《物理化学》课程教学课件（PPT讲稿）习题_相平衡习题

味理2深 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 相平衔习题课 周子彦教授 山东理工大学化学工程学院 zyzhou@sdut.edu.cn

相平衡习题课 周子彦 教授 山东理工大学化学工程学院 zyzhou@sdut.edu.cn

一总结 1.相律：f=C-+2(亿，P) 独立组分数C=S-R-R 对于化学平衡条件，必须是独立的 对于浓度限制条件，必须是在同一相中 2.Clapeyron方程 dp_△apHm dp △isHm dp △ubHn dT TAvapVm dT TAnsVm dT 3.Clausius-Clapeyron2方程 dInp Avp 1 dT RT2 P R

2 一. 总结 1. 相律：f = C –  + 2(T, P) 独立组分数 C = S – R - R/ 对于化学平衡条件，必须是独立的 对于浓度限制条件，必须是在同一相中 2. Clapeyron方程 vap m vap m d d p H T T V  =  fus m fus m d d p H T T V  =  sub m sub m d d p H T T V  =  3. Clausius-Clapeyron方程 2 vap m 1 1 2 1 1 ln ( ) p H p R T T  = − vap m 2 d ln d p H T RT  =

问题： (I)从Clapeyron2方程到Clausius-Clapeyron方程的积 分式需要那3点近似？ (2)哪个物化实验的数据处理需要Clausius-Clapeyron 方程？ 4.水的相图 水的相图 p/Pa个 问题： 水 (1)OC线的斜率 冰 P 为什么是负的？ (2)水的三相点 610.6-D== 的温度为什么比冰点 B 水蒸气 的温度高了0.01K? 273.16 3

3 问题： (1) 从Clapeyron方程到Clausius-Clapeyron方程的积 分式需要那3点近似？ (2) 哪个物化实验的数据处理需要Clausius-Clapeyron 方程？ 4.水的相图 p / Pa T /K A B C O f q P D 273.16 水的相图 水 冰 水蒸气 610.62 TC 问题： (1) OC线的斜率 为什么是负的？ (2) 水的三相点 的温度为什么比冰点 的温度高了0.01K？

5.二组分系统的相图 等压 定压 定压 T g T 液 A B XB> XB 45 降国 等 4 两相 45 03 两相 B 单相 单相 0.20.40.60.81.0 0020.40.60.81.0 02 0.4 0.60.8 0 H,0质量分 CHNH 三乙基胺 水质量分数烟碱 H.OC H,的解度图 水一烟碱的溶解度图

4 5. 二组分系统的相图 T 气 液 A B B x T A B B x 定压 g l * A T * B T 1 x T A B B x C 定压g l * A T * B T 313 4530 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 HO2 C H NH 6 5 2 H O-C H NH 2 6 5 2 T/K B C A' A" An T1 TB 373 D E 303 3430 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T/K 323B T B 373 4530 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T/K 413 473' Tc Tc c ' c

H 373 定压 596 353 A .546 熔化物（单相） 333 F 溶液 兰19 93 单相 L 熔化物+Cd(s) 273 (NH,)2SO,(s)+溶液 Bi(s)十熔化物 冰十溶液 M 253 A (NH)SO,(s)+HO(s) B D Bi(s)+Cd(s) 233 0 0.20.406 0.81.0 Bi WB→ Cd A(HO) wB◆ B[(NH)2SO] T/K 1873 定压 673 H 1673M 培化物L(单相) 1473 1273 573 A+L E 0 1073F N E心 C+L D 名+L 873 A+C 473 C+B G 0 0.2 0.4C0.60.81.0 H 0 0.2 0.4 0.8 1.0 A(CuCl) B(FeCl,) CaFz(A) CaCz(B)】 XB一 CaF2-CaC2的相图 5

5 定压 N B C A L 冰+溶液 4 2 4 (NH ) SO (s)+ 溶液 溶液 单相 4 2 4 2 (NH ) SO H O (s) (s)+ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 A(H O) 2 B (NH ) SO  4 2 4  wB 273 233 253 293 313 333 353 373 T/K 546 596 Bi(s)+熔化物熔化物（单相）熔化物+Cd(s) A H C D F E G Bi(s)+Cd(s) M B Bi wB→ Cd

