山东第一医科大学（山东省医学科学院）：《物理化学》课程习题解答（打印版）05－相平衡

@泰山医学院 省级精品课程申报 物理化学 第五章 ieal Chemas 相平衡 首页 难题解析 学生自测题 学生自测答案 难题解析 例4-1 水的热气压方程为：lg即=A-22,式中A为常数，p的单位为m。将10g水引人到休积为10L 的真空容器中，间在323K达到平衡后，还剩多少水？ 解：将T=3732K.p=101325P阳代人所给方程中，则 g101325=A-224得4仁1069 热气压方程为：®=1069-2兴 于是可得：T=323K时，p=13.24kPa :片+g=10L,.g10L 之燕气为理想气休，%=号=004931ml=088g 收还剩水：10g-0.888g=9.112g 例4-2 已知298水时气相异构反应：正烷=异戊烷的K。=13.24,液态正烷和异戊烷的蒸气压与温度 的关系式分别可用下列一式表示： 正戊烷：1 Ep(kPa))=3.971-7+20 1065 异戊统：1gP（ka）》=3909-7+25 1020 假定一者形成的溶液为理想蓓液，计算298K时液相异构反应的K。 解：K,=P先 唱Kk=唱 p正 106s 由C知条件知298K时，1gp是=3.971 298+200· p是=67.99kP 同理可得=9140.则：K=片，-791324=9 91.40 例4-3

网泰山医学院 省级精品课程申报 部带集氧装与对硝其女苯的温一组成图下： ()指出图中点、 线 区的意义； (2)某厂对俏其氯苯车间的结品器何次处理氧苯 70 阴化料液7.8×103kg,科液的组成为W=0.66,W= 0.33(W回=0.01，可忽略不计)温度约为54℃，若将 此料液冷却到17℃，问 a何次所得对硝其氯苯的产量为多少kg? 30t b平衡产率如何？ ·治丹液的组成如何？冷母液中尚含对硝基氯 40 苯及邻硝基氯装各多少k起？ 60 (B) )西出中人g三物系的步冷曲线。 Wi- 辨 (1)I区为邻硝其氯苯与对硝其氧苯一异构休所组成的溶液。为单相区。 Ⅱ区为邻硝某氯苯固休与溶液两相平衡共存区。 区为对硝其女苯固休与溶滚两相平共存区 区为对硝其氯苯固休与邻硝其氢苯固休两相共存钢 ac线为邻硝 氯苯凝固点 低曲线。 线为对附共氯苯疑固点降低曲线。 过（点的水平线（马温度坐标的两个交点除外）为三相线，钱上任意一点都表示邻硝其氯苯固 休、对硝基氯苯固休及对应c点组成溶液的二相共存。 口点为纯邻硝共氧苯的凝固点。 b点为纯对 的凝固点 c点是两条血线的父点，即低共熔点，该点对应的温度。称为低共熔温度。 (2)将甲a=0.33,用g=0.66温度为54℃物采点M冷却到17℃，此时有人量对硝某氯苯固休析山， 治母液的组成为c点所示（约为含对俏基氯苯Wg=0.35)。 比时析出的对硝其氯苯固休与溶液的质量比，可由杠杆规则确定，即： mg_0.66-0.35 又：mB+m格流=7.8×10kg mgt1.00-0.66 a联立以上两式罪得：me=3.72×103kg b平衡产率= 3.72×103 7.8×103×0.66 =72.3 c治母液的组成为含对硝基氯苯WB=0.35 治丹液中含对硝其氯苯的量为： (7.8×103-3.72×10)×0.35=1.428×10kg 母液中合邻硝其氯苯的量为： 时间 (7.8×103-3.72×102) -1.428×10=2.625×10kg 冷却曲线 (3)冷州曲线见网。 例4-4 在温度T时，纯A()和纯B()的饱和然气压分别为40kPa和120Pp阳。C知A、B两组分可形

