物化第六章-答案

第六章 相平衡練習(xí)題一、是非題，下列各題的敘述是否正確，對(duì)的畫錯(cuò)的畫1、 純物質(zhì)兩相達(dá)平衡時(shí)，兩相的吉布斯函數(shù)值一定相等。 （ ）2、理想液態(tài)混合物與其蒸氣達(dá)成氣、液兩相平衡時(shí)，氣相總壓力p與液相組成xB呈線性關(guān)系。（ ）3、 已知Cu-Ni 可以形成完全互溶固熔體，其相圖如右圖，理論上，通過精煉可以得到兩個(gè)純組分。（ ）4、二組分的理想液態(tài)混合物的蒸氣總壓力介于二純組分的蒸氣壓之間。 ( )5、在一定溫度下，稀溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)與其蒸氣達(dá)到平衡時(shí)氣相中的分壓與該組分在液相中的組成成正比。（ ）6、恒沸混合物的恒沸溫度與恒沸組成不隨壓力而改變。 ( )7、 在一個(gè)給定的體系中，特種數(shù)可以分析問題的角度不同而不同，但獨(dú)立組分?jǐn)?shù)是一個(gè)確定的數(shù)。 （ ）8、自由度就是可以獨(dú)立變化的變量。（ ）9、單組分體系的相圖中兩相平衡線都可以用克拉貝龍方程定量描述。（ ）10、在相圖中總可以利用杠桿規(guī)則計(jì)算兩相平衡時(shí)兩相的相對(duì)量。( )二、選擇題1、在p下，用水蒸氣蒸餾法提純某不溶于水的有機(jī)物時(shí)，系統(tǒng)的沸點(diǎn)：（ ）。（1）必低于373.2 K； （2）必高于373.2 K；（3）取決于水與有機(jī)物的相對(duì)數(shù)量；（4）取決于有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的大小。2、已知A(l)、B(l)可以組成其t-x(y)圖具有最大恒沸點(diǎn)的液態(tài)完全互溶的系統(tǒng)， 則將某一組成的系統(tǒng)精餾可以得到：( )。（1）兩個(gè)純組分； （2）兩個(gè)恒沸混合物；（3）一個(gè)純組分和一個(gè)恒沸混合物。3、已知A和B 可構(gòu)成固溶體，在組分A 中，若加入組分B 可使固溶體的熔點(diǎn)提高，則組B 在此固溶體中的含量必_組分B 在組分液相中的含量。（1）大于；（2）小于；（3）等于；（4）不能確定。4、硫酸與水可形成H2SO4H2O(s)，H2SO42H2O(s)，H2SO44H2O(s)三種水合物，問在101325 Pa的壓力下，能與硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少種？( ) (1) 3種； (2) 2種； (3) 1種； (4) 不可能有硫酸水合物與之平衡共存5、對(duì)恒沸混合物的描寫，下列各種敘述中哪一種是不正確的？ (1) 與化合物一樣，具有確定的組成； (2) 恒沸混合物的組成隨壓力的改變而改變； (3) 平衡時(shí)，氣相和液相的組成相同； (4) 其沸點(diǎn)隨外壓的改變而改變。 6、將固體NH4HCO3(s) 放入真空容器中，等溫在400 K，NH4HCO3 按下式分解并達(dá)到平衡： NH4HCO3(s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2(g)系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)C和自由度數(shù)F為：( )。 ()，F(xiàn) ；()，F(xiàn)；()，F(xiàn)； ()，F(xiàn)。7、在101 325 Pa的壓力下，I2在液態(tài)水和CCl4中達(dá)到分配平衡(無固態(tài)碘存在)則該系統(tǒng)的自由度數(shù)為：( )。 (1)F=1； (2)F=2； (3)F=0； (4)F=3。8、組分A(高沸點(diǎn))與組分B(低沸點(diǎn))形成完全互溶的二組分系統(tǒng)，在一定溫度下，向純B中加入少量的A，系統(tǒng)蒸氣壓力增大，則此系統(tǒng)為：( )。（1） 有最高恒沸點(diǎn)的系統(tǒng)；（2） 不具有恒沸點(diǎn)的系統(tǒng)；（3） 具有最低恒沸點(diǎn)的系統(tǒng)。9、克-克龍方程可適用于：（ ）。（1）； （2）；（3）； （4）。10、壓力升高時(shí)，單組分體系的沸點(diǎn)將( )。（1）升高；（2）降低；（3）不變；（4）不能確定。