物理化学上册第五版天津大学出版社第六章相平衡习题答案.pdf
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1、物理化学上册第五版天津大学出版社第六章相平衡习题答案 6-1 指出下列平衡系统中的组分数C,相数 P及自由度数 F: (1)I2(s)与其蒸气成平衡; (2)CaCO3(s)与其分解产物 CaO(s)和 CO2(g)成平衡; (3)NH4HS(s)放入一抽空的容器中,并与其分解产物NH3(g)和 H2S(g)成平衡; (4)取任意量的 NH3(g)和 H2S(g)与 NH4HS(s)成平衡; (5) I2作为溶质在两不相互溶液体H2O 和 CCl4中达到分配平衡(凝 聚系统) 。 解: (1) S-R-R=1-0-0=1;P=2;F=C-P+2=1 (2) S-R-R=3-1-0=2;P=3;
2、F=C-P+2=1 (3) S-R-R=3-1-1=1;P=2;F=C-P+2=1 (4) S-R-R=3-1-0=2;P=2;F=C-P+2=2 (5) S-R-R=3-0-0=3;P=2;F=C-P+1=2 6-2 已知液体甲苯( A)和液体苯( B)在 90时的饱和蒸气压 分别为kPap s A 22.54和kPap s B 12.136。两者可形成理想液态混合物。今有 系统组成为 3.0 0,Bx 的甲苯-苯混合物 5 mol,在 90下成气 -液两相平 衡,若气相组成为4556.0 B y,求: (1)平衡时液相组成 B x及系统的 压力 p; (2)平衡时气、液两相的物质的量n(g
3、) ,n(l) 。 解: (1)理想液态混合物, A、B 均适用拉乌尔定律,故有 BBB s BB s ABA kPaxxkPaxpxpppp12.136)1 (22.54)1((1) pxkPapxpppy BB s BBB /12.136/4556.0(2) 由式(1)及式( 2)得 BB kPaxxkPap12.136)1(22.54(3) pxkPa B/ 12.1364556.0(4) 联立式( 3)与式( 4) ,解得k P ap70.74,2500.0 B x (2)根据杠杆规则 molmollnngn molmoln xy xy ln BB BB 216.1)784.35()(
4、)( 784.35 2500. 04556.0 3000. 04556.0 )( 0 , 6-2 单组分系统硫的相图示意如下. 试用相律分析相图中各点、线、面的相平衡关系及自由度数。 解:对于单组分系统,根据相律 F=C-P+2=3-P 若 P=1,则 F=2,单相在图上表现为面, 共有四 个单相区 ,如图所示。 若 P=2, 则 F=1, 两相平衡共存在图上表现为线, 称为两相线 ,共有 6 条两相线 ,即:ax 线表示正交 硫与硫蒸气平衡共存; yb 线表示正交硫与液体硫平衡共存;zc 线表 示液体硫与硫蒸气平衡共存;xy 线表示正交硫与单斜硫平衡共存; xz 线表示单斜硫与硫蒸气平衡共存
5、;zy 线表示单斜硫与液体硫平衡 共存。还有三条两相亚稳态平衡线:Ox 线是 ax 线的延长线,表示正 交硫与硫蒸气平衡两相亚稳态共存;Oy 线是 yb 线的延长线, 表示正 交硫与液体硫两相亚稳态平衡共存;Oz 线是 zc 线的延长线,表示液 体硫与硫蒸气两相亚稳态平衡共存; 若 P=3,则 F=0,三相平衡共存在图表现为点,称为三相点 ,共 有 4 个三相点 ,即:x 点表示正交硫、 单斜硫与硫蒸气平衡共存; z 点 表示液体硫、单斜硫与硫蒸气平衡共存;y 点表示正交硫、单斜硫与 液体硫平衡共存; O 点表示正交硫、液体硫与硫蒸气平衡共存,不过 O 点平衡是 不稳定平衡 ,会自发转变为稳定
6、相 单斜硫。 6-4 已知甲苯、苯在90下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22kPa 和 136.12kPa 。两者可形成理想液态混合物。 取 200.0g甲苯和 200.0g苯置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?(3)压力为 92.00kPa时,系统内气、液两相平衡,两相组成如何?两相的物质的 量各多少? 解: (1) 与开始产生气相平衡的液相, 其组成同原始液态混合物, 所以气相的压力为 98.54kPa 92/20
7、078/200 92/200 22.54 92/20078/200 78/200 12.136 * kPaxpxpp甲苯甲苯苯苯 气相组成为 7 4 7 6.054.98 92/20078/200 78/200 12.136/ * pxpy 苯苯苯 (2)与最后一滴液相平衡的气相,其组成同原始液态混合物 苯甲苯苯甲苯苯苯苯 xpppppxpy)(;/ * 上两式联立解得: 苯甲苯苯苯 苯甲苯 苯 yppp yp x )( * * 3197.0 92/20078/200 78/200 )22.5412.136(12.136 92/20078/200 78/200 22.54 kPakPax40.
