第6章-相平衡习题及解答

1 第五章第五章 相平衡相平衡 一 填空题一 填空题 1 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 2 纯物质在一定温度下两相共存时的自由度数等于 3 NaCl S 和含有稀盐酸的 NaCl 饱和水溶液的平衡系统 其独立组分数是 4 设下列化学反应同时共存时并达到平衡 900 1200K gCOsCaOsCaCO 23 gOHgCOgHgCO 222 gHsCaCOsCaOgCOgOH 232 则该系统的自由度数为 5 含 KNO3和 NaCl 的水溶液与纯水达到渗透平衡时 其组分数为 相数为 自由度数为 6 在氢和石墨的系统中 加一催化剂 H2和石墨反应生成 n 种碳氢化合物 此系统的独 立 组分数为 7 完全互溶的双液系中 在 xB 0 6 处 平衡蒸气压有最高值 那么组成为 xB 0 4 的溶液 在 气液平衡时 xB g xB l xB 总 的大小顺序为 将 xB 0 4 的溶液进 行 精馏时 塔顶将得到 8 对于渗透平衡系统 相律的形式应写成 9 NH4Cl 固体分解达到平衡时 系统的独立组分数为 sClNH 34 gNHgHCl 自由度为 10 将 AlCl3溶于水中 全部水解 生成 Al OH 3沉淀 此系统自由度数 f 11 已知 100oC 时水的饱和蒸气压为 101 325KPa 用公式 可求出 25oC 2 时 水的饱和蒸气压 答案答案 1 2 2 0 3 2 4 3 5 3 2 4 6 2 7 xB g xB 总 xB l xB 0 6 恒沸混合物 8 3 kf 9 1 1 10 2 11 211 2 11 ln TTR H p p mr 二 单选题二 单选题 1 右图为 H2OA NH4 2SO4B 的沸点 组成图 如何从 wB 0 4 的溶液中提取较多的精制 NH4 2SO4固体 A 降温至 18 3 以下 B 在密闭容器中平衡蒸发 C 在敞开容器中定温蒸发 再降温至 18 3 以上 D 先蒸发一部分水份 再 降温至 18 3 以下 2 如右图所示 当水处在三相点平衡时 若系统发生绝热膨胀 水的相态将如何变化 A 气相 固相消失 全部变成液态 B 气相 液相消失 全部变成固态 3 C 液相消失 固相 气相共存 D 固相消失 液相 气相共存 3 对简单低共熔体系 在最低共熔点 当温度继续下 降时 体系存在 A 一相 B 二相 C 一相或二相 D 三相 4 已知纯 A 和纯 B 的饱和蒸气压 pA 冰的饱和蒸汽压 p2 2 1 2 1 0ln314 8 70 2 1 2 12 p p p p p p dp p RT VdpG 过冷水会自发地结冰 7 说明水的三相点与它的冰点的区别 8 指出下列体系的自由度 并说明变量是什么 1 在 101325Pa 的压力下 水与水蒸气达平衡 2 液态水和水蒸气达平衡 3 在 101325Pa 的压力下 I2在液态水和 CCl4中的分配已达平衡 无固体碘存在 4 NH3 g H2 g N2 g 已达平衡 9 具有最高沸点的 A 和 B 二组分体系 最高恒沸物为 C 最后的残留物是什么 为什么 13 答 根据具有最高恒沸点的完全互溶两元系的相图可知 残留液为恒沸物 C 不管 A 和 B 两物的含量各为多少 但 C 是最高沸点 最后留下 C 物 10 水的相图如右 叙述点 K 代表的物系在等温降压过程中的状态 相数及自由度数的变化 11 右图为二组分系统气 液平衡的压力 组成图 将其定性 转化为温度 组成图 该系统经精馏后 塔顶将得何组分 12 有下列化学反应存在 gNHgHgN 322 23 234 gSHgNHsHSNH 34 gHClgNHsClNH 在一定温度下 一开始向反应器中放入 NH4HS NH4Cl 两种固体以及物质的量之比为 3 1 的氢气和氮气 问达到平衡时 组分数为多少 自由度数为多少 13 已知 CO2的临界温度为 31 1oC 临界压力为 7 4 106Pa 三相点为 56 6 oC 5 18 105P 试画出 CO2相图的示意图 并说明 1 在室温及常温下 若迅速地将贮有气液共存的 CO2 钢瓶阀门打开 放出来的 CO2可能处于什么状态 2 若缓慢地把阀门打开 放出来的 CO2处于什么状态 3 试估计在什么温度 压力范围内 CO2能以液态存在 14 对于下列各体系 求其组分数及自由度数 1 NH4Cl s NH3 aq Cl2 aq H2O l H2O g H2O aq NH3 g OH aq NH4OH aq 2 NaCl s KBr s K aq Na aq Cl aq Br aq H2O l O2 g 15 FeCl3和 H2O 能形成四种具有相合熔点的水合物 FeCl3 6H2O s 2FeCl3 7H2O s 2FeCl3 5H2O s 和 FeCl3 2H2O s 问该体系的组分数是多少 该体系恒压条件下最多能 有几相共存 有几个低共熔点 14 答案答案 1 根据相律其自由度 f 1 3 2 0 即说明该体系的组成 温度与压力均不任意改变 即确 定为 c H2O 1 T 273 16K p 611Pa 3 将体系冷却到 413K 时 便有固相出现 但析出的固体成分 与液相成分相同 液相组成不 变 f 0 温度不变 步冷曲线出现平台 直至全部凝固温度下降 