11、進(jìn)行水蒸汽蒸餾的必要條件是( )(1) 兩種液體互不相溶； (2) 兩種液體蒸汽壓都較大； (3) 外壓小于101kPa； (4) 兩種液體的沸點(diǎn)相近；12、氫氣和石墨粉在無催化劑時(shí)，在一定的溫度和壓力下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體系的組分?jǐn)?shù)是 ( )。()2；()3；()4； ()5。13、在上述體系中，有催化劑時(shí)可生成n種碳?xì)浠衔?，平衡時(shí)組分?jǐn)?shù)為( )。 ()2；()3；()4； ()5。14、相律適用于：( )。 (1) 封閉體系； (2) 敞開體系； (3) 非平衡敞開體系； (4) 已達(dá)平衡的敞開體系。 15、具有最低恒沸溫度的某兩組分體系，在其T-x相圖的最低點(diǎn)有( )。（1）； （2）； 3）； （4）。三、填空題1、已知NaHCO3(s)熱分解反應(yīng)為 2NaHCO3 = Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)今將NaHCO3(s)，Na2CO3(s)，CO2和H2O(g)按任意比例混合，放入一個(gè)密閉容器中，當(dāng)反應(yīng)建立平衡時(shí), 系統(tǒng)的R=_；C =_；p =_；F =_。 2、熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t的關(guān)系為 ，水的三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度為 。3、450 C時(shí)，將NH3(g)與N2(g)混合，由于NH3(g)的分解，最終得到NH3(g)、N2(g)和H2(g)平衡共存的系統(tǒng)，求該系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)C =_；相數(shù)P =_；和自由數(shù)F =_。4、A與B可構(gòu)成液態(tài)部分互溶二組分系統(tǒng)其相圖如圖所示。今將40 kg B與60 kg A混合加熱至53 C，系統(tǒng)為_相；若此時(shí)，將所得液體冷卻至20 C，系統(tǒng)為_相，各相的組成分別為_和_； 5、在一鋼瓶中裝有CO2，溫度為10，壓力為4.65MPa，則CO2處于_態(tài)。(選填氣、液、氣液)。(已知CO2的臨界溫度為31，在10時(shí)CO2的飽和蒸氣壓為4.46MPa)6、已知K-Rb 二組分系統(tǒng)相圖如圖所示，今將系統(tǒng)S 經(jīng)精煉分離，則在固相可得到_純組分，在液相可得到溶體_。7、一般有機(jī)物可以用水蒸氣蒸鎦法提純，當(dāng)有機(jī)物的_和_越大時(shí)，提純一定質(zhì)量有機(jī)物需用的水蒸氣量越少，能量越節(jié)省。8、CaCO3(s)，BaCO3(s)，CaO(s)，BaO(s)和CO2(g)構(gòu)成一個(gè)多相平衡系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)(獨(dú)立)為_ ；自由度數(shù)為 _。9、已知Au-Pt 相圖如下： （1）wB=0.40 的合金冷卻到1 300時(shí)，固體合金之組成約為_； （2）wB=0.60 的合金冷卻到1 500時(shí)，固相組成為_。10、Na2CO3(s)與H2O(l)可生成水合物Na2CO3H2O(s), Na2CO3 7H2O(s), Na2CO310H2O則30時(shí)，與Na2CO3水溶液、冰平衡共存的水合物最多可有_種。11、冰的熔點(diǎn)隨壓力增大而_，苯的熔點(diǎn)隨壓力增大而_。(選填升高、降低)12、問答題。 FeCl3與H2O能形成四種具有相合熔點(diǎn)的水合物FeCl36H2O(s)，2FeCl37H2O(s)，2FeCl35H2O(s)和FeCl32H2O(s)。問該系統(tǒng)組分?jǐn)?shù)是多少？在等壓下最多有幾相平衡共存？13、完全互溶的A，B二組分溶液，在xB=0.6處，平衡蒸氣壓有最高值，那么組成xB=0.4的溶液在氣-液平衡時(shí)，yB(g)，xB(1)，xB(總)的大小順序?yàn)開。將xB=0.4的溶液進(jìn)行精餾,塔頂將得到_。14、純液體在其正常沸點(diǎn)下沸騰變?yōu)闅怏w，下述各量中增加的量是 ；減少的量是 ；不變的量是 。A蒸氣壓B摩爾汽化熱C摩爾熵D摩爾焓E吉布斯自由能F溫度G。外壓H。摩爾體積.I。亥姆霍茲函數(shù)15、在一透明的真空容器中裝入足夠量的純液體，若對(duì)其不斷加熱，可見到 ；現(xiàn)象，若將容器不斷冷卻，又可見到 。四、問答題。請(qǐng)回答下列各題。1、請(qǐng)論證，恒沸混合物是混合物而不是化合物。