物理化学第六章课后答案完整版教案资料

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第六章 相平衡

6.1 指出下列平衡系统中的组分数C ,相数P 及自由度F 。 (1) I 2(s)与其蒸气成平衡;

(2) CaCO 3(s)与其分解产物CaO(s)和CO 2(g)成平衡;

(3) NH 4HS(s)放入一抽空的容器中,并与其分解产物NH 3(g)和H 2S(g)成平衡; (4) 取任意量的NH 3(g)和H 2S(g)与NH 4HS(s)成平衡。

(5) I 2作为溶质在两不互溶液体H 2O 和CCl 4中达到分配平衡(凝聚系统)。 解: (1)C = 1, P = 2, F = C – P + 2 = 1–2 + 2 = 1.

(2)C = 3–1 = 2, P = 3, F = C –P + 2 = 2–3 + 2 = 1. (3)C = 3–1–1 = 1, P = 2, F = C –P + 2 = 1–2 + 2 = 1. (4)C = 3–1 = 2, P = 2, F = C –P + 2 = 2–2 + 2 = 2. (5)C = 3, P = 2, F = C –P + 1 = 3–2 + 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

=

。两者可形成理想液态混合物。今有系统组成为

的甲苯

-苯混合物5 mol ,在90 ℃下成气-液两相平衡,若气相组成为求:

(1) 平衡时液相组成

及系统的压力p 。

(2) 平衡时气、液两相的物质的量

解:(1)对于理想液态混合物,每个组分服从拉乌尔定律,因此

(2)系统代表点

,根据杠杆原理

mol

.n mol .n n )..(n )..(.n n n )x x (n )x y (l g l g g l l l ,B o ,B g o ,B g ,B 784321612503030455605

0==-=-=+-=-

6.3 单组分系统的相图示意如右图。试用相律分析图中各点、线、面的相平衡关系及自由度。

6.4 已知甲苯、苯在90℃下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22 kPa和136.12 kPa。两者可形成理想液态混合物。取200.0 g甲苯和200.0 g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92.00 kPa时,系统内气-液两相平衡,两相的组成如何?两相的物质的量各位多少?

6.6 101.325 kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。

100 102.1 104.4 107.5 113.8 118.1

0 0.300 0.500 0.700 0.900 1.000

0 0.185 0.374 0.575 0.833 1.000

(2)从图上找出组成为的气相的泡点。

(3)从图上找出组成为的液相的露点。

(4)105.0 ℃时气-液平衡两相的组成是多少?

(5)9 kg水与30 kg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)气-液平衡的温度-组成图为

(2)的气相的泡点为110.3℃。

(3)的液相的露点为112.7℃。

(4)105.0℃时气-液平衡两相的组成,。

6.7 已知水-苯酚系统在30℃液-液平衡时共轭溶液的组成

为:L

1(苯酚溶于水),8.75 %;L

2

(水溶于苯酚),

69.9 %。

(1)在30℃,100 g苯酚和200 g水形成的系统达液-液平衡时,两液相的质量各为多少?

(2)在上述系统中若再加入100g苯酚,又达到相平衡时,两液相的质量各变到多少?

解:(1)系统代表点

根据杠杆原理

6.8 水-异丁醇系统液相部分互溶。在101.325 kPa下,系统的共沸点为89.7 ℃。气(G)、

液(L

1)、液(L

2

)三相平衡时的组成依次为:70.0 %;8.7 %;85.0 %。今由350 g

水和150 g异丁醇形成的系统在101.325 kPa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哪些相?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哪些相?其质量各为多少?

6.9 恒压下二组分液态部分互溶系统气-液平衡的温度-组成图如附图,指出四个区域内平衡的相。

解:各相区已标于图上。

l

, B in A.

1

l

, A in B.

2

6.10 为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯,在86.0 kPa 压力下用水蒸气蒸馏。已知:在此压力下该系统的共沸点为80℃,80℃时水的饱和蒸气压为4

7.3 kPa。试求:

(1)气相的组成(含甲苯的摩尔分数);

(2)欲蒸出100 kg纯甲苯,需要消耗水蒸气多少千克?

6.11 液体H

2O(A),CCl

4

(B)的饱和蒸气压与温度的关系如下:

40 50 60 70 80 90

7.38 12.33 19.92 31.16 47.34 70.10

28.8 42.3 60.1 82.9 112.4 149.6 两液体成完全不互溶系统。

(1)绘出H

2O-CCl

4

系统气、液、液三相平衡时气相中H

2

O,CCl

4

的蒸气分压对温度的关系曲

线;

(2)从图中找出系统在外压101.325 kPa下的共沸点;

(3)某组成为(含CCl4的摩尔分数)的H2O-CCl4气体混合物在101.325 kPa下恒压冷却到80℃时,开始凝结出液体水,求此混合气体的组成;

(4)上述气体混合物继续冷却至70℃时,气相组成如何;

(5)上述气体混合物冷却到多少度时,CCl

4

也凝结成液体,此时气相组成如何?

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