第四章相平衡习题教学内容

1、第四章相平衡习题精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢 精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢 第四章相平衡习题指出下列平衡系统的组分数、自由度数各为多少？NH4CI(S)部分分解为 NH3(g)和 HCI(g)物种数S= 3，化学平衡关系式数目R= 1,浓度限制条件数目R=1NH3(g)和HCI(g)浓度相等组分数 K=SR-R=3-1-1=1相数？ = 2 (固相和气相两相)自由度 f=k-?+2=1-2+2=1若上述体系中额外再加入少量的 NH3 (g)物种数S= 3，化学平衡关系式数目R= 1,浓度限制条件数目R=0NH3(g)和HCI(g)不能建立浓度关系组

2、分数 K=SR-R=3-1-0=2相数？ = 2 (固相和气相两相)自由度 f=k-? +2=2-2+2=2 NH4HS(S)和任意量的NH3(g)及H2S (g)平衡;物种数S = 3,化学平衡式R = 1, R = 0组分数 K = S -R - R = 3 -1 -0 = 2相数？ = 2 (固相和气相两相)自由度 f = k -? + 2 = 2 -2 + 2 = 2C(S)、CO (g)、CO2(g)、02(g)在 373K 时达到平衡。物种数S=4,存在下面的化学平衡式：C+02 ?C0 2 2C+O2 ? 2C0 2CO+O2 ? 2CO2 CO2+C?2CO实际上后面两个化学式

3、都可以通过前面两个平衡式获得，则R = 2,而不是等于4。无浓度限制条件，R = 0,则：K = S -R - R = 4 -2 = 2相数？ = 2 (固相和气相两相)由于有温度条件限制，所以自由度为f = K -? + 1 = 2 -2 + 1 = 1在水、苯和苯甲酸的体系中，若指定了下列事项，试问系统中最多可能有几 个相，并各举一例。指定温度；K = S -R -R S= 3, R = R=(则 K = 3f = K - + 1 = 4 -f = 0时，=4,体系最多有四相，如气相、苯甲酸固体、苯甲酸饱和水溶液 和苯甲酸饱和苯溶液。指定温度和水中苯甲酸的浓度;K = S -R -R S=

4、 3, R = 1，R=(则 K = 2f = K - + 1 = 3 -f = 0时，=3,体系最多有三相，如气相、苯甲酸饱和水溶液和苯甲酸饱和苯溶液。指定温度、压力和苯中苯甲酸的浓度。K = S -R -R S= 3, R =1， R=(则 K = 2f = K -=2 -f = 0时，=2 ,体系最多有两相，如苯甲酸饱和水溶液和苯甲酸饱和苯溶 液。3试指出下述系统的自由度数、女口f却,则指出变量是什么?在标准压力下，水与水蒸气平衡组分数K = S = 1,相数？ = 2,指定压力，贝Uf = K -? + 1 = 1 -2 + 1 = 0体系为无变量体系水与水蒸气平衡组分数K = S =

5、 1,相数？ = 2,贝Uf = K -? + 2 = 1 -2 + 2= 1体系为单变量体系，变量是温度或压力中的任一个在标准压力下，I2在水中和CCI4中分配已达平衡，无|2(S)存在组分数K = S=3相数？ = 2,指定压力，贝f = K -? + 1 = 3 -2 + 1 = 2体系为双组分变量，变量为温度和I2在水或CCI4中的任一个浓度NH3、H2、N2三种气体已达平衡组分数 K = S -R - R = 3 -1 = 2f = K -? + 2= 2 -1 + 2 = 3体系为多变量体系，变量为温度、压力和某种物质浓度 在标准压力p下，NaOH水溶液与H3PO4水溶液混合后；S

