相平衡习题

第五章相平衡

一.选择题

1.二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

2.NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达平衡时有

(A)C=2，Ф=2，f=2；(B)C=1，Ф=2，f=1；

(C)C=2，Ф=3，f=2；(D)C=3，Ф=2，f=3；

3.固体Fe、FeO、Fe3O4与气体CO、CO2达到平衡时其独立化学平衡数R、

组分数C和自由度数f分别为()

(A)R=3；

(C)R=1；

4.FeCl3和

C

(A)C=3

(C)C=2

5.

(A)3种

6.2(g)+CO(g) CO2(g)+H2

7.298K

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

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

8.对恒沸混合物的描述，下列各种叙述中哪一种是不正确的？

(A)与化合物一样，具有确定的组成。(B)不具有确定的组成。

(C)

9.

(A)C=2，

(C)C=2，

10.在，压力为2P时沸腾，那么A在平衡蒸气相中的摩尔分数是多少？()

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

11.在PΘ下，用水蒸汽蒸镏法提纯某不溶于水的有机物时，体系的沸点:()

(A)必低于373.2K(B)必高于373.2K

(C)取决于水与有机物的相对数量(D)取决于有机物的分子量大小.

12.已知A和B可构成固溶体，在A中，若加入B可使A的熔点提高，则B在此固溶体体中的含量必()B在液相中的含量。

(A)大于；(B)小于；(C)等于；(D)不能确定.

二.填空题

1.a.一定温度下，蔗糖水溶液与纯水达到渗透平衡时的自由度数等于_____。

b.纯物质在临界点的自由度数等于______。

c.二元溶液的恒沸点的自由度数等于_______。

2.下列化学反应，同时共存并到达平衡（温度在900～1200K 范围内）： CaCO 3s)=CaO(s)+CO 2(g) CO 2g)+H 2(g)=CO(g)+H 2O(g)

H 2O(g)+CO(g)+CaO(s)=CaCO 3(s)+H 2(g) 问该体系的自由度为_______。

3.化工生产中经常用食盐水溶液作为冷冻循环液，从食盐在水中溶解度曲线可知，盐水体系有一定的低共熔点，因此在实际应用中，为了得到低温和不堵塞管道的效果，盐水浓度应采用_________________________为宜。

4.一般有机物可以用水蒸气蒸镏法提纯，当有机物的______________________和

5.=0.6=0.4X (g)、

X

(l)、的大小顺序为________________X =0.4的溶液进行精镏，塔顶将得到。

6.Ag ─Sn 体系的相图如下图所示。 (1)在相图上标明七个区域内存在的相；(2)C ％=___(3)(4)E (5)MFG

(6)，冷却温度越接近三.１..(A)CaSO 4(B)5(C)Na

+

K

+

NO 3-

KCl(s)，NaNO ２.根据相图和相律，试说明范氏气体(1)(2)(3)3.4.? 5.度

6.A 2B 并标出各

7.Au AuSb 2，在 1073K 并标

出所有的相

273.15

647.15

区名称。画出含50％Au之熔融物的步冷曲线。

8.高温时Cu—Sn二组份相图如图所示，填出6个所标相区中由哪几相组成。

(C稳定化合物)

9.下图为二元合金的等压相图，请按相律找出图中的错误之处。

10.苯(A)和二苯基甲醇(B)的正常熔点分别为6℃和65℃，两种纯态物不互溶，低共熔点为1℃，低共熔液中含

B为0.2(摩尔分数)，A和B可形成不稳定化合物AB2，它在30℃时分解。

(1)根据以上数据画出苯—二苯基甲醇的T-X示意图。

(2)标出各区域的相态。

(3)说明含B的摩尔分数为0.8的不饱和溶液在冷却过程中的变化情况。

11.请说明在固液平衡体系中，稳定化合物、不稳定化合物、固溶体三者的区别。

12.

13.

T-X图上

(a)

(b)

(c)

14.NaCl NaCl，B 点代表Na2

相？

四.

1.

34.17×

求(1)在

(2)

2.

288K

850和

3.某有机物与水不互溶，在标准压力下用水蒸汽蒸馏时，于90℃沸腾，馏出物

中水的质量百分数为24.0％，已知90℃时水的蒸气压为70.13kPa，请估算该有机物的摩尔质量。

4.定压下Tl、Hg及其仅有的一个化合物(Tl2Hg5)的熔点分别为303℃、

-39℃、15℃。另外还已知组成为含8％Tl的溶液和含41％Tl的溶液的步冷

曲线分别为下图：

Hg、Tl的固相互不相溶。

(1)画出上面体系的相图。(Tl、Hg的相对原子质量分别为204.4、200.6)

(2)

-70

一.

1.[答

2.[答

3.[答

C=S-R-R

f=C+2-Ф

4.[答

∴f*=2-Ф

5.[答

∴f*=2-Ф

6.[答

7.[答

f=c+3-Ф

8.[答

成才一定，即恒沸混合物的沸点随外压而改变。

9.[答](C)CH3COOH+C2H50H=CH3COOC2H5+H2O

C=S-R-Rˋ=4-1-1=2

f=C+2-Ф=2+2-2=2

10.[答](B)11.[答](A)12.[答](A)

二.填空题：

1.[答](a)f=C+3-Ф=2+3-2=3

(b)f**=C+0-Ф=1+0-1=0

(c)f*=C+1-Ф=1+1-2=0

f=C+2-Ф=1+2-2=1

2.[答]S=6,R=2,C=6-2=4∴f=4-3+2=3

3.[答]当温度略高于低共熔温度时所对应的组成。

4.[答]饱和蒸气压摩尔质量

5.[答]X B (g)>X B (总)>X B (l)得到纯A

6.[答]

