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1、第六章相平衡指出下列平衡系统中的组分数：，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 = 2-3 + 2 = 1.(3)
2、 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.已知液体甲苯(A)和液体苯(B)在90昭时的饱和蒸气压分别为；=54曷蛀日和 声二13&19些日。两者可形成理想液态混合物。今有系统组成为阳。二 3的甲苯苯混合物5 mol,在90 V下成气-液两相平衡，若气相组成为无二站哭求：(1) 平衡时液相组成乌及系统的压力p。(2) 平衡时气、液两相的物质的量点解：(1)对于理想液态
3、混合物，每个组分服从拉乌尔定律，因此t十y _ XeB _ 式E 处歹；十- = 方瓦 一g赤X54庭_ 0占叩b 药一(药一丈)曲136.12- (136 12- 54.22)x0.4556p = &+ 扇=0.75X54.22+ 0.25X136.12=74.70 kPa(2) 系统代表点二 %根据杠杆原理(y - x )n = (x - x )n B,g B,o g B,o B,l In + n = 0.5(0.4556 - 0.3 )n = ( 0.3 - 0.25 )n,n = 1.216mol 气=3.784mol单组分系统的相图示意如右图。试用相律分析图中各点、线、面的相平衡关系
4、及自由度。解：因是纯物质的举组分相图，故C-l,根据相律得F 二 1 3由图可知周中共有4个面（即单相区），即硫蒸气区怎泌J以下）、液体硫区 很向）、单斜硫区h商）、正交硫区（钢盘以L）.因为P-1,所以F-2,亦即系 统的T与刀均可在一定范围内独立改变。图中共有6条线，线是两单相区的分界线，表示该两单相区共存线口胖线正交硫硫蒸气泌线单斜硫硫蒸气W线液体疏=疏蒸气扳线单斜硫一液体硫cd线正交硫=液体硫西线正交硫=三单斜硫线既然表示两相共存，则由相律得F-1-2+2-1F=l,表示纯组分系统两相共存时，系统的T与p这两变量中，只有一个 町独立改变的，也就与T之间具有某种函数关系口但相律却不能具体
5、指出它 们之间存在何种函数关系，图中有a.b.c三个点q &点是硫蒸气区，单斜硫区及正交硫区这二个单相 区的交点，故是这三相的共存点;同理估点是液体硫、单斜硫及硫蒸气的三相共 存点工点则是正交碗，单斜硫及液体硫的三相共存点，由相律F = 3-P可得， P二3,则F = 0,表明纯物质单组分系统最多只能有三相共存，而且还需在特定 的温度和压力的条件下，否则就不可能出现三相共存已知甲苯、苯在90C下纯液体的饱和蒸气压分别为kPa和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90C下逐渐降低压力，问（1
6、）压力降到多少时，开始产生气相，此气相的组成如何（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p解:系统的总组成如设士为理想液态混合物中甲苯的摩尔分1刊如“两苯的摩尔分数肃题意I_200/g2妁朋两?+心/财. = 200/92+2007 一双I土用=1 口 = 0 54 L2；苯(B)（D90C下，混合物开始气化时总压W （总）及气相组成的 计算 拉鸟尔定律：P （总）=以珏+沮、因刚升始产生气相，可认为平衡液相的组成与理想液态混合物的 总组成相等，即I At0.，.?（总） = （54- 22X 0
7、. 4588+136, 12X0 5412）kPa= 98, 54kFa右也如*心 小火54.22X0.4588 n气相组成、儿=以意y=一一耘穴-2524如=0, 7476（2平衡系统只剩最后一滴液相时，总压及液相组成计算 此时可认为平衡气相的组成等于系统的总组成，即=4588 V工人/；一萨 （? A ）J0. 4588K 136. 12八 皿佃54. 226. 4588（54. 22 136. 12）= ，如=1 A = 0. 3197对应总压（总）=八哗+嘴如=8 40kPa（3）i+算压力为92, 00kPa时*系统内平衡两相的组成及量（总）= ； 十，；（】-）液相组成注A （P
8、（总）一演/Q* Pi ）92. 00-136. 12.郛的一 54. 22136. 12一*北7落凡=0. 4613右柘如由E* 54.22X0.6387 门 |7E-乙相组成：队=而=9270Q = 3175擎= 1 尊汽=版6825根据厩意.可画出结线及有关坐标如下r *（.总）云）mol = 4. 738m胡 O夺、I ，20。, 200旗（总）二琪外/心焦+皿/泌甬二（而 丽 0. 5825-5412 n _.fl0 罹）司祝6825瓦461豆63龄 Jtn （总）X 0* 6388 = 3. 027mol林=1 . 71 Imo6.5 25C丙醇(A) -水(B)系统气-液两相平衡
