物理化学相平衡作图-考研试题文档资料系列.DOC

题目部分，(卷面共有23题,230.0分,各大题标有题量和总分)一、填作图(23小题,共230.0分)1(10分)根据图(a)，图(b)回答下列问题（1） 指出图(a)中，K点所代表的系统的总组成，平衡相数及平衡相的组成；（2） 将组成x(甲醇)=0.33的甲醇水溶液进行一次简单蒸馏加热到85 °C停止蒸馏，问馏出液的组成及残液的组成，馏出液的组成与液相比发生了什么变化？通过这样一次简单蒸馏是否能将甲醇与水分开？（3） 将(2)所得的馏出液再重新加热到78 °C，问所得的馏出液的组成如何？与(2)中所得的馏出液相比发生了什么变化？（4） 将(2)所得的残液再次加热 到91 °C，问所得的残液的组成又如何？与(2)中所得的残液相比发生了什么变化？（5） 欲将甲醇水溶液完全分离，要采取什么步骤？2(15分)已知Ag-Cu相图如图所示：（1）填表；相区 相数相态及成分¦IIIIIIDE线A点P点 （2）今有组成为P的液态合金，画出其步冷曲线，写出步冷曲线经a，b各相点时相应的相态变化。3(12分)A-B系统的固-液平衡相图如下：（1）列表指出各区的相态及成分；（2）画出aa,bb,cc 的冷却曲线的示意图；（3）欲从a 系统中得最大量的纯结晶A，应该采取什么操作条件？4(15分)A和B二组分的t-xB相图如下，tA*，tB*分别为纯A和B的熔点。 （1）试列表格给出各相区及FED线上的相数、相的聚集态及成分、条件自由度¦ ；（2）在t 时间的坐标上画出系统从状态m变化到n的步冷曲线。5(12分)盐MA及其水合物MA×3H2O的相图如下图所示：（1）标各相区的相态及成分；（2）若把组成为P的溶液，一直冷到完全固化，叙述其相变化；（3）叙述组成为P的溶液，在50 °C时蒸发至干的相变化过程。 6(15分)已知Mg-Ge相图如下图：（1）将图中I，II，III 及B点所代表的相区的相数、相态及成分、条件自由度数¦列表；（2）Mg-Ge 形成的化合物为_化合物（填“相合熔点”或“不相合熔点”），其熔点为_；（3）共晶温度分别为_和_；相应的共晶变化为_和_；（4）从含Ge为x (Ge)=0.80 的液态合金中最多能分离出_kg纯Ge(s)。(设系统总质量为100 kg。)7(12分)A，B 二组分凝聚系统相图如下： （1）分别绘出系统a, b, d的冷却曲线（绘于右图相应位置注意温度的对应关系）示意图；（2）写出 ， 区（见图）内的相态及成分和条件自由度数；（3）点F，L，G 的组成（wB）分别为0.55 ，0.75，0.95，10 kg系统d冷至温度达L点时，固体和溶液的质量各为多少千克？上述溶液中还含有多少千克B ？8(12分)已知二组分A，B 系统相图如下：（1）画出a，b，c 三系统由t1冷却到t2的步冷曲线，注明其转折点处相态的变化；（2）列表标出各相区的相态及成分。水平线EFGH 及垂直线DS上系统的条件自由度数；（3）使系统P降温，说明达到M，N，Q，R 点时系统的相数。 9(15分)图为A，B二组分凝聚系统平衡相图。t，t 分别为A，B 的熔点。（1）请根据所给相图列表填写I 至 VI 各相区的相数、相的聚集态及成分、条件自由度数；（2）系统点a0 降温经过a1，a2，a3，a4，写出在a1，a2，a3 和a4点系统相态发生的变化。 10(12分)某二组分凝聚系统相图如下；（1）说明各区的相态及成分；（2）分别绘出a，b，c，d各点开始冷却的步冷曲线，并注明冷却曲线转拆处的相态变化及曲线各段的相态。11(15分)A和B固态时完全不互溶，101 325 Pa 时A(s)的熔点为30，B(s)的熔点为50，A和B在10具有最低共熔点，其组成为xB,E=0.4，设A和B相互溶解度曲线均为直线。