1873 6 [1673M a 熔化物（单相） 1473 bc 1273 A+L 1073F 0 C+L B+ 873 A+C C+B G H 0.2 0.4 0.8 1.0 CaFz(A) c0.6 CaClz(B) 6

6 a a b b c c

pe B 623 a 等压 593引 熔液（单 熔液（单相） 相) #击洲 513 C D 455 523 433 固溶体1 E 353 壮击翮 固溶体日 (单相) 固溶体Ⅱ 2731 固溶体 1 两相共存 F 42 D G(单相) 0 1.0 KNO(A) x(TiNO,) TiNO,(B) 0.2 04 0.6 0.8 wCd） co 6.三组分系统的相图

7 c 等压 A 623 523 4230 f /K T g d b j a k 1.0 e I H D 固溶体Ⅰ （单相） E C B F J 固溶体Ⅱ （单相） 3 x(TiNO ) KNO (A) 3 TiNO (B) 3 熔液（单相） G 5930 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Hg 513 273 455 433 353 p B F G C D E w(Cd) A Cd 熔液(单 相) 固 溶 体 Ⅱ 单 相 固 溶 体 Ⅰ 单 相 两 相 共 存 6. 三组分系统的相图

二.例题 例1 1.固体Fe,Fe0,Fe304与气体C0,C02达到平 衡时，其独立组分数C=3,相数φ=4，和自由 度数f=1 解：Fe3O4+C0=3Fe0+C02 FeO+CO=Fe+COz R=2,R'=0所以C=5-2=3 中=4 f=3-4+2=1 8

8 二.例题 1. 固体Fe, FeO, Fe3O4与气体CO, CO2达到平 衡时，其独立组分数C =_, 相数 =_，和自由 度数 f =_ 3 4 1 解: Fe3O4+ CO = 3FeO + CO2 FeO + CO = Fe + CO2 R=2 ，R’=0 所以C =5 – 2 = 3  =4 f =3 – 4 +2 = 1 例1

2.下列化学反应，同时达平衡时(900一1200K) CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) C02(g)+H2(g)=C0(g)+H20(g) C0(g)+H20(g)+Ca0(s)=CaC03(s)+H2(g) 其独立组分数C=4,相数中=3，和自由度数 f=3 解：R=2R'=0所以C=6-2=4 中=3 f=6-3+2=3 9

9 2. 下列化学反应，同时达平衡时(900—1200K) CaCO3 (s) = CaO(s) + CO2 (g) CO2 (g) + H2 (g) = CO(g) + H2O(g) CO(g) + H2O(g) + CaO(s) = CaCO3 (s) + H2 (g) 其独立组分数 C =_, 相数  =_，和自由度数 f =_ 4 3 3 解: R=2 R’=0 所以 C =6 – 2 = 4  =3 f =6 – 3 + 2 = 3

3.AIC3溶液水解后，此系统的独立组分数 =3,自由度数=3。 解：A1CL3+3H20=A(OH田3(s)+3HC1(R=1) C=4-1=3,中=2，f=3-2+2=3 AI+3,CI,H2O,OH-,H+,Al(OH)3 (s)(S=6) Al+3 +30H-=Al(OH)3(s) H2O=OH-+H+ R=2 [OH-]=H+1 R'=1 C=6-3=3,中=2，f=3-2+2=3 10

10 3. AlCl3溶液水解后，此系统的独立组分数 =_3 ，自由度数=_ 3 。 解: AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 (s) + 3HCl (R=1) C = 4 – 1 = 3,  =2, f = 3 – 2 + 2 = 3 或Al+3 , Cl- , H2O, OH- , H+ , Al(OH)3 (s) (S=6) Al+3 + 3OH- = Al(OH)3 (s) H2O = OH- +H+ R=2 [OH- ]=[H+ ] R’=1 C =6 – 3 = 3,  =2, f =3 – 2 + 2 = 3