四川大学物理化学习题5第五章习题.pdf

1 第 五 章 相 平 衡 习 题 第 五 章 相 平 衡 习 题 2 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 小结小结 1 热力学基本原理应用于多相平衡体系热力学基本原理应用于多相平衡体系 Gibbs相律相律 f C 2 2 各种典型相图的分析各种典型相图的分析 I 单组分体系单组分体系 水的相图水的相图 m m d d Hp TTV Clapeyron方程式方程式 m 2 dln d Hp TRT Clausius Clapeyron方程式方程式 3 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 小结小结 II 二组分体系二组分体系 气气 液平衡相图 液 液平衡相图 液 液平衡相图液平衡相图 液相部分互溶双液系 理想的完全互溶双液系 非理想的完全互溶双液系 液相部分互溶双液系 理想的完全互溶双液系 非理想的完全互溶双液系 液相完全不互溶双液系液相完全不互溶双液系 4 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 小结小结 固固 液平衡相图液平衡相图 固相完全不互溶固相完全不互溶 形成简单低共熔混合物 生成化合物 固相部分互溶 形成简单低共熔混合物 生成化合物 固相部分互溶 体系有一低共熔点 体系有一转熔温度 固相完全互溶 体系有一低共熔点 体系有一转熔温度 固相完全互溶 居间熔点 最高熔点 最低熔点 居间熔点 最高熔点 最低熔点 5 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 1 NiO s Ni s 和和H2O g H2 g CO g 及及CO2 g 达平衡 时 达平衡 时C f CSRR 22 NiO s H g Ni s H O g 2 NiO s CO g Ni s CO g 6204 24323fC 6 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 2 FeCl3和水可以形成和水可以形成FeCl3 2H2O s 2FeCl3 5H2O s 2FeCl3 7H2O s 及及FeCl3 6H2O s 四种水合物 四种水合物 p 时 体系的组分数为 时 体系的组分数为 最多可有 最多可有相平衡 共存 此时 与 相平衡 共存 此时 与FeCl3 s 及饱和溶液共存的水合物 是 及饱和溶液共存的水合物 是 2002C 213f min 0 3f FeCl3 2H2O s 2 7 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 3 乙烯在其正常沸点乙烯在其正常沸点 103 9oC时的蒸发焓约为时的蒸发焓约为 kJ mol 1 蒸发过程熵变约为蒸发过程熵变约为J K 1 mol 1 1 1 88J K mol vapm b H T vapm S 14 89 88 4 正戊烷的正常沸点为正戊烷的正常沸点为36 1oC 在在1512kPa下 正戊 烷的沸点约为 下 正戊 烷的沸点约为 oC 1 88 27 22kJ mol vapmb HT 2 112 11 ln m Hp pRTT 2 415KT 142 8 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 5 AB二组分体系 若在溶液中加入组分二组分体系 若在溶液中加入组分A 溶液沸 点升高 则 溶液沸 点升高 则A在气相中浓度和在液相浓度谁大 在气相中浓度和在液相浓度谁大 0 A 1 B xB A T B T g l xAyA xA yA 9 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 6 甲 乙 丙三个小孩共吃一支冰棍 三人约定各 吃质量的 甲 乙 丙三个小孩共吃一支冰棍 三人约定各 吃质量的1 3 只准吸 不准咬 按年龄由小到大 顺序先后吃 结果乙认为这支冰棍没有放糖 甲 认为冰棍非常甜 丙认为他俩看法太绝对 这三 人的年龄大小是 只准吸 不准咬 按年龄由小到大 顺序先后吃 结果乙认为这支冰棍没有放糖 甲 认为冰棍非常甜 丙认为他俩看法太绝对 这三 人的年龄大小是 A 甲最大 乙最小 甲最大 乙最小 B 丙最小 乙最大 丙最小 乙最大 C 甲最小 乙最大 甲最小 乙最大 D 丙最大 甲最小 丙最大 甲最小 C 10 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 7 恒温密闭容器中 水和水蒸气平衡共存 现冲入惰 性气体 不与水反应 也不溶于水 则水蒸气压 力如何变化 恒温密闭容器中 水和水蒸气平衡共存 现冲入惰 性气体 不与水反应 也不溶于水 则水蒸气压 力如何变化 a 增加增加b 降低降低c 不变不变d 不能确定不能确定 a lg l AA ln p T gRT p l A ddln RTp l A T ln 1 T p pRTp m Vl RT 0 11 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 8 某二元凝聚体系相图如下 试绘出某二元凝聚体系相图如下 试绘出a b c d e各点代 表物系的步冷曲线 各点代 表物系的步冷曲线 A B t oC a b c d e t oC 时间时间 a b c d e 12 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 9 二组分固二组分固 液平衡相图如下 在区域液平衡相图如下 在区域I内能稳定存在 的相为 