（1）画出该系统的熔点-组成图（t-xB图）；（2）今由2 mol A 和8 mol B 组成系统，根据画出的t-xB图，列表回答系统在5，30，50时的相数、相的聚集态及成分、各相的物质的量、系统所在相区的条件自由度数。12(10分)固体A，B的熔点分别为700°C，1000°C，二者不生成化合物。在500下，有wA=0.20和wA=0.60溶液分别与固相成平衡，粗略地画出此系统相图，并在相图右边相应位置画出wB=0.20温度由800冷却至液相完全消失后的步冷曲线。13(8分)A和B两种物质的混合物在101 325Pa下沸点-组成图如图，若将1 molA和4 molB混合，在101325 Pa下先后加热到t1=200 °C，t2=400 °C，t3=600 °C，根据沸点-组成图回答下列问题：（1）上述3个温度中，什么温度下平衡系统是两相平衡？哪两相平衡？各平衡相的组成是多少？各相的量是多少(mol)？（2）上述3个温度中，什么温度下平衡系统是单相？是什么相？14(5分)下面是水的相图。 （1）Oa是平衡曲线； Ob是平衡曲线； Oc是_平衡曲线；（2）O点称为_点； Oa线中止于a点，a点称为_点；（3）处于d点的水称为_水，它与水蒸气达到的平衡称为_平衡。15(6分)A，B液态完全互溶液态混合物对拉乌尔定律产生最大正偏差 （1） 指出A，B两个图中哪个图是在一定温度下的压力-组成图(p-x )及一定压力 下的t-x图？（2）写出两个图中各区域稳定存在的相态。16(5分)A，B两液态物质可完全互溶，在同温度下p*A< p*B。在一定压力下，将A，B溶液在一精馏塔中进行精馏，若塔足够高，无论溶液的组成如何改变，在塔顶只能得到xB=0.7的恒沸混合物，试绘出在一定温度下的上述系统的蒸气压一组成图。17(5分)已知A, B两种液体完全互溶，且p*B>p*A，在常压下具有最低恒沸混合物组成为D。(1) 试画出该系统的T-x图，p-x图；(2) 若有一组成介于B与D之间的A，B二组分溶液，经精馏后，在塔顶和塔底各得什么产物？18(10分)A,B两种液体在液态完全互溶且可形成最高恒沸系统，若A的正常沸点(摄氏度)为B的两倍，试作101.3 kPa下的温度-组成图，标出图中各区的相态及成分，设恒沸组成为xO，xA=1-xB，问在恒沸组成处是xA>xB，还是xA<xB或xA=xB？又问：在恒沸组成左侧图中的相区两相平衡时是yB>xB还是yB<xB？19(10分)图为碳的相图，问：（1）O点是什么点；（2）曲线OA，OB，OC分别表示什么？（3）常温常压下石墨，金刚石何者是热力学上的稳定相；（4）在2000 K把石墨转变成金刚石需要多大压力？（5）在任意给定的温度和压力下，石墨和金刚石那个体积质量（密度）大？如何证明？已知C(石墨) ®C(金刚石) DHm<0。20(8分)单组分硫的相图如图所示： (1)图中实线、虚线各表示什么？(2)三相点O，B，C和亚稳三相点b各表示哪三相平衡？21(8分)画出在通常压力下的水的相图(示意图)，并标出图中各相区的稳定相，写出各条线上有哪几相共存；平衡共存的最多相数为多少？注明它在图中的位置，标出其温度和压力值。22(5分)水的相图(示意图)如下： (1)标出各区的稳定相；(2)将系统开始处在e点，而后进行定压升温，直至a点，请写出各点的相态。23(5分)水的相图如下： 试分别说明图中(1)，(2)，(3)三个区，OA，OB，OC，三条线和O点各有哪些相平衡共存。=答案=答案部分，(卷面共有23题,230.0分,各大题标有题量和总分)一、填作图(23小题,共230.0分)1(10分)答案解：（1）如图(a)所示，K点代表的总组成x(CH3OH)=0.33时，系统为气、液两相平衡, L点为平衡液相, x(CH3OH)=0.15，G点为平衡气相，y(CH3OH)=0.52； （2）由图(b)可知，馏出液组成yB,1=0.52，残液组成xB,1=0.15。