第六章相平衡的大题和选择题有答案9页

1、第六章 相 平 衡一、判断说明题：1. 对于一个含有N种化学物质所组成的体系，若体系中不存在化学反应，则N与C存在什么关系? 又若其中某一种化学物质在某一项中实际不存在， 试推导出该体系的相律形式仍然是CP2。提示：请考虑描述体系组成的变量数与各种物质在各相间化学势相等的等式数应该作怎样的修正？答：化学物质数N是一指相平衡体系内能够出现的不同化学性质的物质数；组分数C是指该平衡体系内所需的最少物质数，即该相平衡体系中物种数减去化学平衡数， 再减去浓度限制条件数，CNRR。如果体系中不存在化学反应，则CNR，如果体系中不存在化学反应，也不存在浓度限制条件，则CN。 C种物质在P个相中都存在， 则

2、描述体系组成的变量数为 P(C-1)，化学势相等的关系式数为 C(P -1)，描述体系最少变量数，即自由度 P(C-1)C(P-1)+2 CP2； 若某种物质在其中某一相中不存在，则描述体系组成的变量数为 (P -1)(C-2)P (C-1)1，化学势相等的关系式数为：C(P -2)(C-1)C(P -1)1，自由度 P (C-1)-1C(P -1)12PC2。因此体系的相律形式是同一形式。2. 对于纯水，当水气、水与冰三相共存时，其自由度为多少？你是怎样理解的？答：根据相律，水纯物质， C1， T273.16 K， p611 Pa， 温度压力确定， 其自由度=1-3+20，说明该体系的组成、

3、温度与压力均不能任意改变。3. 由水气变成液态水是否一定要经过两相平衡态，是否还有其它途径。答：不一定要经过两相平衡。从水的相图上可知，将水汽先升温，使温度超过 647.2 K，后再加压，使压力超过 2.2107 Pa，然后再先降温后降压，便可不经过气液两相平衡态，使水汽转变成液态水。4. 右图是 CO2 的相图，试与水的相图比较，两者有何异同，图中有哪处 0？ 根据相图你如何理解在高压钢瓶内可以储存液态 CO2，而将液态 CO2 从钢瓶口快速喷至空气中，在喷口上装一尼龙袋，在袋内得到的是固态 CO2(干冰)，而不能得到液态 CO2？答：与水的相图比较，显著的差别是固液二相平衡线的倾斜方向不同

4、，水的液固二相平衡线斜率 dp/dT0，而 CO2 的 dp/dT0。在室温和正常大气压，p/p1时，液态水是稳定的，而对于 CO2 来说，固态与气态是稳定的，因为水的三相点时压力 p/p1，而 CO2 三相点时压力 p/p1，液态是不能稳定存在的，气、固二相可平衡存在，因此从钢瓶中喷出的 CO2 不可能是液态，高压下液态 CO2 喷出钢瓶，压力迅速降低，液态 CO2迅速气化膨胀，体系对环境作功，内能下降，温度降低，使另一部分 CO2 因温度下降而凝结成固态 CO2 (即干冰)。因此 尼龙袋内得到干冰，而不能得到液态 CO2 。5. 根据硫的相图，请考虑下述诸问题： (a) 为什么硫存在四个三

5、相点? (b) 将室温下的斜方硫(又称正交硫)投入 373.2 K 的沸水中，便迅速取出来与在沸水中放置一段较长的时间再取出来，二者的状态可能有何差别？ (c) 将 388 K 的熔融硫倒入 373 K 的沸水中放置一段时间，硫将成什么状态？ (d) 将高温硫蒸气分别通入373K 的沸水中与298K 的水中，所形成的硫各是什么状 态? (e) 将单斜硫迅速冷却至室温，其状态是稳定态还是介稳状态？久置后又将怎样？答：(a) 因为硫具有单斜与斜方两种晶相，一种气相与一种液相共四相，所以具有四个三相点。 (b) 放入 373.2 K 沸水中迅速取出来，来不及进行晶形转变，仍为斜方硫，在沸水中久 放后

6、便转变为单斜硫。 (c) 硫成为单斜硫。 (d) 通入沸水中为单斜硫，通入 298 K 水中为斜方硫。 (e) 迅速冷却仍为单斜硫，它是介稳状态，久置后转变为斜方硫。6. 为什么具有 40 Cd 的 BiCd 体系，其步冷曲线的形状与纯 Bi 及纯 Cd 的相同?答：因将该体系冷却到 413 K 时，便有固相出现，但析出的固体成份与液相成份相同，液相组成不变，0，温度不变，步冷曲线出现平台，直至全部凝固后温度才下降，所以步冷曲线形状与纯 Bi 或纯 Cd 相同。7. 怎样可从含 80 Cd 的 BiCd 混合物中分离出 Cd 来，能否全部分离出来？答：先将体系加热熔化(温度超过 563 K )

