大学物理化学5相图课后习题及答案.doc

相图一、是非题下述各题中的说法是否正确?正确的在题后括号内画“”,错的画“”。1. 相是指系统处于平衡时,系统中物理性质及化学性质都均匀的部分。( )2. 依据相律,纯液体在一定温度下,蒸气压应该是定值。( )3. 依据相律,恒沸温合物的沸点不随外压的改变而改变。( )二、选择题选择正确答案的编号，填在各题题后的括号内。1 NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2 S(g)达平衡时有：( )。(A)C=2，f=2，f =2；(B) C=1，f=2，f =1；(C) C=1，f=3，f =2；(D) C=1，f=2，f =3。2 已知硫可以有单斜硫，正交硫，液态硫和气态硫四种存在状态。硫的这四种状态_稳定共存。(A) 能够；(B) 不能够；(C) 不一定。3 硫酸与水可形成H2SO4H2O(s)，H2SO42H2O(s)，H2SO44H2O(s)三种水合物，问在101 325Pa的压力下，能与硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少种？( )(A) 3种； (B) 2种； (C) 1种； (D) 不可能有硫酸水合物与之平衡共存。4 将固体NH4HCO3(s) 放入真空容器中，恒温到400 K，NH4HCO3 按下式分解并达到平衡： NH4HCO3(s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2(g) 系统的组分数C和自由度数f为：( )(A)2，f 2；(B)2，f 2；(C)2，f 0；(D)3，f 2。5 某系统存在C(s)、H2O(g)、CO(g)、CO2(g)、H2(g)五种物质，相互建立了下述三个平衡：H2O(g)+C(s) H2(g) + CO(g)CO2(g)+H2(g) H2O + CO(g)CO2(g) + C(s) 2CO(g)则该系统的独立组分数C为：()。(A) 3； (B) 2； (C) 1； (D) 4。三、计算题习题1A，B二组分在液态完全互溶，已知液体B在80C下蒸气压力为101.325 kPa，汽化焓为30.76 kJmol-1。组分A的正常沸点比组分B的正常沸点高10 C。在101.325kPa下将8 mol A和2 mol B混合加热到60 C产生第一个气泡，其组成为yB=0.4，继续在101.325 kPa下恒压封闭加热到70C，剩下最后一滴溶液其组成为xB=0.1。将7 mol B和3 mol A气体混合，在101.325 kPa下冷却到65C产生第一滴液体，其组成为xB=0.9，继续定压封闭冷却到55C时剩下最后一个气泡，其组成为yB=0.6。(1) 画出此二组分系统在101.325kPa下的沸点一组成图，并标出各相区；(2) 8 mol B和2 mol A的混合物在101.325 kPa，65 C时， 求平衡气相的物质的量； 求平衡液相中组分B的活度和活度因子； 此混合物能否用简单精馏的方法分离为纯A组分与纯B组分？为什么？习题2图5-2为A、B二组分液态完全互溶系统的沸点组成图。图5-2(1)在图中标示各相区聚集态及成分(聚集态用g, l, s；成分用A, B, AB表示,不要另画图)(2) 在以下题中的 “”处填上答案(不要另处作答)(i) 4 mol A和6 mol B混合时，70时该系统相数为; 其中相物质的量n= mol; 相物质的量n= mol;前者含n(A) = mol; n(B ) = mol; 后者含n(A) = mol; n(B ) = mol;(ii)xB 的A，B二组分混合物其在101325Pa下沸点为70.(iii)70时，xB0.80的混合物，组分A的活度因子fA，活度aA.已知A(l)的标准摩尔生成焓为300kJmol1，A(g)的标准摩尔生成焓为328.4kJmol1。习题3A和B固态时完全不互溶，101 325 Pa 时A(s)的熔点为30C，B(s)的熔点为50C，A和B在10C具有最低共熔点，其组成为xB,E=0.4，设A和B相互溶解度曲线均为直线。 (1)画出该系统的熔点-组成图(t-xB图)； (2)今由2 mol A 和8 mol B 组成系统，根据画出的t-xB图，列表回答系统在5C，30C，50C时的相数、相的聚集态及成分、各相的物质的量、系统所在相区的条件自由度数。习题4A和B形成相合熔点化合物AB：A，B，AB 在固态时完全不互溶；A，AB，B 的熔点分别为200C，300C，400C，A与AB及AB与B形成的两个低共熔点分别为150C， 和250C，。(1)画出以上述系统的熔点-组成(t-xB)图；(2)画出以下两条步冷曲线：xB=0.1的系统从200 C冷却到100 C，及xB=0.5的系统从400 C冷却到200C；(3)8 mol B和12 mol A 混合物冷却到无限接近150 C时，系统是哪几相平衡？各相的组成是什么？各相物质的量是多少？习题5NaCl-H2O二组分系统的最低共熔点为-21.1C，最低共熔点时溶液的组成为w(NaCl)=0.233，在该点有冰和NaCl2H2O的结晶析出。在0.15C时，NaCl2H2O分解生成无水NaCl和w(NaClH2O)=0.27的溶液。已知无水NaCl 在水中的溶解度随温度升高变化很小。NaCl与H2O的摩尔质量为58.0 gmol-1，18.0 gmol-1（1） 绘制该系统相图的示意图，并指出图中区、线的意义；（2） 若在冰水平衡系统中，加入固体NaCl来作致冷剂，可获得的最低温度是多少？