所以步冷形状与纯 Bi 及 纯 Cd 的相同 4 将体系加热熔化 563K 再使其缓慢冷却 搅拌使液相组成均匀 当体系冷到物 系点与 BC 线相交处有纯 Cd 析出 到 413K 时 可以分离出纯固态 Cd 但不能把 Cd 全 部 分离出来 因为到 413K 时 Cd 与 Bi 成最低共熔物 含 Cd 40 析出 经计算可知最多 能有 66 7 的 Cd 可以分离出来 7 水的相图中 冰 水 水蒸气三相共存的相平衡点称为水的三相点 冰点则是在 101 325KPa 压力下被空气饱和了的水的凝固点 主要区别如下 系统温度 系统压力 平衡相 f 三相点0 01oC 0 610KPa s 1 g 3 0 273 16k 冰点 0 6 oC 101 325KPa s 1 2 1 273 15 外压 8 1 C 1 H2O R 0 R 0 K C R R 1 2 气液 f K 1 1 2 1 0 无变量 2 C 1 H2O R 0 R 0 K C R R 1 2 气 液 f K 2 1 2 2 1 变量为温度或压力 15 3 C 3 I2 H2O CCl4 R 0 R 0 K C R R 3 2 液 液 f 3 2 1 2 变量为温度 T 或 I2在其中一个液相中的浓度 4 C 3 H2 N2 NH3 R 1 R 0 K C R R 2 1 f K 2 2 1 2 3 变量为温度 T 压力 P 和任意一种物质的浓度 10 如图所示作一条辅助线 K 点 液相 1 f C 1 2 a 点 固 液两相平衡 2 f 1 b 点 固相 1 f 2 c 点 固 气两相平衡 2 f 1 d 点 气相 1 f 2 11 由压力 组成图 B 物质的饱和蒸气压高于 A 物质 故在 温度组成图中 A 物质的沸点高于 B 物质 并且图中出 现一最高点 对应于压力 组成图中的最低点 具有该 点组成 C 的混合物称恒沸混合物 对应的温度称最高恒 沸点 若液态混合物组成落在 B C 之间 则经馏后 在塔顶能得到纯物质 B 若液态混合物组成落在 A C 之间 则经精馏后 在塔顶能得到纯物质 A 都不能同时得到两个纯 组分 12 物种数 S 4 NH4HS NH4Cl H2 N2 R 1 n H2 n N2 3 1 R 0 3 两固相 一气相 16 所以 K S R R 3 f K 1 1 13 相图如下 O 为三相点 1 钢瓶中的 CO2 298K 6 4 106Pa 为 OC 线上的 D 点 即气液共存 迅速打开 阀门 压力骤减至 1 105Pa 系统绝热膨胀降温 有部分 CO2 g 直接转化为 CO2 s 在相图上即 B 点 105Pa 78 oC 实验室中制备干冰就是根据这一 原理 2 若缓慢打开阀门 系统恒温蒸发 当 CO2 g 的流量不大时 出来的应为 CO2 g 系统由 D 点至 F 点 3 CO2 l 存在的条件 t 56 6 oC 31 3 oC p 5 18 105Pa 7 4 106Pa 13 题图 14 1 K S R R 8 4 1 3 f K 2 3 3 2 1 2 K S R R 7 2 1 4 f K 2 4 4 2 2 15 K 2 最大 3 当压力一定时 f K 1 据题意 f 2 1 0 共有 5 个共熔点 五 判断题五 判断题 1 一个含有 K Na NO3 及 SO42 离子的不饱和水溶液 其组分数 K 为 4 2 在 101325KPa 的压力下 I2在液态水和 CCl4中达到分配平衡 无固态碘存在 则该系 17 统的自由度数为 f 1 3 恒沸混合物与化合物一样 具有确定的组成 4 由 CaCO3 s CaO s BaCO3 s 及 CO2 g 构成的平衡物系的自由度为 0 5 FeCl3和 H2O 能形成 FeCl3 6H2O 2FeCl3 7H2O 2FeCl3 5H2O FeCl3 2H2O 四种水合物 在恒压下 最多可能平衡共存的相数为 4 6 共沸物是混合物 而不是化合物 其组成随压力改变而改变 7 克拉贝龙议程适用条件是多组分的多相平衡系统 m m VT H dT dP 8 克拉贝龙议程 其压力随温度的变化率一定大于 0 m m VT H dT dP 9 相律是热力学中基本定律之一 它适用于任何宏观系统 10 具有最低沸点的 A 和 B 二组分系统 恒沸物为 C 精馏后的残液是 C 答案答案 五 判断题五 判断题 12345678910 六 证明题六 证明题 1 证明 设液体在温度 T 外压力 P 下与气相呈平衡 其饱和蒸气压力为 psat 当外压力由 P 变 到 p dp 时 两相又达新的平衡 蒸气压变为 psat dpsat 即 液 T P 气 T psat 0G 液 T p dp r 气 T psat d psat 0G TT gdGldG 即 satmm dpgVdplV gV lV dp dp m msat dG l dG g 18 若蒸气看作理想气体 代入上式得 sat m p RT gV RT lV dp Pa plnd msat 由于 Vm l Vm g 所以 dpsat dp H2O 0 449 设再加入水为 xg 则 100 1 0 8 x 100 1 0 8 x 100 0 8 0 449 解之 得 x 45 2g 6 解 设加入苯胺 xg 则体系的总组成含苯胺 x 50 x 