《练习思考相平衡解析》由会员分享,可在线阅读,更多相关《练习思考相平衡解析(7页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章相平衡难题解析 例4-1水的蒸气压方程为:lgp A ,式中A为常数,p的单位为Pa。将10g水引入到体积为10L的真空容器中,问在323K达到平衡后,还剩多少水?解:将T 373.2K,p101325 Pa代入所给方程中,则:lg101325A得A10.69蒸气压方程为: lgp 10.69于是可得:T 323K时,p 13.24 kPa Vl Vg 10L,Vl Vg, Vg 10L设蒸气为理想气体,ng 0.04931 mol,wg 0.888g故还剩水:10g 0.888g 9. 112g例4-2已知298K时气相异构反应:正戊烷异戊烷的Kp 13.24,液态正戊烷和异戊烷的蒸气
2、压与温度的关系式分别可用下列二式表示:正戊烷:lg p(kPa) 3.971 异戊烷:lg p(kPa) 3.909 假定二者形成的溶液为理想溶液,计算298K时液相异构反应的Kx。解: Kp KxKp由已知条件知298K时, lg 3.971 , 67.99 kPa同理可求得91.40 kPa,则:Kx K 13.249.85例4-3邻硝基氯苯与对硝基氯苯的温度组成图如下:(1) 指出图中点、线、区的意义;(2) 某厂对硝基氯苯车间的结晶器每次处理氯苯硝化料液7.810kg,料液的组成为WB0.66,WA 0.33(W0.01,可忽略不计)温度约为54,若将此料液冷却到17,问:a 每次所得
3、对硝基氯苯的产量为多少kg?b 平衡产率如何?c 冷母液的组成如何?冷母液中尚含对硝基氯苯及邻硝基氯苯各多少kg?(3) 画出图中f、g、h三物系的步冷曲线。解:(1)区为邻硝基氯苯与对硝基氯苯二异构体所组成的溶液,为单相区。区为邻硝基氯苯固体与溶液两相平衡共存区。区为对硝基氯苯固体与溶液两相平衡共存区。区为对硝基氯苯固体与邻硝基氯苯固体两相共存区。ac线为邻硝基氯苯凝固点降低曲线。bc线为对硝基氯苯凝固点降低曲线。 过c点的水平线(与温度坐标的两个交点除外)为三相线,线上任意一点都表示邻硝基氯苯固体、对硝基氯苯固体及对应c点组成溶液的三相共存。a点为纯邻硝基氯苯的凝固点。b点为纯对硝基氯苯的
4、凝固点。c点是两条曲线的交点,即低共熔点,该点对应的温度tc称为低共熔温度。(2) 将WA0.33,WB0.66,温度为54物系点M冷却到17,此时有大量对硝基氯苯固体析出,冷母液的组成为c点所示(约为含对硝基氯苯WB0.35)。此时析出的对硝基氯苯固体与溶液的质量比,可由杠杆规则确定,即:又:mBm溶液7.8 103 kg时间t Cfgh冷却曲线a 联立以上两式解得:mB3.72 103 kgb 平衡产率 72.3%c 冷母液的组成为含对硝基氯苯WB0.35冷母液中含对硝基氯苯的量为:(7.8 103 3.72 103) 0.35 1.428103kg冷母液中含邻硝基氯苯的量为:(7.8 1
5、03 3.72103)1. 428 103 2.625 103kg(3) 冷却曲线见图。例4-4在温度T时,纯A(l)和纯B(l)的饱和蒸气压分别为40 kPa和120 Ppa。已知A、B两组分可形成理想液态混合物。(1)在温度T下,将yB0.60的A、B混合气体于气缸中进行恒温缓慢压缩。求凝结出第一滴微小液滴(不改变气相组成)时系统的总压力及小液滴的组成xB各为若干?(2)若A、B液态混合物恰好在温度T、100 kPa下沸腾,此混合物的组成xB及沸腾时蒸气的组成yB各为若干?解:(1)设与yB0.60的气相成平衡的液相组成为xB时,总压为p,则有:yBpxB/p(1xB)pxB ,代入已知数
6、据得:xB0.3333ppApBp(1xB)pxB40 (10.3333)120 0.333366.67 kPa(2)由题意知:100 p(1x) px将p40 kPa,p120 kPa代入上式得xB0.75对应的气相组成:ypxB /1000.900例4-5异丁醇水是液相部分互溶体系,已知其共沸数据如下:共沸点为89.7,共沸组成(含异丁醇的质量百分数)是:气相70.0%,液相中异丁醇层为85.0%,水层为8.7%。今有异丁醇水液态混合物0.5kg,其中含异丁醇30.0%,将此混合物在101.325 kPa压力下加热。(1) 作沸点组成示意图(2) 温度接近共沸点(89.7)时,此平衡物系中
7、存在哪些相?各相重多少kg?(3) 当温度由89.7刚有上升趋势时,平衡物系中存在哪些相?各相重多少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轭液层,即异丁醇层和水层,设水层重为x kg,则异丁醇层重为(0.5x)kg。由图可知: x(308.7)(0.5x)(8530)解得: x 0.36 kg异丁醇层重为:(0.5 0.36)kg0.14 kg(3) 刚有上升趋势时,物系中亦存在两相,即气相和水层相。设水层重ykg, 则气相重为(0.5y)kg于是有:y(308.7)(0.5y)(7030)y 0.326 kg,气相重为:(0.50.3