9、时两组分蒸气分压与液相 组成的关系如下口曲)0.10.20,4).60.80.950,98Ip&/kP点2.902.592.372.071.891.811.440.67001一。81.792.652.892.913.093,】33 一7(0画出完整的压力-组成图(包括蒸气分压，液相线及弋相线)； 组成为以w03的系统在平衡压力p-4.16 kPa b气-液两相平 衡,求平衡时气相组成反液相组成祁；(3) 上述系统5moL在Q二4.16 kPa下达平衡时，气相、液相的物理的量各 为多少？气相中含内酮和水的物质的量各为多少十(4) 上述系统1() kg,在/-4.16 kPa下达平衡时，气、液相的
10、质量各为多 少？解：(i)根据题目的要求,则还需要不同液相组成所对应的系统总压力以 及与不同组成液相成平衡的蒸气相之组成3侦 利用题给数据算出力及W并列 表如卜:叩00,10.20.40.60.8).95。.酒1巾/kPa2.903.674.164.734K4,724.533.803.1700.2940.430仆.560。.闻50.6170.6820.8241伽根据两表的数据便可画出题6.5的白图(图6- ll)o4.802.90图 6-11图中最上端的曲线为液相组成与总压关系曲线，称液相线.而在液相线之 下并与液相线在c点处相切的曲线为总压与 蒸气相组成如的关系曲线，祢气相线.由图 得知，丙
11、酮与水组成的平衡系统产生最大正 偏差“图中下部的两曲线分别表不A和B 的蒸气分反力Pa和汶B与组成关系的曲线。(2) 系统组成为时= 0,3的气-液平 衡系统，在总压为4.16 kPa时，其气-液两 相之组成可由(1)中所列的表中查得(亦可由 图中查得);直日二().200= 0,430(3)整个系统的物质的量n - 5 moh系统的总组成工财)=。.3,在p = 4.】6kP自下，气、液两相的组成已在(2)中列出了。因此利用杠杆规则便可求出 气、液两相的京。知=0.200光=0.430(1)彳g)n()/n(g) = (，b 皿0)/(B,O 一ib)nd) + n(g) = n,联解上述两
12、式得72 (1)=招(刘-皿0)/(死-工B)1”-5昭*(0,4W-O.2OO) 一2屈成】n (g) = n n (1) = 2.17 mol因气相中B物质的组成为3b = 0430,故气相中B物质的物质的量?B(g) = Hg) 如=2 17 molx0*430 = 0*94 molA(g) = M(g)- m(g)= L24 mol(4) 系统压力、温度与(3)相同,所以气、液两相的组成不变，但本题的系统 其总量为10 kg,组成仍为*0 =。3 应用杠杆规则时,则需将10 kg换算成物 质的量如根据混合系统h=我而 M = Mr + XBMB= 0*70x60.096 g*mol +
13、0.30x 18.015 g*moi1= 47.472 gmol-110 000 官47.472 g*mol 210.65 mol利用(3)中的计算式72(l) = n I(3b 一泛工 B)所以”=210.55 molx(Q；43Q_Q；20)=119,01 mol再有两hzaMa+jMb=(0.8x60.096 + 0*2x 18.015) g*mol= 51.68 矿mol、】m-，i(D顼= 119.01 molx51,68 g*moJ-1= 6.15 kgkPa下水(A)醋酸(B)系统的气液平衡数据如下。tC100工B07b0(1) 画出气-液平衡的温度-组成图。(2) 从图上找出组
14、成为乌二的气相的泡点。(3) 从图上找出组成为处=崩如的液相的露点。(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写达到平衡时，气-液两相的质量各为多少 解：(1)气-液平衡的温度-组成图为(2) 砸二的气相的泡点为110.3C。(3) 二 。的液相的露点为112.7C。(4) 105.0C时气-液平衡两相的组成砍=0宾，光二 414。(5)J|/a = 18* 015X 10-3kg也 = 60 052X 103kg，mlT系统的总组成：盈凡=1 &/A/& = (9 X 103/18. 015)mol 499* 58mol nB=ma/(30X 1CP/60. 052)mol 499. 57mol=0. 5000心(总)wa + kb = 999* 15moln (?)用总）GMU根据杠杆规则用(G)ML 0.544 5 0.50。 口 q化厂旧=赤=向乔有- 346我(G) = 346* 21mW