根据杠杆规则 49 3 50 x 49 3 0 916 x 50 x x 50 x 0 072 解之 得 x 51g 7 解 据题意求出 B B 10 704 当 T 343 2K 时 求出 p p 1456Pa 将蒸气压方程与克 克方程 lnp vapHm 2 303RT B 比较 得 vapHm 49553J mol 1 vapSm 109 1 J K 1 mol 1 8 解 ln p2 p1 vap T2 T1 2 303RT1T2 0 m H vap 30796J 0 m H vapHm Tb 88 J K 1 mol 1 T2 30796 88 350K 9 解 ln p2 p1 vapHm T2 T1 2 303RT1T2 Tb 307 1K ln p2 101 3 360 2 74 309 8 307 9 2 303 8 314 307 9 309 8 p2 108 103Pa 108 kPa 10 解 1 在三相点 固液两相的蒸气压相等 故将上述二方程联立 求解得 T 542 0K p 18865Pa 21 2 将上述两方程与克 克方程比较 得 sgHm 108181 J mol 1 vapHm 62515 J mol 1 fusHm 45666 J mol 1 11 解 ln p2 p1 vapHm T2 T1 2 303RT1T2 ln 1520 101 3 2255 18 T2 273 2 303 8 314 373T2 T2 471K 12 解 dp dT vapHm p RT2 dp dT 2255 18 101325 8 314 373 22 Pa K 1 dp dT 3552Pa K 1 13 解 ln p2 p1 vapHm T2 T1 2 303RT1T2 ln 100 101 325 591 2 74 T2 391 2 303 8 314 391T2 T2 390K 14 解 三相点的压力 三相点温度时 NH3 l 和 NH3 s 的蒸气压 所以三相点的温度和压力即为上 两方程联立之后的解 解之 得 T 195 2K p 5 93 103Pa 15 解 溶液的组成为 100 94 100 100 0 47 根据杠杆规则 ml 0 47 0 43 ms 1 0 47 即 200 ms 0 04 ms 0 53 ms 14 0g 固析出晶体 14 0g 16 解 1 三相点时 p s p l 即 11 971 2310K T 10 097 1784K T 解得 T 279 2K 将 T 代入上述任一蒸气压与温度的关系式中 得 P 4977Pa 22 2 由克 克方程 C RT303 2 H Pa p lg m 并对此题给关系式 有 1 1 23 44ol2310314 8 303 2 molkJmkJHm sub 11 16 34 1784314 8 303 2 molJmolkJHm vap 故 1 07 10 molkJHHH mvapmsubmfus 11 07 36 molKJTHS mfusmfus 八 综合题八 综合题 1 解 2 解 a 在 1173K 时 Ag 在液态 Sn 中溶解度约 90 固态溶液中约含 Sn3 b 773K 时 不能存在 Ag3Sn c 673k 时 饱和溶液中含银约 573 773 973 117 3 Sn Ag Ag 02 0 4 0 6 0 8 0 100 12 33 T K 固固 溶溶 体体 l Ag3 Sn Sn Ag3Sn Ag3 Sn Sn l 40 Sn l l Ag 3 Sn Sn f 2 f 1 f 1 f 0 f 1 f 0 M E F G H K Sn Ag Ag 02 0 4 0 6 0 8 0 100 573 773 973 1173 固固 溶溶 体体 l Ag3 Sn Sn Ag3 Sn Ag3 Sn Sn l 40 Sn l l Ag 3 Sn 123 3 23 30 换算成 Ag3Sn 的百分率为 3 108 118 3 108 30 40 9 3 解 1 在相图上标明 2 0 580 3 Sb2Cd3 4 解 1 正确标明各区相和自由度数 区 溶液 f 2 区 溶液 A s f 1 区 溶液 B s f 1 区 A s B s f 1 2 先析出 B 对硝基苯 l Sb2Cd3 Cd x l Sb2Cd3 l Sb Sb Sb2Cd3 l Cd 24 5 解 1 A 和 B 会形成不稳定化合物 T N P Q 各点的相态 相数及这些点所代表的意义 列于 下表 点相点相数点所代表的意义 NLN A S T S 3A 与 T 的最低共熔点 QLP T S B S 3T 的不相合熔点 PLP1转熔反应的液相点 其中 LN和 LP分别表示组成为 N P 的熔液 2 由 d 点代表的熔液降温到 Z 点后 开始析出固体 B 继续降温 B 不断析出而熔液组 成沿 ZP 线变化 降温到 X 点后不稳定化合物 T 开始析出 此时下列放热的转熔反应 进行 sTLsB p 这时 三相共存 温度维持不变 LP熔液相的组成为 P 直到 B s 消失后 温度 再继续下降 T 不断析出 而与之平衡的液相组成沿 PN 线变化 温度降到 y 点后 开始析出固体 A 此时 LN A S T S 三相共存 温度维持不变 待组成为 N 的 LN熔液相消失后温度才继续下降 