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    指出下列平衡系统中的组分数C相数P及自由度F.doc

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    指出下列平衡系统中的组分数C相数P及自由度F.doc

    .-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) I2(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) I2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 = 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p。(2) 平衡时气、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, 6.5 25 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:00.10.20.40.60.80.950.9812.902.592.372.071.891.811.440.67001.081.792.652.892.913.093.133.17(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。100102.1104.4107.5113.8118.100.3000.5000.7000.9001.00000.1850.3740.5750.8331.000(1) 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 %;L2(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(L1)、液(L2)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)。(1)温度刚要达到共沸点时系统中尚无气相存在, 只存在两个共轭液相。系统代表点为。根据杠 杆原理 (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。 l1, B in A. l2, 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,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101.325 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101.325 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 + l2; 3, l2 + B(s); 4, l1 + A(s) 5, l1 + B(s); 6, A(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 (l1 + s1), 3 (l2 + 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,MgCu2,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 %, 680 C。 解:两稳定化合物的w(Cu)分别为

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