（3） 某地炼厂所用淡水由海水w(NaCl) = 0.025淡化而来，其方法是利用液化气膨胀吸热，使泵取的海水在装置中降温，析出冰，将冰熔化而得淡水，问冷冻剂在什么温度，所得的淡水最多？习题6 (1)按下列条件作出A,B 二组分系统相图的示意图：A的熔点为600C；B为1000C；化合物AB2的分解温度为650C，此时液相组成为xA=0.50；A和AB2的最低共熔点为400C，xA=0.80；固相不互溶，液相完全互溶；(2)标明相图中各区域存在的相态及成分；(3)指出相图中在哪些情况下条件自由度数为零，此时各相的组成是什么？(4)作出，xA=0.40的溶液的冷却曲线，在曲线转折点处及各段注明相态及成分的变化。习题7A，B 二组分凝聚系统相图如图5-8：E2图5-8(1)根据所给相图填下表：相区相数相态及成分条件自由度数fIIIIIIIVV线上线上(2)画出系统点a1，a2 降温时的步冷曲线(在曲线的转折点处注明相态变化及曲线各段平衡相的聚集态和成分)。一、是非题1. () 2. () 3. ()二、选择题1. (A) 2. ( B ) 3. (C) 4. (C) 5. ( A) 三、计算题习题1图5-1题解：(1)见图5-1：(2)zB点组成为 气相为 5mol ； ， xB =0.9 ，yB=0.7 组分B在65C 时的蒸气压为： 则p*B(65C)=63.66kPa aB = f BxB=1.2380.9=1.114 因图中有恒沸点，单纯用精溜方法只能得到纯B及恒沸混合物而不能得到纯A。导引：为求65C平衡液相中组分B的活度和活度因子；需先用克-克方程求出该温度下纯液体B的饱和蒸气压。习题2题解：(1) 如图5-3所示图5-3(2) (i) 系统如图3-22中K点所示，有气、液两个相，相数为2，相点如G，L两点所示，各相物质的的量由杠杆规则：ng+nl10mol (b)联立(a),(b)解得ng5.00mol其中ngA3.00mol, ngB2.00molnl5.00mol其中nlA2.00mol,nlB3.00mol(ii)依据图3-22所示，xB0.80的混合物在101325Pa下沸点为70。(iii)p*A(50)101 325PavapHm(A)fHym(A,g)fHym(A,l) (328.4300)kJmol1 =28. 4kJmol1由克劳休斯-克拉佩龙方程式解得p*A(70)187.6kPa所以aAfAxA1.6200.200.324剖析: (i) 本题要用杠杆规则求算所给系统各相物质的量，准确应用杠杆规则是解题关键；(ii) 在求混合物中组分A的活度因子fA时，需求出p*A(70)，这要运用克-克方程，所需相关数据可从图中获得；(iii) 本题把物质A的摩尔汽化焓与气、液态的标准摩尔生成焓联系在一起，并应用克-克方程，求算p*A(70)，最终计算fA，是非常典型、综合性很强的考研题，较全面考察考生的综合能力。习题3题解：熔点-组成图(t-xB图)如图5-4所示。图5-4E系统温度 t / C 相数相的聚集态及成分各相物质的量系统所在相区的条件自由度52s (A), s (B)1302s (B), l (A+B)1501l (A+B)2导引：掌握在不同的条件下求各相物质的量的方法。习题4题解：(1)如图5-5图5-5(2)如图5-5(3)此时系统为两相平衡，s(AB) l(A+B) , s ( AB ) 中为纯AB，xB, l ( A+B ) =0.2根据杠杆规则： n S ( AB ) + n l ( A+B ) =20 mol解得，n S ( AB ) =13.33mol，n l ( A+B ) =6.67mol导引：本题的相图相当于由两个低共熔点(A、AB二组分及AB、B二组分在固态完全不互溶的熔点-组成图)的相图合并而成。习题5题解：(1)相图如图5-6所示，NaCl2H2O中NaCl的质量分数为w(NaCl)=0.617，图中三条垂直线为单相线，二条水平线，为三相线(端点除外)，AE 为冰点下降曲线，BFE为饱和溶解度曲线，E点为最低共熔点；图5-6(2)当把NaCl放入冰水平衡系统中时，凝固点下降，冰熔化使系统温度下降。系统可获得的最低温度为-21.1C；(3)系统w(NaCl) = 0.025 时，降低温度在-21.1C稍上一点时，所获得的冰最多，也就是所获得的淡水最多。导引：本题为水-盐系统形成不相合熔点化合物的相图，要注意到其实际应用。习题6题解：(1), (2)画图如图5-7：（b）（a）图5-7(3)线：l + s (A)+ s(AB2)三相共存，=0， 液相组成为lE(E点组成)； 线：l + s (AB2)+ s(B)三相共存，=0， 液相组成为lG(G点组成)；M点及N点分别为纯A，B的熔点，均为纯物质的两相平衡s(A) l(A)； s(B) l(B)，=0。(4)步冷曲线如图3-10(b)。导引：本题为形成不相合熔点化合物系统的相图。习题7题解：(1)相区相数相态及成分自由度数I2s1( A+B )+l(A+B)1II2l1(A+B)+ l2(A+B)1III2s1( A+B ) + l( A+B )1IV2s1( A+B ) + s2( A+B )1V2l( A+B )+s2( A+B )1线上3lE( A+B )+lD( A+B )+sC( A+B )0线上3sH( A+B )+( A+B )+sK( A+B )0(2) 步冷曲线如图5-9图5-9 导引：(i)全图均为A、B二组分部分互溶系统，从上至下，分别为A、B二组分在液态部分互溶、在液、固态部分互溶、在固态部分互溶系统；(ii)相区II为两个液相相互平衡共存；(iii)系统点a1，a2 降温时的步冷曲线出现两个平台（因为分别经过两个三相平衡线，三相平衡时=0）。