物理化学习题答案二相平衡.doc

物理化学习题答案（二）一. 选择题1. 当克劳修斯_克拉贝龙方程应用于凝聚相转变为蒸气时，则： ( C )(A) p 必随T 之升高而降低 (B) p 必不随T 而变 (C) p 必随T 之升高而变大 (D) p 随T 之升高可变大或减少 2. 水的三相点，其蒸发热和熔化热分别为44.82和5.994kJmol-1。则在三相点冰的升华热约为： ( B )(A) 38.83 kJmol-1 (B) 50.81 kJmol-1 (C) -38.83 kJmol-1 (D) -50.81 kJmol-13. 已知苯一乙醇双液体系中，苯的沸点是353.3K，乙醇的沸点是351.6K，两者的共沸组成为：含乙醇47.5%(摩尔分数)，沸点为341.2K。 今有含乙醇77.5%的苯溶液，在达到气、液平衡后，气相中含乙醇为y2，液相中含乙醇为 x2。 问：下列结论何者正确？ (C )(A) y2 x2 (B) y2= x2 (C) y2 p*B ， 则：（A ）(A) yA xA (B) yA yB (C) xA yA (D) yB yA32.关于亨利系数，下列说法中正确的是：(D )(A) 其值与温度、浓度和压力有关 (B) 其值与温度、溶质性质和浓度有关(C) 其值与温度、溶剂性质和浓度有关 (D) 其值与温度、溶质和溶剂性质及浓度的标度有关33.已知373K时液体A的饱和蒸气压为133.24kPa，液体B的饱和蒸气压为66.62kPa。设A和B形成理想溶液，当溶液中A的物质的量分数为0.5时，在气相中A的物质的分数为：(B )(A) 1 (B) 2/3 (C) 1/2 (D) 1/334. 下述说法哪一个正确？ 某物质在临界点的性质(D )(A) 与外界温度有关 (B) 与外界压力有关 (C) 与外界物质有关 (D) 是该物质本身的特性35. 2mol A物质和3mol B物质在等温等压下混和形成液体混合物，该系统中A和B的偏摩尔体积分别为1.79 10-5m3mol-1, 2.15 10-5m3mol-1, 则混合物的总体积为： (C )(A) 9.6710-5m3 (B) 9.8510-5m3 (C) 1.00310-4m3 (D) 8.9510-5m336. 现有4种处于相同温度和压力下的理想溶液：(1) 0.1mol蔗糖溶于80mL水中，水蒸气压力为p1(2) 0.1mol萘溶于80mL苯中，苯蒸气压为p2(3) 0.1mol葡萄糖溶于40mL水中，水蒸气压为p3(4) 0.1mol尿素溶于80mL水中，水蒸气压为p4这四个蒸气压之间的关系为：( B)(A) p1p2p3p4 (B) p2p1=p4p3 (C) p1=p2=p4=(1/2)p3 (D) p1=p4、=) 2. 在101325Pa下，用水蒸气蒸馏法提纯某不溶于水的有机物时，系统的沸点 、=) 3. 理想液态混合物定温p-xB(yB)相图最显著的特征是液相线为 直线 。 4. CO2的三相点为216.15K，5.1p，可见固体CO2（干冰）升华的压力是p 、 xB(总) xB(1) 。将xB=0.4的溶液进行精馏, 塔顶将得到 xB=0.6的恒沸混合物 。11. 已知A、B两组分可构成理想液体混合物，且该混合物的正常沸点为373.15K。若A、B两组分在373.15K时的饱和蒸气压为106658Pa和79993Pa，则该理想液体混合物的液相组成为：xA = _0.8_， 平衡气相的组成为：yA = _0.842_。 12. 在313K时，液体A的饱和蒸气压是液体B的饱和蒸气压的21倍，A和B形成理想液体混合物，当气相中A和B的物质的量相等时，液相A和B的组成分别为xA = _0.0455_，xB = _0.9545_。 13含有KNO3和NaCl的水溶液与纯水达渗透平衡时，其组分数为_3_，相数为_2_，自由度数为_4_。14101时，水在多大外压沸腾？ 101.3kPa。 (填、 Vm( H2O,l )，所以随着压力的增大，则H2O( l )的凝固点将 下降 。(填上升、下降或不变)三. 计算题 1、已知固体苯的蒸汽压在273.15K时为3.27kPa，293.15K时为12.303kPa，液体的蒸汽压在293.15K时为10.021kPa，液体苯的摩尔蒸汽热为34.17kJmol-1。求（1）303.15K时，液体苯的蒸汽压；（2）苯的摩尔升华热。解 （1） （2）2、固态氨的饱和蒸气压为 ， 液态氨的饱和蒸气压为 试求（1）三相点的温度、压力；（2）三相点的蒸发焓、升华焓和熔化焓。解：（1）三相点的T，p：， T = 195.2 K， p = 5.92 kPa （2） 把,与蒸气压式比较得 = 3754 8.314 Jmol-1 = 31.21 kJmol-1 = 3063 8.314 Jmol-1 = 25.47 kJmol-1 = = 5.74 kJmol-1 3、已知甲苯和苯在90下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22 kPa和136.12kPa，两者可形成理想液态混合物。取200.0g甲苯和200.0g苯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？解：以A代表甲苯，B代表苯，系统总组成为： (1) 刚开始产生气相时, 可认为平衡液相的组成与系统总组成相等 (2) 只剩最后一滴液相时, 可认为平衡气相组成与系统总组成相等4、已知100kPa下，纯苯（A）的标准沸点和蒸发焓分别为353.3K和30762Jmol-1，纯甲苯（B）的标准沸点和蒸发焓分别为383.7K和31999Jmol-1。