6、 = 6, R = 3, R = 0, K = S -R -R= 3, ? = 1f = K -? + 1 = 3 -1 + 1 = 3体系为多变量体系，变量为温度、NaOH浓度和H3PO4浓度。在标准压力下，H2SO4水溶液与H2SO4?H2O(S)已达平衡。物种数S = 3(水、H2SO4、H2SO4?H2O(S),化学平衡关系式 R = 1(生成H2SO4?H2O(S)的反应),R = 0,则K = S -R - R = 3 -1 = 2相数？ = 2,硫酸水溶液和固体H2SO4H2O，指定压力，贝Uf = K -? +1 = 2 -2 + 1 = 1体系为单变量体系，变量为温度。图为硫

7、的相图写出图中各线和点代表哪些相的平衡；叙述体系的状态由X在恒压下加热至丫所发生的变化。答：硫有单斜硫(固)和正交硫(固)二种晶型，及液态硫与气态硫四种相态，由于单组分只能三相共存，因而在硫的相图中出现了四个三相点：B、C、F、E。(1)三相点：B,正交、单斜和气相；C,单斜、气相和液相；F,正交、单斜和 液相；E,正交、液相和气相。两相平衡线：AB，正交和气相；BC单斜和气相；CD气相和液相；FC,单斜和液相；GF,正交和液相；BF,正交和单斜；BE,正交和单斜；CE,液相和单斜；EF,正交和液相。（2）从X到Y,先正交硫的恒压升温过程至 BF两相平衡线上，然后为单斜硫的恒压升温过程至CF两

8、相平衡线上，最后为液相硫的恒压升温过程。氯仿的正常沸点为334.6K （外压为101.325kPa），试求氯仿的摩尔蒸汽热及 313K时的饱和蒸汽压。解：由特鲁顿规则知：Hm 88Tb 88 334.6 29.445kJ/molIn山（丄丄）P1R T2 TOC o 1-5 h z ,p22944511 、ln -（）8.314 334.6313p2 49kPa今把一批装有注射液的安培放入高压消毒锅内加热消毒，若用151.99 kPa的水蒸气进行加热，问锅内的温度有多少度？（已知AvapHm = 40.67 kJ/moI）解：根据克-克方程:InP1,151.994067011In ( )8.

9、314 373.15 T2T2385K112C某有机物的正常沸点为530K,从文献查得：压力减至0.267 kPa时，它的沸 点为313K,问此有机物在1.33 kPa时的沸点是多少？（假定363-503K范围内 温度对气化热的影响可以忽略 ）解：注：正常沸点时对应的饱和蒸汽压为 p9.精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢 #精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢 ln P2 H 仃2 TJPlRT2T1ln 0.267H(363 503)8.314 363 503H 64.4kJ / molin 1.3364.4 1 03(T2503)8.314 503T2T239

10、2.6K8.氢醌的蒸汽压实验数据如下:固=气液 =气温度/K405.5436.6465.1489.6压力/ kPa0.13331.33345.332713.334求(1)氢醌的升华热、蒸发热、熔化热(设它们均不随温度而变)；(2)气、液、固三相共存时的温度与压力;在500K沸腾时的外压解:(1)根据克-克方程:lnP2P11.3334 升华 Hm (11)0.13338.314 (405.5 436.6)升华 H m 109.0kJ / mollnP2P113.334蒸发 Hm ( 11 )5.33278.314 (465.1 489.6”蒸发 H m 70.83kJ/mol熔化 Hm=升华

11、H m_ 蒸发 H m=38.17kJ /mol精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢 精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢 （2）设三相共存时的温度为T,压力为p,则:InInInInP 升华Hm (丄 2)R(T1 )p 10901811( )0.13338.314 405.5 Tp蒸发 H m / 11、( )RT1 Tp 70833/ 11、5.33278.314 465.1 TPi(I)Pi(II)联合(I )和(II )式得：p=2.316kPa, T=444.9K蒸发H m / 11、70833( 18.314(465.1佥）箱(T1 T2)ln5.

