物化课后答案(1)

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1、1第六章 相平衡6.1 指出下列平衡系统中的组分数 C，相数 P 及自由度 F。（1） I2(s)与其蒸气成平衡；（2） CaCO3(s)与其分解产物 CaO(s)和 CO2(g)成平衡；（3） NH4HS(s)放入一抽空的容器中，并与其分解产物 NH3(g)和 H2S(g)成平衡；（4） 取任意量的 NH3(g)和 H2S(g)与 NH4HS(s)成平衡。（5） I2作为溶质在两不互溶液体 H2O 和 CCl4中达到分配平衡（凝聚系统）。解： （1） C = 1, P = 2, F = C P + 2 = 1 2 + 2 = 1.（2）C = 3 1 = 2, P = 3, F = C P

2、+ 2 = 2 3 + 2 = 1.（3）C = 3 1 1 = 1, P = 2, F = C P + 2 = 1 2 + 2 = 1.（4）C = 3 1 = 2, P = 2, F = C P + 2 = 2 2 + 2 = 2.（5）C = 3, P = 2, F = C P + 1 = 3 2 + 1 = 2.26.2 已知液体甲苯（A）和液体苯（B）在 90 C时的饱和蒸气压分别为= 和 。两者可形成理想液态混合物。今有系统组成为 的甲苯-苯混合物 5 mol，在 90 C 下成气-液两相平衡，若气相组成为 求：（1） 平衡时液相组成 及系统的压力 p。（2） 平衡时气、液两相的物

3、质的量解：（1）对于理想液态混合物，每个组分服从 Raoult定律，因此（2）系统代表点 ，根据杠杆原理6.3 单组分系统的相图示意如右图。3试用相律分析途中各点、线、面的相平衡关系及自由度。解：单相区已标于图上。二相线（ F = 1）：三相点（ F = 0）：图中虚线表示介稳态。6.4 已知甲苯、苯在 90 C 下纯液体的饱和蒸气压分别为 54.22 kPa和 136.12 kPa。两者可形成理想液态混合物。取 200.0 g 甲苯和 200.0 g 苯置于带活塞的导热容器中，始态为一定压力下 90C 的液态混合物。在恒温 90 C 下逐渐降低压力，问（1） 压力降到多少时，开始产生气相，此

4、气相的组成如何？4（2） 压力降到多少时，液相开始消失，最后一滴液相的组成如何？（3） 压力为 92.00 kPa时，系统内气-液两相平衡，两相的组成如何？两相的物质的量各位多少？解：原始溶液的组成为（1）刚开始出现气相时，可认为液相的组成不变，因此（2）只剩最后一滴液体时，可认为气相的组成等于原始溶液的组成5（3）根据（2）的结果由杠杆原理知，6.5 25 C 丙醇(A) 水(B)系统气液两相平衡时两组分蒸气分压与液相组成的关系如下：0 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 0.95 0.98 12.90 2.59 2.37 2.07 1.89 1.81 1.44 0.67 00 1.08

5、 1.79 2.65 2.89 2.91 3.09 3.13 3.17（1） 画出完整的压力-组成图（包括蒸气分压及总压，液相线及气相线）；（2） 组成为 的系统在平衡压力 下，气-液两相平衡，求平衡时气相组成 及液相组成 。6（3） 上述系统 5 mol，在 下达到平衡时，气相、液相的物质的量各为多少？气相中含丙醇和水的物质的量各为多少？（4） 上述系统 10 kg，在 下达平衡时，气相、液相的质量各为多少？解：（略）6.6 101.325 kPa 下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。100 102.1 104.4 107.5 113.8 118.10 0.300 0.500 0

6、.700 0.900 1.0000 0.185 0.374 0.575 0.833 1.000（1） 画出气-液平衡的温度-组成图。（2） 从图上找出组成为 的气相的泡点。（3） 从图上找出组成为 的液相的露点。（4） 105.0 C时气-液平衡两相的组成是多少？（5） 9 kg 水与 30 kg 醋酸组成的系统在 105.0 C 达到平衡时，气 -液两相的质量各位多少？解：（1）气-液平衡的温度-组成图为7（2） 的气相的泡点为 110.3 C。（3） 的液相的露点为 112.7 C。（4）105.0 C时气-液平衡两相的组成 ， 。（5）系统代表点86.7 已知水-苯酚系统在 30 C 液

7、-液平衡时共轭溶液的组成 为：L1（苯酚溶于水），8.75 %；L 2（水溶于苯酚），69.9 %。（1） 在 30 C，100 g 苯酚和 200 g 水形成的系统达液-液平衡时，两液相的质量各为多少？（2） 在上述系统中若再加入 100 g 苯酚，又达到相平衡时，两液相的质量各变到多少？解：（1）系统代表点 ，根据杠杆原理（3） 系统代表点6.8 水-异丁醇系统液相部分互溶。在 101.325 kPa 下，系统的共沸点为 89.7 C。气(G)、液 (L1)、液 (L2)三相平衡时的组成 依次为：70.0 %；8.7 %；85.0 %。今由 350 g 水和 150 g 异丁醇形成的系统在

8、101.325 kPa压力下由室温加热，问：9（1） 温度刚要达到共沸点时，系统处于相平衡时存在哪些相？其质量各为多少？（2） 当温度由共沸点刚有上升趋势时，系统处于相平衡时存在哪些相？其质量各为多少？解：相图见图（6.7.2）。（1）温度刚要达到共沸点时系统中尚无气相存在，只存在两个共轭液相。系统代表点为。根据杠杆原理（2）当温度由共沸点刚有上升趋势时，L 2消失，气相和 L1共存，因此6.9 恒压下二组分液态部分互溶系统气-液平衡的温度-组成图如附图，指出四个区域内平衡的相。10解：各相区已标于图上。l1, B in A.l2, A in B.6.10 为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在