五、填作圖題。 1、已知A, B兩種液體完全互溶，且p*B>p*A，在常壓下具有最低恒沸混合物組成為D。 (1) 試畫出該系統(tǒng)T-x圖，p-x圖的草圖； (2) 若有一組成介于B與D之間的A，B二組分溶液，經(jīng)精餾后，在塔頂和塔底各得什么產(chǎn)物？2、填作圖題。 某二組分凝聚系統(tǒng)相圖如下； （1）說明各區(qū)的相態(tài)及成分； （2）分別繪出a，b，c，d各點(diǎn)開始冷卻的步冷曲線，并注明冷卻曲線轉(zhuǎn)折處的相態(tài)變化及曲線各段的相態(tài)。3、填作圖題。 A-B系統(tǒng)的固-液平衡相圖如下： （1）列表指出各區(qū)的相態(tài)及成分； （2）畫出aa,bb,cc 的冷卻曲線的示意圖； （3）欲從a 系統(tǒng)中得最大量的純結(jié)晶A，應(yīng)該采取什么操作條件？4、填作圖題。 (共10分 ) 下列數(shù)據(jù)為乙醇和乙酸乙酯在101.325 kPa下蒸餾時(shí)所得： 溫度 t / 77.15 75.0 71.8 71.6 72.8 76.4 78.3(C2H5OH) 氣相 0.000 0.164 0.398 0.462 0.600 0.880 1.000 液相 0.000 0.100 0.360 0.462 0.710 0.942 1.000 (1) 依據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制t-x圖(粗略圖)，標(biāo)示出圖中各相區(qū)的相態(tài)及成分； (2)這是一個(gè)什么系統(tǒng)？ (3)將組成x(C2H5OH)=0.75之溶液用精餾塔分離，塔頂、塔底各可得到什么成分？5、已知Ag-Cu相圖（液固平衡）如下圖所示：（1）填表（2）今有組成為P的液態(tài)合金，畫出其步冷曲線。 步冷曲線相區(qū) 相數(shù)相態(tài)及成分IIIIIIDE線A點(diǎn)P點(diǎn)6、用熱分析法測(cè)得Sb(A) + Cd(B)系統(tǒng)步冷曲線的轉(zhuǎn)折溫度及停歇溫度數(shù)據(jù)如下：w(Cd) 100 0 20.5 37.5 47.5 50 58 70 93 100轉(zhuǎn)折溫度t/ C 550 460 419 400 停歇溫度t/ C 630 410 410 410 410 439 295 295 321 （1）由以上數(shù)據(jù)繪制步冷曲線（示意），并根據(jù)該組步冷曲線繪制Sb(A)-Cd(B)系統(tǒng)的熔 點(diǎn)-組成圖； （2）由相圖求Sb和Gd形成的化合物的最簡(jiǎn)分子式； （3）將各區(qū)的相數(shù)及條件自由度數(shù)（）列成表。 （已知Cd及Sb的相對(duì)原子質(zhì)量分別為112.4，121.8）7、試畫出水的相圖(p-T示意圖)，標(biāo)出圖中各相區(qū)、相線、三相點(diǎn)的穩(wěn)定相，并計(jì)算這些區(qū)、線、點(diǎn)的自由度。8、 下列數(shù)據(jù)為乙醇和乙酸乙酯在101.325 kPa下蒸餾時(shí)所得： 溫度 t / 77.15 75.0 71.8 71.6 72.8 76.4 78.3y(C2H5OH)氣相 0.000 0.164 0.398 0.462 0.600 0.880 1.000 x(C2H5OH) 液相 0.000 0.100 0.360 0.462 0.710 0.942 1.000 (1) 依據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制t-x圖草圖，標(biāo)示出圖中各相區(qū)的相態(tài)及成分； (2) 在溶液組成x(C2H5OH)=0.75時(shí)最初餾出物（氣相）的組成是什么？ (3) 用精餾塔將(2)之溶液分離得到的物質(zhì)是什么？9、由A-B的冷卻曲線得到下列數(shù)據(jù)：w(B) 100 0 20 40 60 80 100 轉(zhuǎn)折溫度t / C無 400 無 250 390 無 停頓溫度t / C650 150 150 150 150 500 作A-B相圖，并標(biāo)明各區(qū)域中可能存在的相態(tài)成分及自由度數(shù)； 畫出組成為w(B)=0.3, w(B)=0.4, w(B)=1的步冷曲線.10、填作圖題。 A和B兩種物質(zhì)的混合物在101 325Pa下沸點(diǎn)-組成圖如圖，若將1 molA和4 molB混合，在101325 Pa下先后加熱到t1=200 C，t2=400 C，t3=600 C，根據(jù)沸點(diǎn)-組成圖回答下列問題：（1）上述3個(gè)溫度中，什么溫度下平衡系統(tǒng)是兩相平衡？