网泰山医学院 省级精品课程申报 成理想液态泥合物。 )在温度T下，将=060的ΛB泥合气休于气红中进行温缓慢压缩。求凝结出第一滴 小液滴（不变气相组成）时系统的总压力及小液滴的组成m各为若干？ (2)若A、B液态混合物恰好在温度T、1O0kPa下沸腾，此混合物的组成g及沸府时蒸气的组成 B各为若干？ 解： (1)设与B=0.60的气相成平衡的夜相组成为x时，总压为D,则有： g=pxp员(1-x)+px]代人已知数据得：xB=03333 p=pa+pe=p (1-xB)+pxB =40×(1-0.3333)+120×0.3333 =66.67kPa (2)由题意知：100=pR(1-xB)+p8xa 将p=40kPa,p=120kPa代人上式得xg=0.75 对应的气相组成：yB=p8/100=0.900 例4-5 异丁醇一水是液相部分互溶休系，已知其共沸数据如下：共沸点为89.7℃，共沸组成（台异丁醇的 质量白分数)是汽相70.0%，液相中异丁醇公为85.0%，水层为87%。今有异丁形-水液态混合物0.5kg 其中含异丁醇30.0%，将此混合物在101.325kPa压力下加热。 时，此不衡物采中存在哪些相？各相重多少kg? ()当温度由897℃刚有上升趋势时，平衡物系中存在哪些相？各相币多少kg? 解 (1)根据共沸数据画出的相图见右图 (2)温度接近89.7℃时，平衡物系中存在两个共钜液层，即异丁 醇层和水尽，设水层重为k则异丁醇层重为《0,5-)g 由图可知：x(30-8.7)=(0.5-x)(85-30) 解得：x=0.36kg 异丁醇层币为：(0.5-0.36)kg=0.14kg ()刚有上升趋势时，物系中亦存在两相，即气相和水层相。设 水8730705异丁 水公kg则气相重为05-)g 于是有：y(30-8.7) (0.5-y)(70-30 y=0.326kg.气相币为：(0.5-0.326)kg=0.174kg 学生自测题 1。填空 (1)在一个抽空的容器中，放入过量的NI(s)并发生下列反应： NHI(s)一NH(g)+HI(g) 2HI(g)一L(g)+Iz(g) 体系的相数中=()：组分数r=():自山度f=() (②)在一个抽空的容器中，放入过量的NC0(s)并发生下列反应 NH.HCO,(s)-NH (g)+H0 (g)+CO.(g) 3

@泰山医学院 省级精品课程申报 体系的相数中=()：组分数=()：自山度「=()。 (③)在一个抽空容器中，放入足够多的H,0、CCL,(1)及1：(g)。H,0(1)和C14(1)共 存时完全不互溶，1：(g)可同时溶于H,0(1)和CC14)中，容器上部的气相中同时含有12(g), H0(g)及CCl4(g)。 该半衡体系的相数中=()：组分数术=()：自山度「=(). 2.回答下列问题 (1)在下列不同情况下，反应：2N(g)一(g十3H(g)达平衡时，体系的自山度各为多少？ a反应在抽空的容器中进行： b反应在有N的容器中进行 、后成干的温府下 ，在抽空的容器中进行 (2)碳酸钙在高温下分解为氧化钙固体和二氧化碳气体，在一定条件下的二氧化碳气中加热酸钙 固体，实验表明加热过程中在一定范围内碳酸钙不分解，这是为什么？ (3)微观角度讲，A和B两种纯液态物质要满足哪些条件才能形戒理想液态混合物？ ()水的相点与正常冰点有何不同？ (⑤)液体的饱和蒸气压越高，沸点就越低：而山克劳修斯一克拉贝龙方程表明，液体温度越高，饱 和蒸气压愈大。两者是杏矛盾？为什么？ (6)对于具有最大正、负偏差的液一气半衡体系，易挥发组分在气相中的组成大于其在液相中的组 成的说法是查正确？为什么？ (7)在一定压力下，若A、B二组分体系的温度一组成图中出现最高恒沸点，则其蒸气压对拉乌尔 定律产生正偏差吗2 (8)导出杠杆规则的基本依据是什么？它能解决什么问趣？果相图中横坐标为重量百分数，物质的 最量应取什么单位？若横坐标为摩尔百分数，物质的量又应取什么单位？ 3.选择一个正确答案 ()单组分物质的熔点： 是常数 B仪是压力的函数 C同时是温度和压力的函数 D是温度压力及其他因素的函数 (②)单组分体系固液平衡线的斜率空的值： >0 3=0 c<0 D不确定 (3)某一理想溶液，若组分A的蒸气压P大于组分B的蒸气压PB,则其可能的T一x相图为： ✉a☑

