第六章 相图习题

第六章 相图习题

例1 已知NaHCO3(s)热分解反应为 2NaHCO3==Na2CO3(s)+CO2(g)+ H2O(g)

今将NaHCO3(s)，Na2CO3(s)，CO2和H2O(g)按任意比例混合，放入一个密闭容器中，试计算当反应建立平衡时系统的C，φ 及f。 [题解]：R'=0，R=1，S=4 C S – R – R' = 4 – 1 – 0 = 3 φ = 3

f = C–φ +2 = 3 – 3 + 2 = 2

[导引]：因NaHCO3(s)，Na2CO3(s)，CO2和H2O(g)按任意比例混合，不存在浓度限制条件，所以R'=0。

例2 请应用相律论证下列结论的正确性： (1)纯物质在一定压力下的熔点为定值； (2)纯液体在一定温度下有一定的蒸气压。 [题解]：(1)C=1 ，φ =2 ，

因压力一定， f =C－φ +1=1－2+1=0 故熔点为定值； (2)C=1，φ =2，

因T一定， f =C－φ +1=1－2+1=0 故蒸气压为定值。

[导引]：准确理解自由度数的含义。

例3 在高温下，CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)。

(1) 在一定压力的CO2气中加热CaCO3(s)，实验表明加热过程中,在一定温度范围内CaCO3不会分解。

(2) 若??/span>CO2气的压力恒定,实验表明只有一个温度使CaCO3(s)和CaO(s)的混合物不发生变化。

请根据相律说明上述实验事实。

[题解]：系统的物种数S=3，有一个化学反应平衡式 CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) R = 1，R′ = 0，C = S-R-R′ = 3-1 = 2 p一定下，f ′= C－f +1 = 3－f

(1)在一定压力的CO2气中加热CaCO3(s)，系统存在两相，由相律知f ′=1，这表明温度可在一定范围内变

化而不会产生新相，即CaCO3(s)不会分解。 (2)此系统存在三相，据相律f ′=0，故温度为定值。 [导引]：准确理解涉及化学平衡系统自由度数的含义。

例4 .A和B固态时完全不互溶，101 325 Pa 时A(s)的熔点为30°C，B(s)的熔点为50°C，A和B在10°C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5°C，30°C，50°C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。 [题解]：熔点-组成图(t-xB图)如下图所示。

[导引]：掌握在不同的条件下求各相物质的量的方法。

例5 A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200°C,

300°C，400°C，A与AB及AB与B形成的两个低共熔点分别为150°C，

。

(1)画出以上述系统的熔点-组成(t-xB)图；

和250°C，

(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200°C；

(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？

[题解]：(1)如下图：

(2)如上图：

(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。

例6 NaCl-H2O二组分系统的最低共熔点为-21.1°C，最低共熔点时溶液的组成为w(NaCl)=0.233，在该点有冰和NaCl×2H2O的结晶析出。在0.15°C时，NaCl×2H2O分解生成无水NaCl×和w(NaCl×H2O)=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 g.mol-1，18.0 g.mol-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？

[题解]：(1)相图如下图3-9所示，NaCl×2H2O中NaCl的质量分数为w

(NaCl)=三条垂直线为单相线，二条水平线

，

=0.617，图中

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；

(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-21.1°C；

(3)系统w(NaCl) = 0.025 时，降低温度在-21.1°C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。

例7 (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600°C；B为1000°C；化合物AB2的分解温度为650°C，此时液相组成为xA=0.50；A和AB2的最低共熔点为400°C，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。

[题解]：(1), (2)画图如下图：

(3)

线：

l + s (A)+ s(AB2)三相共存，f '=0， 液相组成为lE(E点组成)；线：

l + s (AB2)+ s(B)三相共存 f '=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)]，f '=0。 (4)步冷曲线如上（右）图。

[导引]：本题为形成不相合熔点化合物系统的相图。s 例8 A，B 二组分凝聚系统相图如下图： E2

(1)根据所给相图填下表：

(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)。 [题解]：(1)

(2) 步冷曲线如下图：

[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 f '=0）。

一、 是非题

下列各题中的叙述是否正确？正确的选―√‖，错误的选―×‖。

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。

4.不可能用简单精馏的方法将二组分恒沸混合物分离为两个纯组分。 二、 选择题

选择正确答案的编号：

选自南开大学2000年考研试题 )一个水溶液共有S种溶质，相互之间无化学反应。若使用只允许

水出入的半透膜将此溶液与纯水分开，当达到渗透平衡时，水面上的外压是pW，溶液面上的外压是ps，

则该系统的自由度数为：

(A) f = S； (B) f = S + 1； (C) f = S + 2； (D) f = S + 3；(Ｅ)以上答案均不正确

4HS(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 …… 此处隐藏：7439字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……