经过简单蒸馏，馏出液中甲醇含量比原液高，而残液比原液低，通过一次简单蒸馏，不能使甲醇与水完全分开； （3）若将(2)所得的馏出液再重新加热到78，则所得馏出液组成yB,2=0.67，与(2)所得的馏出液相比，甲醇含量又高了； （4）若将(2)中所得残液再加热到91，则所得的残液组成xB,2=0.07，与(2)中所得的残液相比，甲醇含量又减少了； （5）欲将甲醇水溶液完全分离，可将原液进行多次反复蒸馏或精馏。 2(15分)答案解：（1）相区 相数相态及成分¦ I2l (Ag+Cu), s (Ag+Cu)1II2l (Ag+Cu), s (Ag+Cu)1III2s1 (Ag+Cu), s2 (Ag+Cu)1线3lC , s1 , s20A点2s (Ag), l (Ag)0P点1l (Ag+Cu)2 （2） 3(12分)答案解：（1） 相区(1) (2) (3) (4) (5) (6)相态及成分l(A+B) s (A)+l s (A)+s (AB) s (A)+l s (AB)+l s (AB)+ s (B) （2） 步冷曲线如图。 （B）欲从a 系统中得到最大量纯结晶A，应该使温度降低至接近三相线。 4(15分)答案解：（1）相区相数相的聚集态及成分条件自由度¦ 1l（A+B）22s（A）, l（A+B）12l（A+B）, s（A3B2）12s（A）, s（A3B2）12s（A3B2），l（A+B）1FED线3s（A3B2），s（B），l（A+B）0 （2）步冷曲线如图所示。 5(12分)答案解：（1）相区 相态及成分l(A+B) s (H2O)+l l+s (MA×H2O) s (H2O)+ s (MA×3H2O)相区 相态及成分s (MA×3H2O)+l l(A+B) l+s (MA) s (MA×3H2O)+ s (MA) （2）若把组成 为P的溶液一直冷却到完全固化，其相变过程为：当由P冷至A时析出s(MA×3H2O)，由A至B区为s(MA×3H2O)与溶液 两相平衡，到B为冰+ s(MA×3H2O)+溶液 三相平衡，至C为冰和s(MA×3H2O)两相平衡。 （3）组成为P的溶液，在50 °C时等温蒸发，当由P至Q时，出现s(MA×3H2O),由QR时为s(MA×3H2O)和溶液两相平衡，由R至V时，溶液浓度不断增加，V与U之间为溶液和s(B)两相平衡，至V则完全成纯s(B)。 6(15分)答案解：（1）相区相数相态及成分 f I2l(A+B)，s (C)2II2l (A+B) + s (C)1III2l (A+B), s (B)1B点2s (B)+ l (B)0 （2）相合熔点，1115 °C （3）680 °C , 635 °C , lD s(B)+ s(C), lE s(A)+ s(C) （4）m(Ge,s ) = =49 kg 7(12分)答案解：(1) (2)相区 相态s (A+B) s (C) +s (A+B) s (A)+l (A+B)自由度数 f 2 1 1 (3)溶液和固体各为5 kg，溶液中含B 为（5 kg´0.55）=2.75 kg 8(12分)答案解：（1） （2） 相区相态及成分1l(A+B)2l + s(D)3l +s (B)4s (A)+ l5s (A)+ s (D)6s(D)+s (B)线条件自由度数f 001 (3) M：l+s(A)二相，N：l+s(A)二相，Q：s (A) + s (D) +l三相，R：s (A) + s (D)二相。