1）.①熔液②熔液+纯Sn 固③Sn 固+Ag 3Sn 固④熔液+纯An 3Sn 固 ⑤熔液+固溶体⑥Ag 3Sn 固+固溶体⑦固溶体 2）.不稳定73.2 3）.96080

4）.5）.组成为M 6）.M 和三.1.[答Ф=2(固,b.NH 3c.S=5(Na

+

R'=1(Ф=1(液(s),Na +

,K

+

,

Cl -,NO 3-,H ,OH R=4(NaCl(s)=Na +

+Cl KCl(s)=K

+

+Cl NaNO 3+NO 3-H БO(l)=H

+

+OH -)

R'=2([H

+

]=[OH -][Na

+]+[K

+

]=[Cl C=S-R-R'=11-4-2=5 Ф=5(4f=C+2-Ф2.[答(3)f **

=C+0-Ф=1+0-1=0

每个物质的临界点的T 和P 均有定值。 3.[答]图中有以下几个错误

(1).0点为水的三相点，它是水在它三相点的蒸气压力下的凝固点，为273.16K 而通常的冰点为273.15K 是指在P=101325Pa 下被空气饱和的水和冰的平衡温度(由空气的溶入，使冰点下降0.0023K ，压力从三相点压力增加到大气压又使冰点下降0.0075K ，故冰点比三相点低0.01K)

(2).OA 线的斜率应为负值，压力增加时冰点降低。根据克拉贝龙方程

dP/dT=△H/T △V ，

水结冰后△H<0，△V>0，故dP/dT<0

A

C

B

610.6

273.15

647.15

水蒸气

冰

水

P/Pa

T/K

(3).OC线只能延到水的临界温度T=647.15K，因此修改后的水的相图如右所示。

4.[答]水的三相点是纯水、水蒸气和冰三相平衡共存的状态点，温度为273.16K、压力为610.6Pa，f=0。而水的冰点则是指被空气饱和的水在101325Pa下与冰共存的温度，即273.15K，由于空气和水组成二元体系，所以

f=2-3+2=1，即体系仍有一个自由度，若压力改变时，冰点也随之改变。

物系点:是指描述体系总组成的点；相点:是描述某相组成的点。

5.[答]根据克劳修斯～克拉贝龙公式

气～固平衡时：(dp/dt)s-g=△sub S m/△sub V m=S m(g)–S m(s)/V m(g)-V m(s)

气～液平衡时：

∵S m(g)>S m(l)>S m(s)V m(g)>>V m(l),V m(g)>>V m(s)

(dp/dt)l-g=△vap S m/△vap V m=S m(g)–S m(l)/V m(g)-V m(l)

6.[答

TL

FL+B

GN

CED

A+A2

AA2

X B→

7.[答

W B

*

W B%→

8.[答

3.

5.

9.[答]错误有二：

其一是：CEFD线为三相共存，f=0故应为水平线而非斜线。

其二是：E、F两点应重合而不应分开。

10.[答]

(1)图如下

(2)各区域的相态在下图中标出。

(3)含B为0.8的不饱和溶液为P(如图)冷却到PА时有纯固相B

析出，继续冷却固相不断析出，溶液组成沿PАD曲线变化，当冷到30℃时，发生下列反应：

溶液(组成为D)+固相B→固体AB2(不稳定化合物)

此时体系三相平衡，f *

=0，温度不能改变，随温度不断冷却固体

AB 2不断增加，液相量不断减少，直到溶液全部消失，剩下固体B 和AB 2，温度又不断下降。

11.[答]稳定化合物在固液平衡时，二相组成相同，在相图上具有最高熔点。不稳定化合物在固液平衡时，二相组成不同。加热时，在熔点之前它就分解为另一固相和组成与它不相同的液相，在相图上不具有最高熔点。固溶体是混合物，不是化合物，它没有固定的组成，其组成可在一定的范围内变化。 12.[答]

(1)相同之处：都是一个液相和两相固相平衡共存；自由度为零。

不同之处：(a)低共熔过程的液相成分介于与之平衡共存的两个固相成分之间；而转熔过程的液相成分不处于与之平衡共存的两个固相成分之间。

(b)反应不同。共熔反应为：液相＝固相(Ⅰ)+固相(Ⅱ) (c)(2)13.[答]

(1) (5)L+(7)α14.[答2.A(固)+) 3.A(固) 4.B(固)+) 5.B(固) 溶液)

四.1.[答vap H m

/R)×(T 2-T 1)/(T 2T 1)

∴P(303.2K)=15911Pa

(2)△sub H m ={RT 1T 2(T 2-T 1)}ln(P 2/P 1=44122J.mol -1

(3)△sub H m =△fus H m +△vap H m ∴△fus H m =9952J.mol -1

2.[答]T b =(2/3)×673k=449k △vap H m ≈88×449=39.5kJ.mol -1

dP/dT=△fus H m /(T f ×△V m ) △fus H m =6.42kJ.mol -1

△sub H m =△vap H m +△fus H m =45.9kJ.mol -1

L A +S A L B +S B L C +S C

f *=C+1-Ф=1+1-2=0 L D +S D L+β L+а+β S A +Lg+Sc f *=C+1-Ф =2+1-3=0

3.[答]以B代表有机物，90℃时，P*(H2O)=70.13kPa

∴P B*=(101.325-70.13)kPa=31.20kPa

取气相总质量为100g，则

W(H2O)=24.0gW B=(100-24.0)g=76.0g

P*(H2O)×W B70.13kPa×76.0g

∴M B=M(H2O)×──────=(18g.mol-1)×────────P B*×W(H2O)31.20kPa×24.0g

=128g.mol-1

4.[答

t/℃

50

-50

HgTi%→

(2)设-70

产量的