第六章 相图习题
更新时间:2024-05-31 06:00:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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第六章 相图习题
例1 已知NaHCO3(s)热分解反应为 2NaHCO3==Na2CO3(s)+CO2(g)+ H2O(g)
今将NaHCO3(s),Na2CO3(s),CO2和H2O(g)按任意比例混合,放入一个密闭容器中,试计算当反应建立平衡时系统的C,φ 及f。 [题解]:R'=0,R=1,S=4 C = S – R – R' = 4 – 1 – 0 = 3 φ = 3
f = C–φ +2 = 3 – 3 + 2 = 2
[导引]:因NaHCO3(s),Na2CO3(s),CO2和H2O(g)按任意比例混合,不存在浓度限制条件,所以R'=0。
例2 请应用相律论证下列结论的正确性: (1)纯物质在一定压力下的熔点为定值; (2)纯液体在一定温度下有一定的蒸气压。 [题解]:(1)C=1 ,φ =2 ,
因压力一定, f =C-φ +1=1-2+1=0 故熔点为定值; (2)C=1,φ =2,
因T一定, f =C-φ +1=1-2+1=0 故蒸气压为定值。
[导引]:准确理解自由度数的含义。
例3 在高温下,CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)。
(1) 在一定压力的CO2气中加热CaCO3(s),实验表明加热过程中,在一定温度范围内CaCO3不会分解。
(2) 若??/span>CO2气的压力恒定,实验表明只有一个温度使CaCO3(s)和CaO(s)的混合物不发生变化。
请根据相律说明上述实验事实。
[题解]:系统的物种数S=3,有一个化学反应平衡式 CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) R = 1,R′ = 0,C = S-R-R′ = 3-1 = 2 p一定下,f ′= C-f +1 = 3-f
(1)在一定压力的CO2气中加热CaCO3(s),系统存在两相,由相律知f ′=1,这表明温度可在一定范围内变
化而不会产生新相,即CaCO3(s)不会分解。 (2)此系统存在三相,据相律f ′=0,故温度为定值。 [导引]:准确理解涉及化学平衡系统自由度数的含义。
例4 .A和B固态时完全不互溶,101 325 Pa 时A(s)的熔点为30°C,B(s)的熔点为50°C,A和B在10°C具有最
低共熔点,其组成为xB,E=0.4,设A和B相互溶解度曲线均为直线。 (1)画出该系统的熔点-组成图(t-xB图);
(2)今由2 mol A 和8 mol B 组成系统,根据画出的t-xB图,列表回答系统在5°C,30°C,50°C时的相
数、相的聚集态及成分、各相的物质的量、系统所在相区的条件自由度数。 [题解]:熔点-组成图(t-xB图)如下图所示。
系统温度 相的聚集态及成分 系统所在相区的条件自由度 相数 各相物质的量
t / °C 5 2 s (A), s (B) 30 2 1 s (B), l (A+B) 50 l (A+B) f ' 1 1 2 [导引]:掌握在不同的条件下求各相物质的量的方法。
例5 A和B形成相合熔点化合物AB:A,B,AB 在固态时完全不互溶;A,AB,B 的熔点分别为200°C,
300°C,400°C,A与AB及AB与B形成的两个低共熔点分别为150°C,
。
(1)画出以上述系统的熔点-组成(t-xB)图;
和250°C,
(2)画出以下两条步冷曲线:xB=0.1的系统从200 °C冷却到100 °C,及xB=0.5的系统从400 °C冷却到200°C;
(3)8 mol B和12 mol A 混合物冷却到无限接近150 °C时,系统是哪几相平衡?各相的组成是什么?各相物质的量是多少?
[题解]:(1)如下图:
(2)如上图:
(3)此时系统为两相平衡, s(AB)
l(A+B) , s ( AB ) 中为纯AB,xB, l ( A+B ) =0.2
根据杠杆规则:
n S ( AB ) + n l ( A+B ) =20 mol
解得, n S ( AB ) =13.33mol,n l ( A+B ) =6.67mol
[导引]:本题的相图相当于由两个低共熔点(A、AB二组分及AB、B二组分在固态完全不互溶的熔点-组成图)的相图合并而成。
例6 NaCl-H2O二组分系统的最低共熔点为-21.1°C,最低共熔点时溶液的组成为w(NaCl)=0.233,在该点有冰和NaCl×2H2O的结晶析出。在0.15°C时,NaCl×2H2O分解生成无水NaCl×和w(NaCl×H2O)=0.27的溶液。已知无水NaCl 在水中的溶解度随温度升高变化很小。NaCl与H2O的摩尔质量为58.0 g.mol-1,18.0 g.mol-1
(1)绘制该系统相图的示意图,并指出图中区、线的意义;
(2)若在冰水平衡系统中,加入固体NaCl来作致冷剂,可获得的最低温度是多少?
(3)某地炼厂所用淡水由海水[w(NaCl) = 0.025]淡化而来,其方法是利用液化气膨胀吸热,使泵取的海水在装置中降温,析出冰,将冰熔化而得淡水,问冷冻剂在什么温度,所得的淡水最多?
[题解]:(1)相图如下图3-9所示,NaCl×2H2O中NaCl的质量分数为w(NaCl)=三条垂直线为单相线,二条水平线
,
=0.617,图中
为三相线(端点除外),AE 为冰点下降曲线,
BFE为饱和溶解度曲线,E点为最低共熔点;
(2)当把NaCl放入冰水平衡系统中时,凝固点下降,冰熔化使系统温度下降。系统可获得的最低温度为-21.1°C;
(3)系统w(NaCl) = 0.025 时,降低温度在-21.1°C稍上一点时,所获得的冰最多,也就是所获得的淡水最多。
[导引]:本题为水-盐系统形成不相合熔点化合物的相图,要注意到其实际应用。
例7 (1)按下列条件作出A,B 二组分系统相图的示意图:A的熔点为600°C;B为1000°C;化合物AB2的分解温度为650°C,此时液相组成为xA=0.50;A和AB2的最低共熔点为400°C,xA=0.80;固相不互溶,液相完全互溶;
(2)标明相图中各区域存在的相态及成分;
(3)指出相图中在哪些情况下条件自由度数为零,此时各相的组成是什么?
(4)作出,xA=0.40的溶液的冷却曲线,在曲线转折点处及各段注明相态及成分的变化。
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