8、803197. 0)22.5412.136(22.54)pp(pp * 苯甲苯苯甲苯 (3) 苯甲苯苯甲苯 x)pp(pp * 625.000.92/4613.012.136/p 4613.0 22.5412.136 22.5400.92 * pxy x 苯苯苯 苯 原始液态混合物的组成为 molmol nn n n x lg l g 022.3n,709.1n 92 200 78 200 541.06825. 0 4613.0541. 0 541. 0 92/20078/200 78/200 lg 联立解得: 苯 6-5 25丙醇(A)-水(B)系统气-液两相平衡时两组分蒸气分压 与液相组成
9、的关系如下: xB0 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 0.95 0.98 1 pA/k Pa 2.90 2.59 2.37 2.07 1.89 1.81 1.44 0.67 0 pB/k Pa 0 1.08 1.79 2.65 2.89 2.91 3.09 3.13 3.17 (1)画出完整的压力 -组成图(包栝蒸气分压及总压,液相线及气相 线) ; (2)组成为 xB,0 =0.3 的系统在平衡压力p=4.16kPa下,气 -液两相平 衡,求平衡时气相组成yB及液相组成 xB? (3)上述系统 5mol,在 p=4.16kPa下达到平衡时,气相、液相的物 质的量各为多少? (4)上述
10、系统 10kg,在 p=4.16kPa下达到平衡时,气相、液相的质 量各为多少? 解: (1)由题给数据计算出对应液相组成的气相总压 BA ppp及 气相组成ppy BB /,计算结果列表如下: xB0 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 0.95 0.98 1 p/kP a 2.90 3.67 4.16 4.72 4.78 4.72 4.53 3.80 3.17 yB0 0.29 4 0.43 0 0.56 1 0.60 5 0.61 6 0.68 2 0.82 4 1 根据题给的及上述的数据, 画出完整的压力 -组成图,如下图所示。 (2)从图可以查出yB=0.429,xB =0.2
11、(3) molmolng18. 2 2 .0429.0 2 .03.0 5 molmolyngn molmolyngn molmoln BgB BgA l 94.0429.018.2)( 24.1)429.01(18.2)1()( 82.2)18.25( (4)MA=60.096,MB=18.015,yB=0.429,xB=0.2 气相与液相的平均摩尔质量分别为 680.51015.182. 0096.608. 0 043.42 015.18429.0096.60571.0 BB l BB g MxM MyM )023 .0() 3.0429.0( 10 l l g g lg M m M m
12、kgmm 上两式联立可得 kgmkgkg mkgmkg M M m g gg l g g 13.610m,87.3m )10(631.0)10( ) 3.0429.0( )023.0( lg 6-6 101.325kPa下水(A) -醋酸(B) 系统的气 -液平衡数据如下: t/100 102.1 104.4 107.5 113.8 118.1 xB0 0.300 0.500 0.700 0.900 1.000 yB0 0.185 0.374 0.575 0.833 1.000 (1)画出气-液平衡的温度 -组成图; (2)从图上找出组成为xB =0.800 的液相的泡点; (3)从图上找出组
13、成为yB =0.800 的气相的露点;(4)105.0时气- 液平衡两相组成是多少? (5)9kg 水与 30kg 醋酸组成的系统在105.0达到平衡时,气、液 两相的质量各为多少? 解:(1)根据题给的数据, 画出在 101.325kPa下水(A) -醋酸(B) 系统气 -液平衡的温度 -组成图,如下图所示。 (2)由图查得 xB=0.800的液相的泡点为110.2。 (3)由图查得 yB=0.800的液相的露点为 112.8。 (4)由图查得105.0时气 -液平衡两相的组成为xB=0.544, yB=0.417。 (5)MA=60.052,MB=18.015,yB=0.417,xB=54
14、4 系统的总组成 5 0 0. 0 0 1 5.18/109052.60/1030 052.60/1030 33 3 Bx 系统总量n总= (30 10 3/60.052+9 103/18.015)mol=999.15mol 根据杠杆规则 molmolnl653)417.0544.0/()417. 0500.0(15.999 kgkgm kgkgMn g l l 31.12)69.2639( 69.2610)015.18456. 0052.60544.0(653m 3 l 6-7 已知水 -苯酚系统在30液-液平衡时共轭溶液的组成w(苯 酚)为: 1 L(苯酚溶于水),8.75%; 2 L(水
15、溶于苯酚),69.9%。问: (1) 在 30、100g 苯酚和 200g 水形成的系统达到液 -液平衡时,两液相 的质量各为多少?( 2)在上述系统中再加入100g 苯酚,又达到相平 衡时,两液相的质量各为多少? 解(1)系统总组成%3.33)200100/(100 苯酚 w 根据杠杆规则: gggLmggLm4.1206.179300)(,6.179 75.89.69 3 .339.69 300)( 21 (2)系统总组成%50)200200/(200 苯酚 w 根据杠杆规则: gggLmggLm8.2692.130400)(,2.130 75. 89.69 509.69 300)( 21
16、 6-8 水-异丁醇系统液相部分互溶。 在 101.325kPa下,系统的共沸 点为 89.7。气( G) 、液(L1) 、液( L2)三相平衡时的组成w(异 丁醇)依次为: 70%、8.7%、85.0%。今由 350g 水和 150g 异丁醇形 成的系统在标准压力下由室温加热, 问:(1) 温度刚要达到共沸点时, 系统处于相平衡时存在那些相?其质量各为多少?(2)当温度由共 沸点刚有上升趋势时, 系统处于相平衡时存在那些相?其质量各为多 少? 解:系统总组成为: 150/(150+350)=30% (1)存在液( L1) 、液(L2)二相平衡,根据杠杆规则,得 gggLmggLm140360
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- 物理化学 上册 第五 天津 大学出版社 第六 相平衡 习题 答案
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