6 解 各相区相态列于下表 相区相态相区相态 1熔液 L6MX 6H2O s MX 2H2O s 2L 冰7L MX 2H2O s 3冰 MX 6H2O s 8MX 2H2O s MX H2O s 4L MX 6H2O s 9L MX H2O s 5L MX 6H2O s 10MX H2O s MX s 25 7 解 C p pa K A a b c O B d T K 8 解 1 各区稳定相态如图所示 2 三相线 scsde 1 三相线 scsBfg 1 3 a b 两点的冷却曲线 相变化及自由度变化如下图所示 l T K l a s l C s d e l C s l B s a s f g B s C s A C B a WB b l f 2 l f 2 l a s f 1 l c s f 1 a s 析出 C s 析出 l 消失 l 消失 f 0 B s 析出 f 0 B s C s f 1 C s 析出 C s a s f 1 9 解 1 溶液浓度为 10 即含 75gNH4Cl 最多析出冰 250g 2 没有冰析出 3 NH4Cl 固体与溶液二相平衡 固相为纯 NH4Cl 固体 液相浓度为 20 固相重量为 6 25g 如图所示做一条辅助线 K 点 液相 1 f C 1 2 a 点 固 液两相平衡 2 f 1 b 点 固相 1 f 2 c 点 固 气两相平衡 2 f 1 d 点 气相 1 f 2 如图所示做一条辅助线 K 点 液相 1 f C 1 2 a 点 固 液两相平衡 2 f 1 b 点 固相 1 f 2 c 点 固 气两相平衡 2 f 1 d 点 气相 1 f 2 26 液相重量为 93 75g 物理化学习题 相平衡 一 选择一 选择 1 在 两相中均有 A 和 B 两种物质 达到相平衡时 下列各式正确的是 1 1 B B 2 A A 3 B A 4 B A 2 组分 B 从 相扩散到 相中 则下列说法中正确的是 4 1 总是从浓度高的相扩散到浓度低的相 2 平衡时两相的浓度相等 3 总是从浓度低的相扩散到浓度高的相 4 总是从高化学势移向低化学势 3 室温下氨基甲酸铵分解反应为 NH2CO2NH4 s 2NH3 g CO2 g 若在 300K 时向系统中加入一定量的氨基甲酸铵固体 则此系统的物种数 S 和组分数 C 应 为 3 1 1 1 2 3 2 3 3 1 4 3 3 4 将克拉贝龙方程应用于水的液固两相 随压力的增长 水的凝固点将 2 1 上升 2 下降 3 不变 4 无法判断 5 在一定温度下 在水和 CCl4组成的互不相溶的系统中 向水层中加入 1 1 的 KI 和 I2 此 系统的自由度是 2 1 1 2 2 3 3 4 4 6 对于二组分系统 能平衡共存的最多相数为 4 1 1 2 2 3 3 4 4 7 对于恒沸混合物 下列说法中错误的是 4 27 1 不具有确定的组成 2 平衡时气相和液相组成相同 3 其沸点随外压的改变而改变 4 与化合物一样具有确定的组成 二 填空二 填空 1 在水的平衡相图中 线是水的蒸发曲线 线是冰的升华曲线 线是冰的融化曲线 点是水的三相点 2 将过量 NH4HCO3 s 放入密闭真空容器内 50 时 按 NH4HCO3 s 按下式进行分解 NH4HCO3 s NH3 g CO2 g H2O g 达平衡后 则该体系的相数 P 独立 组分数 C 自由度数 F 2 1 0 3 2 最合适的组成应配成 w 联苯醚 0 78 这一组成具有最低共熔点 12 其凝固点 最低 所以不至于因为凝固而堵塞管道 28 4 求下列系统 从 XB 0 5 开始蒸馏 馏出物或残留物分别是什么 29 1 TM TN 2 所处的 T p 及气液相组成 yB xB 达两相平衡气液相的相对量不同 3 0 6 水和蔗糖系统相图如下 30 2 不可能 3 定温蒸发 0 8 降温 13 9 三 简答三 简答 1 纯铁的相图见下图 5 3 分析图中各点 线 面的相平衡关系 2 31 2 用相律判断下列相图是否正确 1 错误 三相线不水平 这等于说在三相平衡时温度可变 据相律 F 2 3 1 0 2 错误 纯组分有固定熔点 3 试说明在固 液平衡系统中 稳定化合物 不稳定化合物与固溶体三者之间的区别 32 1 稳定化合物有固定的组成和熔点 在固相和液相都存在 当稳定低于其熔点时不会 发生分解 在相图上有最高熔点 称为相合熔点 在该温度熔化时形成的液相组成和固相 组成相同 2 不稳定化合物只在固相存在 在液相不存在 加热时在熔点以前就分解为液相和另 一个固体 此液相组成和原来固态化合物的组成不相同 在相图上没有最高熔点 而呈 T 字形 其水平线所代表的温度即为转熔温度 称为不相合熔点 3 固溶体即固态溶液 是混合物 不是化合物 组成不固定 可在一定范围内变化 4 试说明低共熔过程与转熔过程有何异同 低共熔物与固溶体之间有何区别 1 低共熔过程与转熔过程相同之处 都是两个固相与一个液相平衡共存 2 不同之处 低共熔过程液相组成介于两固体组成之间 转熔过程液相组成介于液相 和另一相之间 低共熔点是液相能够存在的最低温度 转熔温度则为不稳定化合物能够存 在的最高温度 3 固溶体是一种组分溶于另一种组分而形成的固态溶液 为单相 而低共熔物是两种 固体的混合物 为两相 5 通常质量分数 0 98 