7、，再使其缓慢冷却，(搅拌使液相组成均匀)，当体系冷却到BC线处，便有纯 Cd 析出，继续冷却，Cd 不断析出，使温度不低于 413 K时，便可分离出纯固态 Cd，但不能把体系中 Cd 全部分离出来，因为温度降到 413 K 时，除了 Cd 析出外，Bi 也析出，也可认为 Cd 与 Bi 形成低共熔混合物(含 40 Cd) 析出，用杠杆规则计算可知最多能有 66.7 的 Cd 可以分离出来。8. 如何将含24 HCl 的盐酸进行蒸馏，馏出物为何物? 如果将含18 HCl 的盐酸蒸馏又如何？(参考表 5-3)。答：HCl-H2O 体系的恒沸混合物组成是含22.25 HCl，具有最高恒沸点。含 24

8、 HCl 的盐酸蒸馏，馏出物中 HCl24，剩余物中的 HCl小于24，但大于22.25； 如果 含 18 HCl 的盐酸蒸馏，馏出物中 HCl18，剩余物中 HCl 大于18， 但小于 22.25。9. 有人说三组分体系的实际相图中，其状态点的自由度均是条件自由度，你认为对否？为什么？答：对的。因为三组分体系中，C，P，当min0时，P，即最多可以存在五相平衡。而当 P min1时，就是说三组分体系中最多可以有个独立变量，要用四维坐标才能完整地表示其相图，而四维相图无法画出，实际相图最多是三维坐标立体相图，或者二维坐标平面相图，因此通常把压力恒定，或温度、压力均恒定，这时的自由度就是条件自由

9、度。10. 如图 5-35 所示的体系，当温度下降时，对大多数体系的二块半园形部分互溶区域逐渐扩大，直至最后能联成带状，请分析这时相图中各块面积的状态。答：A与B，A与C是部分互溶，B与C是完全互溶，当温度下降后形成c带状 (见相图)，这时相图上，面积A是 相(单相区)，面积BCc为 相(单相区)，面积c为 与 二相平衡区，如果体系的组成以点表示，M点表示 相组成，N点表示 相组成。 图 5-35 图 5-36 11. 如图 5-36 中三块部分互溶区域，当体系的温度下降时，三块半园形面积会逐渐扩大直到相互交盖，在图中央会出现一个三角形，试分析体系在这三角形中的状态。答：图中央出现三角形 AB

10、C，在三角形 ABC 中任意一点，存在三个相平衡，三相的组成： 相组分以 A 点表示； 相的组分以 B 点表示； 相的组分以 C 点表示。12. 在三角形坐标图上，有一由顶点至对边任一点的联线，如图 5-37 中的 Cf 线，试用几何法证明在该线上任一点，A 与 B 的组成比为一定值。答：Cf 线上任意一点p，根据三组分体系三角形坐标表示法特点，p点的组成 A/BCb/Acap/bp，在AB二组分体系中，点物系中 A/BBf/Af，要证明三组分中任一点物系中组分A与B的合量之比为一定值，只要能证明 ap/bpBf/Af 即可。根据，在 CfB 中，apBf，ap/BfCp/Cf； CAf 中

11、bpAf，bp/AfCp/Cf； 则 ap/Bfbp/Af pbbpbb60，bpbp ap/Bf bp/Af 即 ap/bpBf/Af 三组分体系中任一点，组分A与B的合量之比为定值。(证毕) 图 5-37 二、单选题：1H2O、K+、Na+、Cl- 、I- 体系的组分数是：(A) C = 3； (B) C = 5； (C) C= 4； (D) C = 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。3单组分固液两相平衡的pT曲线如图所示，则：(A

12、) 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：H2SO4H2O(s)、H2SO42H2O(s)、H2SO44H2O(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101325

13、Pa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。8NaCl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) C = 1，f = 1 C = 2，f = 2 C = 3，f = 3；(B) C = 2，f = 2 C = 3，f = 3 C = 1，f = 1；

14、(C) C = 3，f = 3 C = 1，f = 1 C = 2，f = 2；(D) C = 1，f = 2 C = 2，f = 3 C = 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Na2CO3H2O(s)、Na2CO37H2O(s)、Na2CO310H2O(s)三种结晶水合物。在p 下，f =

15、 C - P + 1 = 2 - 4 + 1 = -1，这种结果表明：(A)体系不是处于平衡态； (B)Na2CO310 H2O(s) 不可能存在；(C)这种情况是不存在的； (D) Na2CO37H2O(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

16、 Pa ；(D) 水的三相点f = 0，而冰点f = 1 。14Na 2CO3可形成三种水合盐：Na2CO3H2O、Na2CO37H2O、NaCO310H2O，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) Na2CO3H2O ；(C) Na2CO37H2O；(D) Na2CO310H2O。 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，

17、固液二相的重量之比是：(A)w(s)w(l) = acab ； (B) w(s)w(l) = bcab ；(C)w(s)w(l) = acbc ； (D) w(s)w(l) = bcac 。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、丙三人共吃一支冰棍，三人约定： 各吃质量的三分之一；

18、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) 1个；(B) 2个； (C) 3个； (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：(

19、A) 向左移动； (B) 向右移动； (C) 不移动；(D) 无法判定。22A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：(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)1个； (B) 2个； (C) 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)1个； (B

20、) 2个；(C) 3个； (D) 4个。 26A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Tx相图为：(B)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

21、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Tx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。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

22、； (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。 34A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) 区1、区1、区1 ； (B) 区1、区3、区2 ；(C) 区1、区2、区2 ； (D) 区1、区2、区1 。36金(熔点1063)与铜(熔点1083)形