两种物质的浓度。

(1分)

25.2分(2422)

2422

[答]f=3

26.2分(2883)

2883

[答]f=0;838K。

(2分)

K=2,=4,f=0ΔrG

=ΔrG

即得

27.2分(2334)

2334

答:

(4)(2分)

28.2分(2564)

2564

[答]F点(0.5分)

G点(0.5分)

CED线段上任意点(1分)

29.2分(2320)

2320

答:

(1)2,

(2)2(2分)

30.2分(2323)

2323

答:

(1)二相;

(2)二相(2分)

31.2分(2554)

2554

答:

降低升高(2分)

32.2分(2441)

2441

[答]2(2分)

33.2分(2335)

2335

答:

222(2分)

(注:

错一个扣一分)

(蔗糖、水)

(蔗糖水溶液、纯水)

在渗透平衡时,体系中有两个平衡压力,即

(纯水)和

(糖水),所以,相律为:

34.2分(2638)

2638

答:

(1)E;

(2)A或B。

视A和B的比例而定。

(2分)

35.2分(2438)

2438

[答]3(0.5分)

2(0.5分)

4(1分)

因为对于渗透平衡,相律应为f=C-Φ+3

36.2分(2395)

2395

[答]S=6,R=2,C=6-2=4

f=4-3+2=3

37.2分(2307)

2307

[答]相平衡体系的自由度数就是体系在不改变相的形态和相数时,可以独立变更的强度性质的最大数目。

(1分)

38.2分(2366)

2366

答:

(1)面:

相区AOC为气相区,COB为液相区,BOA为固相区。

(2)线:

.三条实线(分别是两个相区的交界线),在线上

,是两相平

衡,温度和压力只有一个是独立变量。

OC线是气–液平衡线,又称为蒸发曲线;

OB线是液–固平衡线,又称为熔化曲线;

OA线是气–固平衡线,又称为升华曲线。

.两条虚线EF和GH表示定压下升温时白磷的相变化情况。

恒定情况下升温,白磷将由固态变成气态,即白磷升华;

恒定情况下升温,白磷将由固态熔化为液态,然后再蒸发为气态。

由此可见,若要实现升华操作,必须将体系的压力控制在低于三相点的

压力。

(3)点:

O点是三相点,在该点三相平衡共存,

,即

p=21.20Pa。

C点是临界点,高于此温度时,无论加多大压力,白磷的气体均不能被液化。

(10分)

三、计算题(共8题100分)

39.15分(2369)

2369

答:

根据克拉贝龙方程:

dp/dT=fusHm/(fusVmT),当温度变化范围不太大时,fusHm和fusVm均可视作常数,在

间对上式积分得

fusHmln(T2/T1)/fusVm

(1)(4分)

如果令

,或

,当

很小时,则

(1)式可写成:

p(T2)=p(T1)+fusHm(T2-T1)/(fusVmT1)

(2)(4分)

fusHm=fusHM

(1分)

fusV

M(H2O)

(3分)

故p(272.65K)=p(273.15K)+fusHm(T2-T1)/(fusVmT1)=6.84MPa(3分)

40.15分(9426)

9426

答:

根据题给数据绘制相图。

Aw

B(3分)

(1)由相图看出最高绘溶点的温度为46C。

(1分)

(2)加入B使体系的状态到达

点时,体系开始变浑浊,算得加入B的质量为58.73g。

(3分)

(3)10C时,在100gA中逐渐加入B,加100gB时,两共轭溶液的组成分别为:

w

=0.37,w

=0.90。

根据杠杆规则算出

层溶液的质量分别为:

m(

)=150.9g,m(

)=49.1g。

(3分)

(4)经计算,至少应向100gA中加入900gB,才能使A层消失。

(2分)

(5)两共轭溶液的组成分别为:

w

=0.53,w

=0.84

它们的质量比为:

m(

):

m(

)=3.43(2分)

(6)从相图可见,加热至大约37C时,体系由浑浊变清。

(1分)

41.10分(2663)

2663

[答]

(1)根据题给数据,作出相图如下。

(3分)

(2)题中物系点a的各摩尔分数是:

(2分)

xM=0.047,x乙=0.121,x水=0.832

(3)连结Wa,交曲线于a1a2(5分)

a1点中:

x水=n水/(n水+n甲+n乙)n水=7.45mol

体系从a点移至a1点需加水:

m水=84.3g

同理:

a2点中,n水=0.23mol,体系从a点移至a2点需加水45.86g

42.15分(2354)

2354

答:

(1)

(2分)

(2)

(2分)

独立浓度关系为1

电中性关系为1

(2分)

独立化学平衡关系式

(2分)

所以,组分数

(0.5分)

(3)物种数

(2分)

独立化学平衡关系式

(2分)

电中性条件

(2分)

所以,组分数

(0.5分)

43.15分(9427)

9427

答:

(1)根据题给数据,绘制相图如下。

H2Ow(C6H5OH)C6H5OH(6分)

(2)T=339.1K,组成

(3分)

(3)根据杠杆规则求得:

酚层质量)=71.8g

水层质量)=28.2g(4分)

水层中水的质量)=26.0g

水层中酚的质量)=2.2g(2分)

44.10分(9410)

9410

[答]He是单原子气体,只有平动运动有贡献(电子不激发)

q=qt=(2mkT/h2)3/2×V(2分)

St,m=(5/2)R+Rln[(2mkT/h2)3/2×V](2分)

ΔSt,m=R{(5/2)+ln[(2mkT2/h2)3/2×V2]}

-R{(5/2)+ln[(2mkT1/h2)3

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