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1、1 相平衡作业题3 2 20 已知活泼的轻金属Na A 和K B 的熔点分别为372 7K和336 9K 两者可以形成一个不稳定的化合物Na2K s 该化合物在280K时分解为纯金属Na s 和含K的摩尔分数为XB 0 42的熔化物 在258K时 Na s 和K s 有一个低共熔混合物 这时含K的摩尔分数为XB 0 68 试画出Na s 和K s 的二组分低共熔相图 并分析各点 线和面的相态和自由度 解 画出相图如右图 3 4 21 在大气压力下 NaCl s 与水组成的二组分系统在252K时有一个低共熔点 此时H2O s NaCl 2H2O 固 和质量分数为0 223的NaCl水溶液三相共存
2、 在264K时不稳定化合物NaCl 2H2O s 分解为NaCl s 和质量分数为0 27的NaCl水溶液 已知无水NaCl在水中的溶解度受温度的影响不大 温度升高时 溶解度略有增加 1 试绘出NaCl s 与水组成的二组分系统相图 并分析各部分的相态 2 若有1 0kg质量分数为0 28的的NaCl水溶液 由433K冷却到263K 试计算能分离出纯的NaCl的质量 解 1 相图绘制 5 根据题意 不稳定化合物为NaCl 2H2O 其组成为 画出相图如右图 6 图中各区域的相态为 1 l2 SNaCl l3 l SH2O4 SNaCl 2H2O l5 SH2O SNaCl 2H2O6 SNaC
3、l 2H2O SNaCl 2 当1 0kg含NaCl28 的水液从433K冷却到263K 温度接近264K时 析出的纯NaCl质量最多 利用杠杆则求算如下 7 22 Zn A 与Mg B 形成的二组分低共熔相图具有两个低共熔点 一个含Mg的质量分数为0 032 温度为641K 另一个含Mg的质量分数为0 49 温度为620K 在系统的熔液组成曲线上有一个最高点 含Mg的质量分数为0 157 温度为863K 已知Zn s 和Mg s 的熔点分别为692K和924K 1 绘出Zn A 与Mg B 形成的二组分低共熔相图 并分析各区的相态和自由度 2 分别用相律说明 含Mg的质量分数为0 8和0 3
4、0熔化物在从973K冷却到573K过程中的相变和自由度的变化 8 3 分别画出含Mg的质量分数为0 8 0 49和0 30熔化物在从973K冷却到573K过程中的步冷曲线 解 绘出相图如图 9 2 分别用相律说明 含Mg的质量分数为0 8和0 30熔化物在从973K冷却到573K过程中的相变和自由度的变化 3 见图 10 23 SiO2 Al2O3二组分系统在耐火材料工业上具有重要意义 所示的相图是SiO2 Al2O3系统在高温区的相图 莫莱石的组成为2Al2O3 3SiO2 在高温下SiO2有白硅石和鳞石英两种变体 AB线是这两种变体的转晶线 在AB线之上为白硅石 在AB线之下为鳞石英 1
5、指出各相区分别有哪些相组成 2 图中三条水平线分别代表哪些相平衡共存 3 画出从x y z冷却的步冷曲线 该图莫莱石的位置不对 11 12 3 从x y z开始冷却的步冷曲线见图 13 24 指出下列三个二组分系统相图中 各区域的平衡共存的相数 相态和自由度 14 15 16 25 UF4 s UF4 l 的蒸气压与温度的关系分别由如下两个方程式表示 试计算UF4 s UF4 l UF4 g 三相共存时的温度和压力 解 三相共存时 17 26 某高原地区大气压只有61 33kPa 如将下列四种物质在该地区加热 问哪种物质将直接升华 为什么 18 解 升华是指从固态直接转化为气态 在单组分体系相
6、图中从固态加热越过气固平衡线进入气相区 即可达到升华 但压力必须在三相点平衡压力以下 现已知高原气压为61 33kPa 对照四种物质的三相点的压力 汞 苯 氯苯的三相点压力均比61 33kPa低 只有氩的三相点平衡压力为68 7kPa比高原气压高 才有可能将固态氩置于高原区加热时进行直接升华 19 27 电解熔融的LiCl制备金属锂Li s 时 常常要加一定量的KCl s 这样可以节约电能 已知LiCl s 的熔点878K KCl的熔点为1048K LiCl A 与KCl B 组成的二组分系统物系的低共熔点为629K 这时含KCl B 的质量分数WB 0 50 在723K时 KCl B 含量为
7、WB 0 43的熔化物冷却时首先析出LiCl S 而WB 0 63的熔化物冷却首先析出KCl s 1 绘出LiCl A KCl B 二组分系统的低共熔相图 2 简述加一定量KCl的原因 20 3 电解槽的操作温度应高于哪个温度 为什么 4 KCl S 加入的质量分数应控制在哪个范围内为好 解 1 绘出相图如图 21 3 电解槽操作温度应高于629K 否则电解液完全凝固 Li 无法向阴极移动而析出金属锂 2 加入KCl可与LiCl形成低共熔混合物 降低LiCl的熔点 节约电能 4 KCl S 加入的质量分数应控制在WKCl 50 为好 28 金属Pb s 和Ag s 的熔点分别为600K和123