8、26)kg 0.174 kg学生自测题 1填空(1) 在一个抽空的容器中,放入过量的NH4I(s)并发生下列反应:NH4I(s) NH3(g) HI(g)2HI(g) H2(g) I2(g)体系的相数( );组分数K ( );自由度f ( )。(2) 在一个抽空的容器中,放入过量的NH4HCO3(s)并发生下列反应:NH4HCO3(s) NH3(g) H2O(g) CO2(g)体系的相数( );组分数K ( );自由度f ( )。(3) 在一个抽空容器中,放入足够多的HO(l)、CCl4(l)及I2(g)。HO(l)和CCl(l)共存时完全不互溶,I2(g)可同时溶于HO(l)和CCl(l)中
9、,容器上部的气相中同时含有I2(g)、H2O(g)及CCl4(g)。该平衡体系的相数( );组分数K ( );自由度f ( )。2回答下列问题(1) 在下列不同情况下,反应:2NH3 (g) N2 (g) 3H2 (g)达平衡时,体系的自由度各为多少?a 反应在抽空的容器中进行;b 反应在有N2的容器中进行;c 反应于一定的温度下,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碳酸钙固体,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成理想液态混合物?(4) 水的三相
10、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;而由克劳修斯克拉贝龙方程表明,液体温度越高,饱和蒸气压愈大。两者是否矛盾?为什么?(6) 对于具有最大正、负偏差的液气平衡体系,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否正确?为什么?(7) 在一定压力下,若A、B二组分体系的温度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?(8) 导出杠杆规则的基本依据是什么?它能解决什么问题?如果相图中横坐标为重量百分数,物质的数量应取什么单位?若横坐标为摩尔百分数,物质的数量又应取什么单位?3选择一个正确答案(1) 单组分物质的熔点:A是常数B仅是压力的函数C同时是
11、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的值:A 0B= 0C TB,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,则塔顶馏出物为:A纯AB纯BC高沸物ED可能为A,也可能为B(6) 图为A、B部分互溶双液系统的相图,当t60C时,1 mol B与9 mol A混合,然后一边搅拌一边不断地向体系加入B,直到加入81 mol B为止,问整个过程中发生的现象是什么?t(C)0.2AB0.40.60.860A溶液由清变混B溶液由混变清C溶液由清变混,后又变清D溶液由混变清,后又变混MTxAB(7) 图为简单低共熔二元体系T-x相图。当
12、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B减少C不变D先增加,后减少(8) 硫酸与水可形成三种水合物:H2SO4H2O,H2SO42H2O,H2SO44H2O。常压下,H2SO4(S) 与H2SO4溶液及H2SO4水合物三相平衡,则该水合物含有几个水分子?A1B2 C3D4ABCp,T2ABCp,T1(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T1和T2时的三组分部分互溶体系图,则T1和T2的大小关系为:AT1 T2BT1 T2CT1T2D不能确定A%(H2O)B%(KNO3)C%(NaNO3)(10) H2OKNO3NaNO3三组分体系图见下,现有30NaN
13、O3和70KNO3混合盐10kg,若加入40 kg H2O,则平衡时体系为几相?A1相B2相C3相D4相学生自测答案 1填空(1) 体系的相数2;组分数K 1;自由度f 1。(2) 体系的相数2;组分数K 1;自由度f 1。(3) 该平衡体系的相数3;组分数K 3;自由度f 2.2回答问题(1)a f (311)12= 2;b f (31)12 3;c f (311)11 = 1(2) 因为f 2 2 11,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十分接近,使得AA分子之间、BB分子之间及AB分子之间作用力相等时,可构成理想液