的浓硫酸广泛应用于工业 医药 由下图可以看出 98 的硫酸结晶 温度约为 273K 作为产品容易在冬 季冻结 堵塞管道 怎样做才能避 33 免 92 5 238K 解 运用凝固点下降的原理 冬季常采用0 925的硫酸作为产品 这种硫酸的凝固点大概 在238k 在一般的地方存放和运输都不至于冻结 可以减少损失 创造更多的效益 第五章 相平衡练习题 一 判断题 一 判断题 1 在一个给定的系统中 物种数可以因分析问题的角度的不同而不同 但独立组分数是 一个确定的数 2 单组分系统的物种数一定等于 1 3 自由度就是可以独立变化的变量 4 相图中的点都是代表系统状态的点 5 恒定压力下 根据相律得出某一系统的 f l 则该系统的温度就有一个唯一确定的值 6 单组分系统的相图中两相平衡线都可以用克拉贝龙方程定量描述 7 根据二元液系的 p x 图可以准确地判断该系统的液相是否是理想液体混合物 8 在相图中总可以利用杠杆规则计算两相平畅时两相的相对的量 9 杠杆规则只适用于 T x 图的两相平衡区 10 对于二元互溶液系 通过精馏方法总可以得到两个纯组分 11 二元液系中 若 A 组分对拉乌尔定律产生正偏差 那么 B 组分必定对拉乌尔定律产 生负偏差 12 恒沸物的组成不变 13 若 A B 两液体完全不互溶 那么当有 B 存在时 A 的蒸气压与系统中 A 的摩尔分 数成正比 14 在简单低共熔物的相图中 三相线上的任何一个系统点的液相组成都相同 15 三组分系统最多同时存在 5 个相 二 单选题 二 单选题 1 H2O K Na Cl I 体系的组分数是 A K 3 B K 5 C K 4 D K 2 2 克劳修斯 克拉伯龙方程导出中 忽略了液态体积 此方程使用时 对体系所处的温 度要求 A 大于临界温度 B 在三相点与沸点之间 C 在三相点与临界温度之间 D 小于沸点温度 34 3 单组分固 液两相平衡的 p T 曲线如图所示 则 A Vm l Vm s B Vm l Vm s C Vm l Vm s D 无法确定 4 蒸汽冷凝为液体时所放出的潜热 可用来 A 可使体系对环境做有用功 B 可使环境对体系做有用功 C 不能做有用功 D 不能判定 5 压力升高时 单组分体系的熔点将如何变化 A 升高 B 降低 C 不变 D 不一定 6 硫酸与水可组成三种化合物 H2SO4 H2O s H2SO4 2H2O s H2SO4 4H2O s 在 p 下 能与硫酸水溶液共存的化合物最多有几种 A 1 种 B 2 种 C 3 种 D 0 种 7 在 101325Pa 的压力下 I2在液态水与 CCl4中的溶解已达到平衡 无固体 I2存在 此 体 系的自由度为 A 1 B 2 C 3 D 0 8 NaCl 水溶液和纯水 经半透膜达到渗透平衡 该体系的自由度数是 A f 1 B f 2 C f 3 D f 4 9 对于下列平衡系统 高温下水被分解 同 同时通入一些 H2 g 和 O2 g H2 和 O2同时溶于水中 其组元数 K 和自由度数 f 的值完全正确的是 A K 1 f 1 K 2 f 2 K 3 f 3 B K 2 f 2 K 3 f 3 K 1 f 1 C K 3 f 3 K 1 f 1 K 2 f 2 D K 1 f 2 K 2 f 3 K 3 f 3 10 在下列体系中自由度 f 2 的体系是 A 298K 时 H2O l H2O g B S s S l S g C C2H5OH l 与 H2O l 的混合物 D 一定量的 PCl5 g 分解平衡时 PCl5 g PCl3 g Cl2 g 11 某体系中有 Na2CO3水溶液及 Na2CO3 H2O s Na2CO3 7H2O s Na2CO3 10H2O s 三 种结晶水合物 在 p 下 f K 1 2 4 1 1 这种结果表明 A 体系不是处于平衡态 B Na2CO3 10 H2O s 不可能存在 C 这种情况是不存在的 D Na2CO3 7H2O s 不可能存在 12 相图与相律之间是 A 相图由实验结果绘制得出 相图不能违背相律 B 相图由相律推导得出 C 相图由实验结果绘制得出 与相律无关 D 相图决定相律 13 下列叙述中错误的是 A 水的三相点的温度是 273 15K 压力是 610 62 Pa B 三相点的温度和压力仅由系统决定 不能任意改变 C 水的冰点温度是 0 273 15K 压力是 101325 Pa 35 D 水的三相点 f 0 而冰点 f 1 14 Na 2CO3可形成三种水合盐 Na2CO3 H2O Na2CO3 7H2O NaCO3 10H2O 在常压 下 将 Na2CO3投入冰 水混合物中达三相平衡时 若一相是冰 一相是 Na2CO3水溶液 则另一相是 A Na2CO3 B Na2CO3 H2O C Na2CO3 7H2O D Na2CO3 10H2O 15 如图 对于右边的步冷曲线对应是哪个物系点的 冷却过程 A a 点物系 B b 点物系 C c 点物系 D d 点物系 16 如图 对于形成简单低共熔混合物的二元相图 当物系的组成为 x 冷却到 t 时 固液二相的重 量之比是 A w s w l ac ab B w s w l bc ab C w s w l ac bc D w s w l bc ac 17 如图 对于形成简单低共熔混合物的二元相图 当物 