@泰山医学院 省级精品课程申报 (4)某二组分气液平衡T一x相图见图， 物系 可O比较 A 二者所处的温度不同 二者的蒸气压不同 C二者的相组成不同 1 D二者在二相中的物质量之比不同 (S)组分A和B沸点TA>T,两者可构成最高恒沸物，组分为E 现将任意比例的A和B混合，于精馏塔中蒸馏，则塔项馏出物为： A纯A B纯B 高沸物 D可能为A,也可能为B (6)图为A、B部分五溶双液系统的相图，当=60C时，1molB 与9molA混合，然后一边搅拌一边个断地向体系加入B,直到加入 81molB为止 问整个过程中发生的现象是什么？ A 溶液山清变混 B溶液山混变清 C溶液山清变混，后又变清 0 D溶液山混变清，后又变混 0.20.40. (⑦)图为简单低共熔二元体系下x相图。 当物系点M随温度下降时， 固相物质与液相物质重量的比值： A 增加 减少 C 不 D先增加，后减少 (8)硫酸与水可形成三种水合物：H,S0xH,0,H,S042H,0,HS044H,0。常压下，HS04(S)与 HS0,溶液及HSO水合物三相平衡 则该水合物含有几个水分子？ B D 4 (⑨)组分B和C相互溶解度随温度升高而增加，下面分别为温度T,和T,时的三组分部分五溶体系 图，则T,和T2的大小关系为： AT≥T, <7 △△ D不能确定

网泰山医学院 省级精品课程申报 (I0)H,O一KNO,-NaNO三组分体系图见下，现有 30%NaNO,和70%KNO,混合盐10kg,若加入40kgH,0 A%(H:0 则半衡时体系为几相 A1相 B2相 C3相 D4相 N0. C NO. 学生自测答案 1.填空 (①)体系的相数。 =2:组分数K=1:自山度f=1 (2)体系的相数中=2：组分数K=1:自山度∫=1。 (3)该Ψ衡体系的相数=3：组分数K=3:自山度∫=2 2.回答问题 0)af=6-1-1)-1+2=2 b=(3-1)-1+2=3 cf=(3-1-1)-1+1=1 (2)因为厂=2一2十1=1，加热过程中在一定范围内不会有新相的生成或旧相的消失，故碳酸 钙不分解。 (3)A和B两种纯液体分子的大小和结构分接近，使得A一A分子之间、B一B分子之间及A一B 分子之间作用 力相等时 可构成耳 想液态混合物 (4)三相点是严格的单组分体系，水呈气、液、固三相共存时对应的温度为0.01℃，压力为0.610kPa 而冰点是在水中溶有空气和外压为101.325kPa时测得的数据。首先，山于水中溶有空气，形成了稀溶液， 冰点较相点下降了0.00242℃，其次，相点时体系的蒸气压低于冰点时的外压，山于压力的不同冰 当又下隆了0.00747℃，故冰占时的温府约为0℃ (⑤)两者并不矛盾。因为沸点是指液体的饱和蒸气压等 于外压时对应的 度。在相同温 液体的饱和蒸 压一股不小 饱和蒸气压高的液体，其饱和蒸气压等于外压时 ,所需的温度较低，故沙 点较低：克劳修斯一克拉贝龙方程是用于计算同一液体在个同温度下的饱和蒸气压的，温度越高，液体 越易蒸发，故饱和蒸气压越大， (6)不正确。因为具有最大正，负偏差系统的相图中有极值点，在极值点处液相组成与气相组成 同。对于具有最大正、负偏差体系，题中的叙述应修下为适于理想或非理想液态混合物系统的柯诺瓦洛 规则，即：在两组分溶液斗 如果加 一组分使溶液的总蒸气压增加（即在一定压力下使溶液的济 点下降)，则这个组分在气相中的浓度将大于它在液相中的浓度。 ()产尘负偏差。因为温度一组成图上有最高点，压力一组成图上必有最低点，故题中所给体系对 拉乌尔定律产生最大负偏差。 8)导出打杆叫的基本依民是后最字相定律，该规则有普端意义。可用于计算任意平衡两相的 相对数量。相图中横坐标以质量百分数表示时， 物质的量为质量。横坐标以摩尔分数表示时，物质的量 为摩尔。 3.选择题 6

@泰山医学院 省级精品课程申报 (1)B。单组分，K=1,熔点处固液二相Ψ衡，Φ=2，因此=K-①十2=1，即熔点温度仪是压 力的函数。 (2)D. (3)B。理想溶液的液相线在P-x相图中为直线，但在T一x图中不为直线，当pm>阳时，则沸 点TA<T,因此B选项是正确的。 相，0点含较多的气相 (⑤)D。精馏结果，塔顶总是低沸物，不可能为高沸物E。!果混合物组成小于￡，塔顶馏出A, 如果组成大于E,塔顶馏出B。 开始时，=0.1，于单相区（清）， t(C) 加入B后，可进入二相区（混），最后 -,+81=09,又处于单相区（请） 81 (7)A. A0.20.40608 (8)A。H,SO:一H,0体系的相图中， 有4条二相平衡线， 其中与HS04(s)平衡的是：HS04H,0。 AB A:B AB H0】 (⑨)B。温度越高，溶解度越大，二相区面积越小 (10)A。混合盐的物系点为D,加水后物系 点向A移动到E,(含80%H,0)此处为溶液单相 区