8、3K 它们在578K时形成低共熔点混合物 已知Pb熔化时的摩尔熔化焓变为4858J mol 1 设熔液是理想溶液 试计算低共熔混合物的组成 用摩尔分数表示 22 解 熔液是理想溶液 则 29 经实验测得 1 磷的三种状态 P s 红磷 P l 和P g 达三相平衡时的温度和压力分别为863K和4 4MPa 2 磷的另外三种状态 P s 黑磷 P s 红磷 和 23 解 1 画出相图如图 根据题意 在863K 4 4 106Pa时三相平衡共存 P s 红磷 P l P g 图中a点 根据题意 在923K 1 0 107Pa时三相平衡共存 P l 达三相平衡时的温度和压力分别为923K和10 0M
9、Pa 3 已知P s 黑磷 P s 红磷 和P l 的密度分别为 2 70 103 2 34 103和1 81 103kg m 3 4 P s 黑磷 转化为P s 红磷 是吸热反应 根据以上数据 画出磷相图的示意图 P s 黑磷 和P s 红磷 的熔点随压力如何变化 24 P l P s 黑磷 P s 红磷 图中b点 依据Clapeyron方程 气固平衡线和气液平衡线的dP dT一定为正值 如图中的ca线和af线 25 固液平衡线和固固平衡线的dP dT的值 视两者的密度而定 a 当固相红磷融化为液相达平衡时 P s 红磷 P l 已知 s 红磷 l 则Vm s 红磷 0 fusHm 0 所以
10、 如图中ab线所示 b 同理 固相黑磷融化为液相时的dP dT 0 如图中be线所示 26 c 当固相黑磷融化为固相红磷达平衡时 P s 黑磷 P s 红磷 已知该转化过程为吸热反应 s 红磷 Vm s 黑磷 Vm Vm s 红磷 Vm s 黑磷 0 所以 如图中bd线所示 2 红磷和黑磷的熔点都随压力的升高而升高 27 解 各区域的相态如图中所示 30 根据所示的 NH4 2SO4 Li2SO4 H2O三组分系统在298K时的相图 1 指出各区域存在的相和条件自由度 2 若将组成相当于x y z点所代表的物系 在298K时等温蒸发 最先析出那种盐的晶体 并写出复盐和水合盐的分子式 28 2
11、当将组成相当于x y z点所代表的系统在298K时分别恒温蒸发 物系点分别沿Ax Ay Az方向移动 当Ax与ab相交时 首先析出固体B NH4 2SO4 Ay与bc相交时 首先析出复盐D D中含 NH4 2SO4的质量分数为54 5 由此可算出复盐的组成为 NH4 2SO4 Li2SO4 Az与cd相交时 首先析出水合盐E E中含水的 质量分数为14 1 由此可算出该水合盐的组成Li2SO4 H2O 29 练习题一 填空 1 如果完全互溶的二组分液体混合物对拉乌尔定律有较大的正偏差 在T x图中就有一个最低点 该点代表的混合物的特是 液相的组成与气相的组成相同 该组成的溶液气化时好似纯物质一
12、样 2 FeCl3和H2O形成四种水合物 FeCl3 6H2O 2FeCl3 3H2O 2FeCl3 5H2O FeCl3 2H2O该体系的组分数是2 在恒压下最多有3相平衡共存 3 固体NH4HS放入真空容器中 在一定温度下 分解达平衡时 体系的物种数是3 组分数是1 相数是2 自由度数是0 30 4 通常所说的水的冰点不是水的三相点 处于三相点的水 若增加压强 则气 固相消失 若降低压强 则液 固相消失 若增加温度整个体系变为气相 若降低温度整个体系变为固相 5 水的相图与硫的相图比较 前者的熔点随压力升高而降低 而后的者熔点却随压力升高而升高 其主要原因是前者液相的密度大于固相的密度 而
13、后者则相反 6 描述单组分体系两相平衡的基本定量方程是克拉贝龙方程 其形式为 但对于气 固或气 液平衡体系 便可应用克劳修斯 克拉贝龙方程 其形式为 后一方程较前一 31 方程至少引进了两项近似 其一为忽略了凝聚相的体积 其二为将气相视为理想气体 若将其写成ln 的形式 则又引进了一个近似条件是将气化热或升华热视为常数 二 是非题 1 熔化的锌锡合金冷却时 无论组成如何 总是凝固点高的锌先析出 2 NaHCO3 s 部分分解为Na2CO3 s H2O g CO2 g 达成平衡 则组分数为1 自由度数为0 C 2 f 1 3 对二组分体系能平衡共存的最多相数为3 32 4 对单组分体系 根据相律
14、f C 2 因f 0 故 3 所以单组分体系只有一个三相点 5 相图中的化合物与一般化学物质的化合物的不同之处是 前者只能固态时存在 熔融时便分解 而后者在熔融状态时一般仍能存在 三 选择题 1 当A与B两种组分形成完全互溶的液态混合物 由于A与B分子间能形成氢键 则该双液系可能出现 A 最高恒沸点 B 最低恒沸点 C 沸点低于B的沸点 D 沸点低于A的沸点2 在相图中 当物系处于下列哪一点时只存在一个相 33 A 恒沸点 B 熔点 C 临界点 D 低共熔点3 具有最低恒沸点的某二组分体系 在其T x图的最低点有 A f 0 xAg xAl B f 0 xAg xBg C f 1 xBg xBl D f 1 xAl xBl 4 实验室绘制水 盐体系的相图 一般常采用的方法是 A 电导法 B 溶解度法 C 热分析法 D 色谱法5 在0 到100 的范围内液态水的蒸气压P与T的关系为lgP mmHg 2265 T 8 977 某高原地区的气压只有450mmHg 则该地区的沸点为 A 358 2K B 85 2 C 385 2K D 373K 34 6 对二组分体系能平衡共存的最多相数为 A 1 B 2 C 3 D 4