系点分别处于 C E G 点时 对应的平衡共存的相数为 A C 点 1 E 点 1 G 点 1 B C 点 2 E 点 3 G 点 1 C C 点 1 E 点 3 G 点 3 D C 点 2 E 点 3 G 点 3 18 在相图上 当物系处于哪一个点时只有一个相 A 恒沸点 B 熔点 C 临界点 D 低共熔点 19 甲 乙 丙三个小孩共吃一支冰棍 三人约定 各吃质量的三分之一 只准吸 不准咬 按年龄由小到大顺序先后吃 结果 乙认为这只冰棍没有放糖 甲则认为 这冰棍非常甜 丙认为他俩看法太绝对化 则三人年龄 A 甲最大 乙最小 B 甲最小 乙最大 C 丙最大 甲最小 D 丙最小 乙最大 20 如图 A 与 B 是两组分恒压下固相部分互 溶凝聚体系相图 图中有几个单相区 A A 1 个 B B B 2 个 C C C 3 个 D D D 4 个 21 有一形成不稳定化合物的双组分 A 与 B 凝聚体系 系统的组成刚巧与不稳定化合物 的组成相同 当其从液态冷却到不相称熔点 系统内建立如下平衡 液相 A s AxBy 不稳定化合物 如果在此时系统由外界吸取热时 则上述的平衡 将 A 向左移动 B 向右移动 C 不移动 D 无法判定 22 A 与 B 可以构成 2 种稳定化合物与 1 种不稳定化合物 那么 A 与 B 的体系可以形成 几种低共熔混合物 36 A 2 种 B 3 种 C 4 种 D 5 种 23 如图 A 与 B 是两组分恒压下固相部分互溶凝聚体系 相图 有几个两固相平衡区 A A 1 个 B 2 个 B B 3 个 D 4 个 24 在第一种物质中加入第二种物质后 二者的熔点发生什么变化 A 总是下降 B 总是上升 C 可能上升也可能下降 D 服从拉乌尔定律 25 如图是 FeO 与 SiO2的恒压相图 那么存在几个稳 定化合物 A A 1 个 B B B 2 个 C C C 3 个 D D D 4 个 26 A 及 B 二组分组成的凝聚体系能生成三种稳定的化合 物 则于常压下在液相开始冷却的过程中 最多有几种固相同时析出 A 4 种 B 5 种 C 2 种 D 3 种 27 在温度为 T 时 A l 与 B l 的饱和蒸气压分别为 30 0kPa 和 35 0kPa A 与 B 完全 互溶 当 xA 0 5 时 pA 10 0kPa pB 15 0kPa 则此二元液系常压下的 T x 相图 为 28 两组分理想溶液 在任何浓度下 其蒸气压 A 恒大于任一纯组分的蒸气压 B 恒小于任一纯组分的蒸气压 C 介于两个纯组分的蒸气压之间 D 与溶液组成无关 29 设 A 和 B 可析出稳定化合物 AxBy和不稳定化合 物 AmBn 其 T x 图如图所示 其中阿拉伯数字代 表相区 根据相图判断 要分离出 纯净的化合物 AmBn 物系点所处的相区是 A 9 B 7 C 8 D 10 30 液体 A 与 B 形成蒸气压正偏差很大的溶液 在精馏塔中精馏时 塔釜得到的是 A 恒沸混合物 B 纯 A C 纯 B D 纯 A 或纯 B 31 如图 A 与 B 是两组分恒压下固相部分互溶 凝聚体系相图 图中有几个两相区 A 1 个 B 2 个 C 3 个 D 4 个 37 32 水蒸气蒸馏通常适用于某有机物与水组成的 A 完全互溶双液系 B 互不相溶双液系 C 部分互溶双液系 D 所有双液系 33 下图是二元凝聚体系相图 其中物系点与相点合一的是 A F 点 G 点 B I 点 D 点 C H 点 D 点 D H 点 G 点 34 A 与 B 是两种互不相溶的两种液体 A 的正常沸点 80 B 的正常沸点 120 把 A B 混合组成一个体系 那么这个混合物的正常沸点为 A 小于 80 B 大于 120 C 介于 80 与 120 之间 D 无法确定范围 35 右图是三液态恒温恒压相图 ac be 把相图分成三个相区 每个相区存在的相数是 A A 区 1 区 1 区 1 B 区 1 区 3 区 2 B B 区 1 区 2 区 2 D 区 1 区 2 区 1 36 金 熔点 1063 与铜 熔点 1083 形成合金 取含金量 50 的融熔体冷却 首先析出固溶体的含金量是 A 大于 50 B 小于 50 C 等于 50 D 不一定 37 H2O NaCl Na2SO4的物系中 Na2SO4与 H2O 能形成水合 物 Na2SO4 10 H2O D 相图中 在 DBC 区中存在的是 A 水合物 D 与溶液 B 水合物 D NaCl 和组成为 F 的溶液 C 水合物 D NaCl 和 Na2SO4三相共存 D 纯 NaCl 纯 Na2SO4和水溶液 38 H2O KNO3 NaNO3物系的相图如下 那么 在 BEC 区内平衡的相是 A 纯 NaNO3与其饱和溶液 B 纯 KaNO3与其饱和溶液 C 含 KNO3 NaNO3与不饱和溶液 D 含 KNO3 NaNO3与双饱和溶液 E 39 分配定律不适用下列哪个体系 A I2溶解在水与 CCl4中 B Na2CO3溶解在正庚烷和二乙二醇醚中 C NH4Cl 溶解在水与苯中 D Br2溶解在 CS2与水中 40 如图是恒温恒压下的三组分盐水体系相图 复盐可形 成水合物 存在几个三相平衡区 A 2 个 B 3 个 C 4 个 D 5 个 三 多选题 三 多选题 1 通常所说的水的冰点为 0 的含义是什么 