内能稳定存在 的相为 C D两溶液中两溶液中A的活度的活度aA C aA D or 物系物系P冷却到冷却到FD的温度时 体系三相平衡共存 继 续冷却 三相量的变化规律是 的温度时 体系三相平衡共存 继 续冷却 三相量的变化规律是 A C D相减少 相减少 F相增加相增加 B C相减少 相减少 F D相增加相增加 C D相减少 相减少 F C相增加相增加 D C F相减少 相减少 D相增加相增加 A B t oC F C D I II P 两个共轭溶液平衡共存两个共轭溶液平衡共存 A 3 13 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 10 指出下列二组分凝聚体系相图中各区域的相态和 自由度数 确定化合物 指出下列二组分凝聚体系相图中各区域的相态和 自由度数 确定化合物C的组成 的组成 Pb Mg的相对原 子量为 的相对原 子量为207 2和和24 3 0 20 40 60 80 100 Mg wB Pb t oC 1 2 3 4 5 6 7 8 81 l s sl C sl C sl B sl C ss B C ss 221 1 1111 PbmMgn Pb PbMg 81 100 mM mMnM m n 1 2PbMg2 f 相态相态 4321区域区域 8765 14 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 11 A B二组分的正常熔点分别为二组分的正常熔点分别为10oC 55oC 两种 纯固态物不互溶 低共熔点为 两种 纯固态物不互溶 低共熔点为5oC A B形成不稳 定化合物 形成不稳 定化合物AB2 它在 它在30oC 分解 分解时熔融液相 组成 分解 分解时熔融液相 组成xB 0 4 将组成为 将组成为xB 0 12的的100g熔融液体冷却 至接近 熔融液体冷却 至接近5oC时析出固态纯时析出固态纯A40g A B的式量分别为的式量分别为 40 60 根据以上数据画出 根据以上数据画出A B二组分体系的二组分体系的T x 图 注明相态 图 注明相态 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 A xB B t oC 60 40 20 0 C 确定低共熔点组成确定低共熔点组成 E s WEQ WEO 总总 O Q 40 400 12 100 57 6 x x 0 28x l l B s l C s B s C s B s A s l A s B 0 12 57 6M x 15 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 12 由相图回答下列问题 由相图回答下列问题 1 指明各区域相态 指明各区域相态 toC 0 20 40 60 80 100 A wB B g g l l l A s A s B s B s l P 3 利用相图设计将恒沸 混合物分离提纯的方案 利用相图设计将恒沸 混合物分离提纯的方案 2 将一组成为 将一组成为P的溶液 精馏可得何物 的溶液 精馏可得何物 精馏釜低 馏出液 精馏釜低 馏出液 纯纯B 恒沸混合物恒沸混合物 恒沸混合物恒沸混合物冷却至低共熔点冷却至低共熔点 纯固体纯固体A l过滤过滤 纯固体纯固体A l升温精馏升温精馏 纯液体纯液体B 恒沸混合物恒沸混合物 16 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 13 25oC时时A B形成的溶液形成的溶液 1 与蒸气达平衡与蒸气达平衡 若将平衡蒸 气取出冷凝 若将平衡蒸 气取出冷凝 所得凝聚液的正常沸点为所得凝聚液的正常沸点为40oC 已知已知A B 二组分体系的二组分体系的p x图和图和T x图如下所示图如下所示 试根据图确定 出溶液 试根据图确定 出溶液 1 的组成及其平衡蒸气的组成和总蒸气压 的组成及其平衡蒸气的组成和总蒸气压 g l 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 A xB 25 25o oC C B p 0 8 0 6 0 4 0 2 0 l g 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 A xB p B t oC 60 50 40 30 20 xB 0 6 溶液溶液 1 xB 0 9 p 0 3 p 17 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 14 以以 10oC纯水为标准态 求纯水为标准态 求10 的 的NaI水溶液温度 降低至 水溶液温度 降低至 10 7oC 此时冰与饱和溶液平衡共存 饱和 溶液中水的活度 已知水的凝固热为 此时冰与饱和溶液平衡共存 饱和 溶液中水的活度 已知水的凝固热为 600 8J mol 1 解 解 sl AAAA lnRTa s AAA p p lna TTRT ss lmlm 2 p 1 GH RTTRT A s ln lm A2 0 A 1 dlnd f f aT T H aT RT s lm A A 11 ln 0 0108 ff H a RTT A 0 989a 18 四川大学化学学院 物理化学教研室 童冬梅 15 Ni Cu体系从高温逐渐冷却时得到下列数据 试 画出体系的相图并指出各区域的相态 含 体系从高温逐渐冷却时得到下列数据 试 画出体系的相图并指出各区域的相态 含Ni50 的合金从 的合金从1673K冷到冷到1475K 什么温 度开始有固体析出 析出固相组成为多少 最后 一滴熔化物凝结时温度是多少 此时液体熔化物 组成为多少 什么温 度开始有固体析出 析出固相组成为