哪兩相平衡？各平衡相的組成是多少？各相的量是多少(mol)？ （2）上述3個(gè)溫度中，什么溫度下平衡系統(tǒng)是單相？是什么相？第六章 平衡練習(xí)題答案一、是非題答案1、2、 3、 4、5、 6、 7、8、 9、 10、 二、選擇題答案1、（1） 2、 (3)， 3、（1）4、（3）5、 (1)6、 () 7、（2）8、(3) 9、（1） 10、（1）11、（1）12、 (1) 13、（2） 14、(4) 15、（1）三、填空題答案1、解： 0 3 3 2 2、解：T / K = t / 273.15 273.16 K 3、解：2，1，2 4、解： 1 ； 2 ； l1,w(B)=0.20 ， l2,w(B)=0.80 5、液態(tài) 6、解： K ； C 。 7、解： 飽和蒸氣 摩爾質(zhì)量 8、解： 3 0 9、解：wB=0.60 wB=0.80 10、解： 1 11、解： 降低 升高 12、解：S = 6，R = 4，R= 0 C = SRR = 2，在等壓下 = CF + 1, 因 = 0時(shí)相數(shù)最多因此在等壓下最多有三相平衡共存。 13、解： yB(g)>xB(總) > xB(1) xB=0.6恒沸混合物 14、解C.D.H I A.B.E.F.G 15、臨界 三相共存 四、問答題。請(qǐng)回答下列各題。1、解：恒沸混合物的組成隨壓力的改變而改變，故其是混合物而不是化合物。 五、填圖題1、解：(1)如圖 （4分） (2)塔頂，恒沸混合物D 塔底 B （2分）2、填作圖題。 ( 本 大 題13分 )解：(1) 相區(qū)1 2 3 4 5 6相態(tài)及成分l(A+B) l+s(A) l+s(C) l+s(B) s(A)+s(C) s(C)+s(B) 3、填作圖題。 ( 本 大 題13分 )解：（1） （6分）相區(qū)(1) (2) (3) (4) (5) (6)相態(tài)及成分l(A+B) s (A)+l s (A)+s (AB) s (A)+l s (AB)+l s (AB)+ s (B) （2） 步冷曲線如圖。（8分） （B）欲從a 系統(tǒng)中得到最大量純結(jié)晶A，應(yīng)該使溫度降低至接近三相線。 （12分）4填作圖題。 ( 本 大 題10分 )解：(1)如右圖所示： （6分）(2)此系統(tǒng)為具有最大正偏差的系統(tǒng) (3) 塔頂、塔底各可得到恒沸物和純B（2分）5、問答題。 ( 本 大 題7分 )解：S = 6，R = 4，R= 0 C = SRR = 2，在等壓下 = CF + 1, 因 = 0時(shí)相數(shù)最多因此在等壓下最多有三相平衡共存。 （6分） 6、填作圖題。 ( 本 大 題14分 )解：（1）相區(qū) 相數(shù)相態(tài)及成分 I2l (Ag+Cu), s (Ag+Cu)1II2l (Ag+Cu), s (Ag+Cu)1III2s1 (Ag+Cu), s2 (Ag+Cu)1線3lC , s1 , s20A點(diǎn)2s (Ag), l (Ag)0P點(diǎn)1l (Ag+Cu)2 （0.518=9分） （2） 7、填作圖題。 ( 本 大 題13分 )解：（1）繪制的步冷曲線及熔點(diǎn)-組成圖如下： （6分） (2)由圖知，形成化合物的總組成w(Cd)0.85，據(jù)此組成，以及Sb及Cd的摩爾質(zhì)量，可確定該化合物的分子式：=所以該化合物的分子式為Sb2Cd3。 （9分）(3)各相區(qū)的相數(shù)及條件自由度數(shù)（ ）列成下表：相區(qū) 相數(shù) 條件自由度數(shù)（ ）I12II21III21 IV21 V21 VI21 VII21 8、填作圖題 ( 本大題11分 )解：水的相圖如下： 圖（4分） OC線： 固 氣 OA線： 固 液 （3分） OB線： 液 氣 三相點(diǎn)O點(diǎn)：固，液，氣 （1分）自由度：相區(qū)：F=1-1+2=2, 相線：F=1-2+2=1, 三相點(diǎn)：F=1-3+2=0 （3分） 9、計(jì)算題 ( 本大題12分 )每空2分，冷卻曲線2分相區(qū)相的聚集態(tài)及成分l（A+B）s（A）, l（A+B）l（A+B）, s（C）s（A）, s（C）s（C），l（A+B） 10、填作圖題。 ( 本 大 題14分 )解：(1)如右圖所示： (2)在溶液組成為： x(C2H5OH)=0.75時(shí)，由t-x圖可得最初餾出物的組成為： x(C2H5OH)=0.64 (3) 由t-x圖可看出殘留液所含乙醇濃度漸多，故蒸到最后時(shí)可得到純乙醇，但不能得到純醋酸乙酯。 （2分）