12、3327得：p=19.1kPa9.为了降低空气的湿度，让压力为p B的潮湿空气通过一冷却至248K的管道,试用下列数据，估计在管道出口处空气中水蒸气的分压。水在283K和273K时的蒸汽压分别为1.228和0.6106KPa, 273K时冰的熔化热为333.5kJ/kg （假定所涉及的热效应都不随温度而变）。当此空气的温度回升到293K时（压力仍为 p9），问这时空气的相对湿度为若干？解：潮湿空气中的水蒸气，先从气相变为液相，再由液相变为固相，知道冰的 熔化热，不知水的相变热，由克克方程:,1.228vapHm“11、ln()0.61068.314273 283vapHm 44.93kJ /

13、molsub H mvap H mfus H m44.93333.5 0.01850.93kJ / mol设248K时冰的饱和蒸汽压为p2,则根据克克方程: TOC o 1-5 h z p25093011In 2()0.61068.314 273248p20.064kPa设293K时水的饱和蒸汽压为p2,则根据克克方程:,p244930 11、ln ( ) 0.61068.314 273293p22.35 kPa相对湿度为： 遊4 100%2.72%2.3510.两个挥发性液体A和B构成一理想溶液，在某温度时溶液的蒸汽压为54.1kPa，在气相中A的摩尔分数为0.45，液相中为0.65，求此温

14、度下纯A和 纯B的蒸汽压。解：根据道尔顿分压定律和拉乌尔定律:*yAP总 0.45 54.1 仆 cPaPaXayAP总Pa-37.45kPaxA0.65pBpB XByBP总Pb- yBP总-(1 0.45 严185.01kPaxB1 0.6511.由甲苯和苯组成的某一溶液含 30%( W/W)的甲苯，在303K时纯甲苯和纯 苯的蒸汽压分别为4.89和15.76 kPa,设该溶液为理想溶液，问303K时溶液的 总蒸汽压和分压各为若干？解：海苯=039207 =0.267, 乂苯=1-0.267 = 0.7339278P 甲苯=P甲 苯 x甲苯=4.87 0.267=1.3kPaP苯=卩苯 x

15、= 15.760.733=11.55kPap= P 甲苯+ p 苯=12.85kPa已知液体A与液体B可形成理想溶液，液体 A的正常沸点为338K，其汽化热为35 kJ.mol-1。由2 mol A和8 mol B形成的溶液在标准压力下的沸点是 318K。将xb= 0.60的溶液置于带活塞的气缸中，开始时活塞紧紧压在液面上，在318K下逐渐减小活塞上的压力。求：(1)出现第一个气泡时体系的总压和 气泡的组成；(2)在溶液几乎全部汽化，最后仅有一滴液滴时液相的组成和体系的总压。解：(1)设318K时，A、B的饱和蒸气压分别为pA*、pB*，则有： TOC o 1-5 h z Pa*3500011

16、In A()8.314 338318pA*46.41kPa由 p = pa*xa + pb*xb =101.325，xa=0.2, xb=0.8,得 pB* =115.05kPa出现第一个气泡时，液相的组成近似为原溶液的组成，即XA = 0.4, XB = 0.6,则:PaP总0.21180.40.4 115.05 0.6yB1 0.2118 0.7882p= Pa * Xa Pb * x B=87.61kPa(2)当溶液几乎全部气化，最后仅有一小滴液体时，气相的组成与原溶液的组成相同，即：yA = 0.4，yB = 0.6Pa*Xa则有： 出 空解得：xa 0.6230, xb 0.3770

17、yB Pb* XbP总0.6230体系的总压：p72.28kPa0.4精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢11精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢11水和乙酸乙酯是部分互溶的，设在 310.7K时，两相互呈平衡，其中一相含 有6.75 %酯，而另一相含水3.79 % （都是重量百分比浓度）。设拉乌尔定律适 用于各相的溶剂，在此温度时纯乙酸乙酯的蒸汽压是22.13kPa，纯水的蒸汽压是6.40kPa。试计算：（1）酯的分压；（2）水蒸气分压；（3）总蒸汽压。解：(1酯相：3.79x?k= c ”18cc c =0.161, x酯=1 0.16=0.839 水 379 + 96酯帀 88衛旨=p酯x酯=22.13 0.839= 18.56kPa水相：6.75xw=88= 0.0146, x水=1 0.0146=0.98546.75 + 93.2588 18Pk= P水x水=6.4 0.9854