9、86.0 kPa压力下用水蒸气蒸馏。已知：在此压力下该系统的共沸点为 80 C，80 C时水的饱和蒸气压为 47.3 kPa。试求：（1） 气相的组成（含甲苯的摩尔分数）；（2） 欲蒸出 100 kg纯甲苯，需要消耗水蒸气多少千克？解：沸腾时系统的压力为 86.0 kPa，因此消耗水蒸气的量6.11 液体 H2O(A)，CCl4(B)的饱和蒸气压与温度的关系如下：40 50 60 70 80 90117.38 12.33 19.92 31.16 47.34 70.1028.8 42.3 60.1 82.9 112.4 149.6两液体成完全不互溶系统。（1） 绘出 H2O-CCl4系统气、液、

10、液三相平衡时气相中 H2O，CCl4的蒸气分压对温度的关系曲线；（2） 从图中找出系统在外压 101.325 kPa 下的共沸点；（3） 某组成为 （含 CCl4的摩尔分数）的 H2O-CCl4气体混合物在101.325 kPa 下恒压冷却到 80 C时，开始凝结出液体水，求此混合气体的组成；（4） 上述气体混合物继续冷却至 70 C 时，气相组成如何；（5） 上述气体混合物冷却到多少度时，CCl 4也凝结成液体，此时气相组成如何？12（2）外压 101.325 kPa 下的共沸点为 66.53 C。（3）开始凝结出液体水时，气相中 H2O 的分压为 43.37 C，因此（4） 上述气体混合物

11、继续冷却至 70 C 时，水的饱和蒸气压，即水在气相中的分压，为 31.16 kPa，CCl4的分压为101.325 31.36 = 70.165 kPa,没有达到 CCl4的饱和蒸气压，CCl 4没有冷凝，故（5） 上述气体混合物继续冷却至 66.53 C时， CCl4也凝结成液体（共沸），此时 H2O 和 CCl4的分压分别为 26.818 kPa 和 74.507 kPa，因此6.12 AB 二组分液态部分互溶系统的液-固平衡相图如附图，试指出各个相区的相平衡关系，各条线所代表的意义，以及三相线所代表的相平衡关系。解：单项区, 1：A 和 B 的混合溶液 l。13二相区：2, l1 +

12、l2; 3, l2 + B(s); 4, l1 + A(s)5, l1 + B(s); 6, A(s) + B(s)三项线：MNO, IJK, LJ, 凝固点降低（A），JM, 凝固点降低（B），NV, 凝固点降低（B）MUN, 溶解度曲线。6.13 固态完全互溶、具有最高熔点的 A-B 二组分凝聚系统相图如附图。指出各相区的相平衡关系、各条线的意义并绘出状态点为 a，b 的样品的冷却曲线。解：单项区：1 (A + B, 液态溶液, l) 4 (A + B, 固态溶液, s)二相区：2 (l1 + s1), 3 (l2 + s2)14上方曲线，液相线，表示开始有固溶体产生；下方曲线，固相线，表

13、示液态溶液开始消失。冷却曲线如图所示6.18 利用下列数据，粗略地绘制出 Mg-Cu 二组分凝聚系统相图，并标出各区的稳定相。Mg 与 Cu 的熔点分别为 648 C、1085 C。两者可形成两种稳定化合物 Mg2Cu，MgCu2，其熔点依次为 580C、800 C。两种金属与两种化合物四者之间形成三种低共熔混合物。低混合物的组成 w(Cu)及低共熔点对应为：35%, 380 C; 66 %, 560 C; 90.6 %, 680 C。解：两稳定化合物的 w(Cu)分别为11 章9 某一级反应 ，初始速率为 ，1 h 后速率为 。求 和初始浓度 。解：一级反应的速率方程1518 溶液反应的速率

14、方程为20 C，反应开始时只有两反应物，其初始浓度依次为 ，反应 20 h 后，测得 ，求 k。解：题给条件下，在时刻 t 有 ，因此积分得到 1623 在 500 C 及初压为 101.325 kPa时，某碳氢化合物的气相分解反应的半衰期为 2 s。若初压降为 10.133 kPa,则半衰期增加为 20 s。求速率常数。解：根据所给数据，反应的半衰期与初压成反比，该反应为 2级反应。27 某溶液中反应 ，开始时反应物 A 与 B 的物质的量相等，没有产物 C。1 h 后 A 的转化率为 75%，问 2 h 后 A 尚有多少未反应？假设：（1）对 A为一级，对 B为零级；（2）对 A、B 皆为

15、 1级。解：用 表示 A 的转化率。对于（1），反 应 的速率方程为对（2），由于 A 与 B 的初始浓度相同，速率方程为1730 65 C时 气相分解的速率常数为 ，活化能为，求 80 C时的 k 及 。解：根据 Arrhenius 公式根据 k 的单位，该反应为一级反应32 双光气分解反应 为一级反应。将一定量双光气迅速引入一个 280 C 的容器中，751 s 后测得系统的压力为 2.710 kPa；经过长时间反应完了后系统压力为 4.008 kPa。305 C时重复试验，经 320 s 系统压力为 2.838 kPa；反应完了后系统压力为 3.554 kPa。求活化能。解：根据反应计量式 ，设活化能不随温度变化1844 若反应 有如下机理，求各机理以 表示的速率常数。（1） （2） （3） 解：（1）应用控制步骤近似法，19（2）（4） 应用控制步骤近似法，反应的速率等于第一步的速率，而 AB 的生成速率为总反应速率的 2 倍：46