9(15分)答案解：（1）根据图列表如下： 相区相数相态及成分条件自由度f I1l(A+B)2II2s (A)+ l (A+B)1III2l (A+B), s (AB4)1IV2l (A+B)+ s (B)1V2s (A)+ s (AB4)1VI2s(AB4)+s (B)1 (2) a1 点：l a1 s(B) ( 三相共存 ) a 2 点：lp + s(B) s(C) ( 三相共存 ) a 3 点：lE s(A) +s(C) ( 三相共存 ) a 4 点：s(A) s(C) ( 二相共存 ) 10(12分)答案解：(1) 相区1 2 3 4 5 6相态及成分l(A+B) l+s(A) l+s(C) l+s(B) s(A)+s(C) s(C)+s(B) 11(15分)答案解： 系统温度t / °C 相数相的聚集态及成分各相的物质的量系统所在相区的条件自由度¦ 52S (A), S (B)1302S (B), l (A+B)1501l (A+B)2 12(10分)答案解：如图13(8分)答案解：(1)t2=400°C时，平衡系统是两相平衡。此时是液-气两相平衡。各平衡相的组成，如下图所示，为xB(l) =0.88 , yB=0.50=n(g)+n(l)=5 mol 解得：n(l)= 4.0mol；n(g)=1.0 mol (2) t1=200 °C时，处于液相； t 3 =600 °C时，处于气相。 14(5分)答案(1) 气-液；气-固；液-固 (2) 三相；临界； (3) 过冷；亚稳。 15(6分)答案解：(1) 图(a)为t一定下的p-x图， 图(b)为p一定下的t-x图。 (2) 图名称图（a） 图（b）相区 相态及成分l(A+B) l+g l+g g(A+B)g(A+B) l+g l+g l(A+B)16(5分)答案解：17(5分)答案解：(1)如图 (2)塔顶，恒沸混合物D 塔底 B 18(10分)答案解： 在x0 处xA>xB；在x0左侧图中的两相区，两相平衡时yB<xB。 19(10分)答案解：(1)O点是石墨、金刚石、液相共存的三相平衡点； (2)OA为石墨、金刚石之间的相变温度随压力的变化线； OB为石墨的熔点随压力的变化线； OC为金刚石的熔点随压力的变化线； (3)常温常压下石墨是热力学的稳定相； (4)从OA线上读出2000 K时约在p=65´108 Pa，故转变压力为 65´108 Pa；(5)OA线斜率为正值，dp/dT>0 = DH< 0 则DV< 0即V(金刚石)<V(石墨)， 则 r (金刚石)> r (石墨)。 20(8分)答案解：(1)实线OA表示 S(R) S(g)二相平衡， OB表示 S(M) S(g)二相平衡， BD表示 S( l ) S(g) 二相平衡， BC表示 S(M) S(l)二相平衡， OC表示 S(M) S(R)二相平衡， 虚线Ob表示 S(R) S(g)、亚稳平衡，即过热正交硫的蒸气压曲线， 虚线bB表示 S(R) S(l)亚稳平衡，即过冷液态硫的蒸气压曲线， 虚线bC表示 S(R) S(l)亚稳平衡，即过热正交硫的熔化曲线， 虚线OH表示 S(M) S(g)亚稳平衡，即过冷单斜硫的蒸气压曲线； (2) 根据本图有三相点：O点 S(R) S(M) S(g) 三相平衡， B点 S(g) S(M) S(l) 三相平衡， C点 S( l ) S(M) S(R) 三相平衡， b点 S(R) S(g) S( l ) 三相亚稳平衡，D点为临界点，若温度在D点以上，只有气相存在 。 21(8分)答案解： 水的相图如下： OC线 固 气 OA线 固 液 OB线 液 气 最多为三相平衡共存， 如图中O点叫三相点， 温度为0.01°C，压力为611 Pa。 22(5分)答案解：(1) 固态； 液态； 气态； (2) e 固态；d 固 液；c 液态；b 气 液；a气。 23(5分)答案解： 相区、线或点(1) (2) (3) OA OC OB O平衡相g l s g l l s s g s l g