A 在 101 33kPa 压力下 冰和纯水平衡时的温度 38 B 冰 水 水蒸气三相平衡时的温度 C 冰的蒸气压和水的蒸气压相等的温度 D 压力为 101 3kPa 下被空气饱和了的水和冰平衡的温度 E 压力在 101 3kPa 时 冰 水 水蒸气三相共存时的温度 2 下列系统 1 的是 A Pb Sn Sb 形成的固溶体 B SiO2和 SiO2 C 左旋葡萄糖和右旋葡萄糖 D 氯化钠和蔗糖溶于水 E 白糖与面粉混合物 3 克 克方程可适用于下列哪些体系 A I2 s I2 g B C 石墨 C 金刚石 C I2 s I2 l D I2 l I2 g E I2 g n T1 p1 I2 g n T2 p2 F I2 l H2 2HI g 4 对于两组分凝聚体系的步冷曲线形状 下列判断正确的是 A 步冷曲线上 一定存在 拐点 B 一条步冷曲线上有平台 就一定有 拐点 C 一条步冷曲线上有 拐点 就一定有 平台 D 一条步冷曲线上可以有 拐点 而无 平台 E 一条步冷曲线上可以有 平台 而无 拐点 5 在 CaF2 CaCl2的凝聚系统相图中 物系点为 a 当 降低系统温度时 不正确的是 A A a 点 1 f 2 B b 点 1 f 1 B B c 点 2 f 1 C C d 点 2 f 1 E c 点 3 f 0 6 关于杠杆规则的适用性 下列说法错误的是 A 适用于单组分体系的两个平衡相 B 适用于二组分体系的两相平衡区 C 适用于二组分体系相图中的任何区 D 适用于三组分体系中的两个平衡相 E 适用于三相平衡线上的任意两个平衡相 7 加压于冰 冰可部分熔化成水 这是什么原因 A 加压生热 B 冰的晶格受压崩溃 C 冰熔化时吸热 D 冰的密度小于水 E 冰的密度大于水 8 A 和 B 二元凝聚系相图如图所示 在下列叙述中错误的是 A 1 为液相 1 f 2 B 要分离出纯 A 物系点必须在 3 区内 C 要分离出纯 AmBn 物系点必须在 6 区内 D J F E I 和 S 诸点 f 0 E GC 直线 DI 直线上的点 f 0 9 20 时苯和甲苯的蒸气压分别为 9959 2Pa 和 2973 1Pa 苯 A 和甲苯 B 形成的溶液 近似于理想溶液 当 x 苯 0 5 时 气相中苯的分压 p 苯 4979 6Pa 甲苯的分压 39 p 甲苯 1486 6Pa 在图中 p x 图和 T x 图正确的是 10 下述说法中 哪一个是错误的 A 通过相图可以确定一定条件下体系由几相构成 B 相图可表示出平衡时每一相的组成如何 C 相图可表示出达到相平衡所需的时间长短 D 通过杠杆规则可在相图上计算各相的相对数量多少 E 相图上物系点与相点都是分开的 四 主观题 四 主观题 1 在 25 时 A B C 三种物质 相互之间不发生反应 所形成的溶液与固态 A 和由 B C 组成的气相同时达到平衡 问 1 此体系的自由度为多少 2 此体系中能平衡共存的最多有几相 2 滑冰鞋下面的冰刀与冰接触面长为 7 68cm 宽为 0 00245cm 1 若滑冰者体重为 60kg 试求施于冰面的压强为多少 双脚滑行 2 在该压强下 冰的熔点是多少 巳知冰的摩尔熔化热为 6009 5 J mol 1 冰的密度 为 0 92g cm 3 水的密度为 1 0 g cm 3 3 乙酰乙酸乙酯 CH3COCH2COOC2H5是有机合成的重要试剂 它的蒸气压方程为 lnp 5960 T B p 的单位是 Pa 此试剂在正常沸点 181 时 部分分解 但在 70 是稳定的 可在 70 时减压蒸馏提纯 压强应降到多少 该试剂的摩尔气化热是多少 4 液体 A 与 B 形成非理想溶液 在一定温度下 蒸气总压与溶 液组成的关系图如右 1 粗略画出 pA xB pB xB线 2 粗略画出 T xB 和 T yB线 沸点 组成线 5 在 16 78 之间 液态汞的蒸气压公式为 lg p p 7 648 3328 T 0 848lg T K 汞的三相点温度为 243 3K 摩尔熔融热为 2320 J mol 1 试求固态汞在 78 时的蒸气压 6 下面是两组分凝聚体系相图 注明每个相图中相态 并指出三相平衡线 7 Ni 与 Mo 形成化合物 MoNi 在 1345 时分解成 Mo 与含 53 Mo 的液相 在 1300 有唯一最低共熔点 该温下平衡相为 MoNi 含 48 Mo 的液相和含 32 Mo 的固 熔相 巳知 Ni 的熔点 1452 Mo 的熔点为 2535 画出该体系的粗略相图 t c 图 8 AgCl 与 LiCl 体系不形成化合物 固态部分互溶 在 480 时 熔融体与分别含 15 40 及 30 AgCl 的固熔体成平衡 AgCl 与 LiCl 的熔点 分别为 455 与 610 试绘制其相图 9 如图 是 NaCl NH4 2SO4 H2O 在 298K 101 325kPa 时的相图 现有 NaCl 与 NH4 2SO4 混合盐 100 克 其中 NH4 2SO4含量为 25 物 系点相当图中 f 点 利用相图计算 可以最多提 纯得到多少克 NaCl 晶体 10 CaCO3在高温分解为 CaO 和 CO2 1 由相律证明我们可以把 CaCO3在保持固定压力的 CO2气流中加热到相当的温度而 不使 CaCO3分解 2 证明当 CaCO3与 CaO 