苯和甲苯形成理想液态混合物，若有该种液态混合物在100kPa，373.1K沸腾，计算混合物的液相组成。解：在373.1K苯的饱和蒸气压为 ，则 在373.1K甲苯的饱和蒸气压为，则 在液态混合物沸腾时（100kPa下）： 5、A和B两液体混合物为理想液态混合物，在80下，将0.3mol A液体与0.5mol B液体放入到15dm3的真空容器中，此混合物蒸发达到平衡时，测得系统的压力为102.66kPa，气相组成yB=0.6644，求液相组成xB与纯B在80下的饱和蒸气压。(设液体体积忽略不记，气体视为理想气体)解：忽略液体的体积 6、已知甲苯的正常沸点是383.15，平均摩尔气化焓为，苯的正常沸点是353.15，平均摩尔气化焓为。有一含有苯100g和甲苯200g的理想液态混合物，在373.15K，101.325kPa下达到气液平衡，求（1）在373.15K时苯和甲苯的饱和蒸气压（2）平衡时液相和气相的组成解：（1） (2) 7、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？欲将甲醇水溶液完全分离，要采取什么步骤？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。8、 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？解：(1)t2=400C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。 9、根据的相图，回答如下问题。（1）说出OA,OB和OC三条曲线以及特殊点O点与A点的含义。（2）在常温常压下，将高压钢瓶的阀门慢慢打开一点，喷出的呈什么相态？为什么？（3）在常温常压下，将高压钢瓶的阀门迅速开大，喷出的呈什么相态？为什么？（4）为什么将称为“干冰”？ 在怎样的温度和压力范围内能存在？解：（1）OA线是的饱和蒸气压曲线。OB线是的饱和蒸气压曲线，也就是升华曲线。OC线是与的两相平衡曲线。O点是的三相平衡共存的点，简称三相点，这时的自由度等于零，温度和压力由系统自定。点是的临界点，这时气-液界面消失，只有一个相。在点温度以上，不能用加压的方法将液化。（2）喷出时有一个膨胀做功的过程，是一个吸热的过程，由于阀门是被缓慢打开的，所以在常温、常压下，喷出的还是呈的相态。（3）高压钢瓶的阀门迅速被打开，是一个快速减压的过程，来不及从环境吸收热量，近似为绝热膨胀过程，系统温度迅速下降，少量会转化成，如雪花一样。实验室制备少量干冰就是利用这一原理。（4）由于三相点的温度很低，为216.6K，而压力很高，为518KPa。我们处在常温、常压下，只能见到，在常压低温下，可以见到，这时会直接升华，看不到由变成的过程，所以称为干冰。只有在温度为216.6K至304K，压力为518KPa至7400KPa的范围内，才能存在。所以，生活在常压下的人们是见不到的。10、固体CO2的饱和蒸气压与温度的关系为：已知其熔化焓，三相点温度为 -56.6。 (1) 求三相点的压力； (2) 在100kPa下CO2能否以液态存在? (3) 找出液体CO2的饱和蒸气压与温度的关系式。解：(1) lg ( p* / Pa) = -1353 /( 273.15-56.6)+11.957=5.709，三相点的压力为5.1310Pa(3) =2.30313538.314 J mol-1；=-=17.58 kJ mol-1，再利用三相点温度、压力便可求出液体CO2的饱和蒸气压与温度的关系式：lg ( p* / Pa)= -918.2 /( T / K)+9.952。11、在40时，将和的混合物(均为液体)放在真空容器中，假设其为理想混合物，且，试求： (1)起始气相的压力和组成(气相体积不大，可忽略由蒸发所引起的溶液组成的变化)； (2)若此容器有一可移动的活塞，可让液相在此温度下尽量蒸发。当只剩下最后一滴液体时，此液体混合物的组成和蒸气压为若干? 解：(1)起始气相的压力p = xBr p* (C2H5Br)（1-xBr ）p*(C2H5I)58.07kPa。 起始气相的组成yBr= p/xBr p* (C2H5Br)0.614(2) 蒸气组成 yBr1/3 ；yBrxBr p* (C2H5Br)/xBr p* (C2H5Br)（1-xBr ）p*(C2H5I)解出 xBr=0.136 ，p =43.58kPa12、结霜后的早晨冷而干燥，在-5，当大气中的水蒸气分压降至266.6 Pa 时，霜会升华变为水蒸气吗? 若要使霜不升华，空气中水蒸气的分压要有多大？已知水的三相点的温度和压力分别为273.16 K和611 Pa，水的摩尔气化焓，冰的摩尔融化焓。设相变时的摩尔焓变在这个温度区间内是常数。解：冰的摩尔升华焓等于摩尔熔化焓与摩尔气化焓的加和， 用Clausius-Clapeyron 方程，计算268.15 K（-5）时冰的饱和蒸气压 解得 而268.15 K（-5）时，水蒸气的分压为266.6 Pa，低于霜的水蒸气分压，所以这时霜要升13、C6 H5 Cl和C6 H5 Br相混合可构成理想液态混合物。136.7时，纯C6 H5 Cl和纯C6 H5 Br的蒸气压分别为1.150105 Pa和0.604105 Pa。计算： (1)要使混合物在101 325Pa下沸点为136.7，