第六章 相平衡.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及自由度数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作为溶质在两不相互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡（凝聚系统）。解：（1） S-R-=1-0-0=1；P=2；F=C-P+2=1（2） S-R-=3-1-0=2；P=3；F=C-P+2=1（3） S-R-=3-1-1=1；P=2；F=C-P+2=1（4） S-R-=3-1-0=2；P=2；F=C-P+2=2（5） S-R-=3-0-0=3；P=2；F=C-P+1=26-2 已知液体甲苯（A）和液体苯（B）在90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n（g），n（l）。解：（1）理想液态混合物，A、B均适用拉乌尔定律，故有 （1） （2）由式（1）及式（2）得 （3） （4）联立式（3）与式（4），解得 ，（2）根据杠杆规则6-4 已知甲苯、苯在90下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22kPa和136.12kPa。两者可形成理想液态混合物。取200.0g甲苯和200.0g苯置于带活塞的导热容器中，始态为一定压力下90的液态混合物。在恒温90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92.00kPa时，系统内气、液两相平衡，两相组成如何？两相的物质的量各多少？解：（1）与开始产生气相平衡的液相，其组成同原始液态混合物，所以气相的压力为气相组成为 （2）与最后一滴液相平衡的气相，其组成同原始液态混合物上两式联立解得： (3) 原始液态混合物的组成为6-8 水-异丁醇系统液相部分互溶。在101.325kPa下，系统的共沸点为89.7。气（G）、液（L1）、液（L2）三相平衡时的组成w（异丁醇）依次为：70%、8.7%、85.0%。今由350g水和150g异丁醇形成的系统在标准压力下由室温加热，问：（1）温度刚要达到共沸点时，系统处于相平衡时存在那些相？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那些相？其质量各为多少？ 解：系统总组成为：150/（150+350）=30%（1） 存在液（L1）、液（L2）二相平衡，根据杠杆规则，得（2）存在液（L1）、液（L2）二相平衡，根据杠杆规则，得6-10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86.0kPa压力下用水蒸气蒸馏。已知：在此压力下该系统的共沸点为80，80时水的饱和蒸气压为47.3kPa。试求：（1）气相的组成（含甲苯的摩尔分数）；（2）欲蒸出100kg纯甲苯，需要消耗蒸气多少？解：（1）y甲苯=p甲苯/p=（86.0-47.3）/86.0=0.450（2）6-10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86.0kPa压力下用水蒸气蒸馏。已知：在此压力下该系统的共沸点为80，80时水的饱和蒸气压为47.3kPa。试求：（1）气相的组成（含甲苯的摩尔分数）；（2）欲蒸出100kg纯甲苯，需要消耗蒸气多少？解：（1）y甲苯=p甲苯/p=（86.0-47.3）/86.0=0.450（2）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（见教材p297）。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的样品的泠却曲线。解：各相区的相平衡关系及状态点为a、b的样品的泠却曲线如图所标注。HN那条线为液相线（液态熔体与固态熔体平衡线），而下方那条线为固相线（固熔体与液体熔体平衡线）。同理，NO那条线为液相线（液态熔体与固态熔体平衡线），而下方那条线为固相线（固熔体与液体熔体平衡线）。6-16 某A-B二组分凝聚系统相图如附图（见教材p297）。（1）指出各相区稳定存在的相；（2）指出图中的三相线。三相线上哪几个相成平衡？三者之间的相平衡关系如何？（3）绘出图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线，并注明各阶段时的相变化。解：（1）各相区稳定存在的相如图所注。（2）该图上有两条三相线，即efg线是固熔体与固熔体和液相L相平衡，hij线是液相L与固熔体和固熔体相平衡。（3）图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线如图右所示，aa1，组成为a的液态溶液降温，达到a1点时开始析出固熔体，进入两相平衡区，继续泠却达到a2时，开始析出第三相固熔体，成三相平衡，直至液体全部凝结成固熔体与固熔体后，即自a2后继续泠却进入固熔体与固熔体平衡区；组成为b的液态溶液降温，达到b1点时开始析出固熔体和固熔体，成三相平衡，继续泠却固熔体消失，进入液体l和固熔体，当泠却达到b3时，直至液体消失，然后进入固熔体单相区；组成为c的液态溶液降温，达到c1点时开始析出固熔体，进入两相平衡区，继续泠却达到c2时，开始析出第三相固熔体，成三相平衡，此后进入固熔体与固熔体两相平衡区。6-17 某A-B二组分凝聚系统相图如附图（见p297）。指出各相区的稳定相，三相线上的相平衡关系。 解：各相区的稳定相如6-17图中所标，为不同组成的、固溶体。两条三相线上的相平衡关系为abc线： ；efg线： 6-22 指出附图（教材p298）中二元凝聚系统相图如内各相区的稳定相，并指出三相线及三相平衡关系。解：各相区的稳定相如图所注：C1=C1（s），C2= C2（s），B= B（s）。该相图有三条三相线，即EFG线、HIJ线及NOP线：EFG线表示L+C1（s）三相