的混合物与一定压力的 CO2共存时有且仅有一个平衡温度 11 在 101 325kPa 下 CaCO3分解成 CaO s 和 CO2 g 在 1169K 时达到分解平衡 1 画出两组分 CaO CO2在 101 325Pa 时的等压相图 2 标出各个相区的相态 12 NaCl H2O 二组分体系的低共熔点为 21 1 此时冰 NaCl 2H2O s 和浓度为 22 3 重量百分数 的 NaCl 水溶液平衡共存 在 9 时有一不相合熔点 在该熔点温度时 不稳定化合物 NaCl 2H2O 分解成无水 NaCl 和 27 的 NaCl 水溶液 已知无水 NaCl 在水 中的溶解度受温度的影响不大 当温度升高时 溶解度略有增加 1 请绘制相图 并指出图中线 面的意义 2 若在冰水平衡体系中加入固体 NaCl 作致冷剂可获得最低温度是几度 3 若有 1000g 28 的 NaCl 溶液 由 160 冷到 10 问此过程中最多能析出多少 纯 NaCl 12 现有处于 263K 的 1 mol 过冷水 假定水自发地结晶 结晶过程一直延续到体系平衡 1 体系达到最终温度为多少 2 平衡时有几相共存 3 计算平衡时各相的量 4 计算结晶过程的 Sm 已知 Cp m H2O l 75 31 J K 1 mol 1 Cp m H2O s 37 66 J K 1 mol 1 熔化热 Hm H2O s 6 02 kJ mol 1 13 已知 Bi 和 Cd 的熔点和熔融焓分别是 544 2K 594 1K 以及 11 00 kJ mol 1 5 98 kJ mol 1 预言由这两个金属所形成的最低共熔混合物的温度和组成 设形成理想混合物 实验值为 140 和 Cd 的含量 质量百分数 为 40 14 指出下列各图中所形成的化合物的经验式 并说明各相区是由哪些相组成的 1 图 中设生成的化合物为 X 2 没有化合物 3 图 中设生成 X Y 两种化合物 15 酚水体系在 60 分成两液相 第一相含 16 8 质量百分数 的酚 第二相含 44 9 的水 41 1 如果体系中含 90g 水和 60g 酚 那么每相重量为多少 2 如果要使含 80 酚的 100g 溶液变成浑浊 必须加水多少克 16 80 时溴苯和水的蒸气压分别为 8 825kPa 和 47 335kPa 溴苯的正常沸点是 156 计算 1 溴苯水蒸气蒸馏的温度 已知实验室的大气压为 101 325kPa 2 在这种水蒸气蒸馏的蒸气中溴苯的质量分数 已知溴苯的摩尔质量为 156 9 g mol 1 3 蒸出 10kg 溴苯需消耗多少千克水蒸气 第五章 相平衡练习题答案 一 判断题答案 一 判断题答案 1 对 2 错 3 错 应是在一定范围内可以独立变化的强度变数 4 错 也有代表相的点 5 错 f l 表示有一个强度变数可独立变化 6 对 7 对 在 p x 图中理想液态混合物的液相线是直线 8 对 9 错 其他相图的两相平衡区也可以使用杠杆规则 10 错 对有恒沸物的系统 最多只能得到一个纯组分 11 错 通常两个组分都同时产生正 或负 偏差 12 错 恒沸组成与压力有关 13 错 因不互溶 pA pA 与组成无关 14 对 15 对 二 单选题答案 二 单选题答案 1 C 2 C 3 C 4 C 5 D 6 B 7 B 8 C 9 D 10 D 11 A 12 A 13 A 14 D 15 C 16 C 17 B 18 C 19 B 20 C 21 A 22 B 23 D 24 C 25 D 26 C 27 B 28 C 29 B 30 D 31 C 32 B 33 D 34 A 35 D 36 B 37 C 38 D 39 C 40 B 三 多选题答案 三 多选题答案 1 D 2 AD 3 AD 4 DE 5 BC 6 AC 7 D 8 BC 9 CD 10 CE 四 主观题答案 四 主观题答案 1 解 N 3 C 3 3 s l 1 f 3 3 1 1 2 f min 0 3 max 1 0 max 4 2 解 1 p W 2S 60 7 62 0 00245 3 1607 kg cm 2 1549 104 Pa 2 dp dT H T V dp H T V dT 积分 p2 p1 H V ln T2 T1 p2 15749 104 Pa p1 101325 Pa T1 273 15 K V 18 02 1 00 18 02 0 92 1 567 cm3 ln T2 T1 p2 p1 V H 15746 104 101325 1 567 10 6 6009 5 0 04106 42 T2 0 9598 T1 0 9598 273 15 262 16 K 即 t2 11 3 解 T 273 181 454 K p 101325 Pa ln101325 5960 454 B B 24 654 lnp 5960 T 24 654 T2 273 70 343K lnp2 5960 343 24 654 7 278 p2 1448 1 Pa 因为 2 5960ln T T p p 由克 克方程 2 ln RT H T p p Hm vap 气化 5960R 5960 8 314 49551 J mol 1 4 解 5 解 Hm 气化 a bT cT2 dlnpl dT Hm 气 RT2 a RT2 b