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第四章(相平衡)习题解答1.指出平衡体系的组分数、自由度
(1)NH4Cls部分解离为NH3g、HClgK=S–R–R’=3–1–1=1f=K–+2=1–2+2=1
(2)上述体系加少量NH3gK=S–R–R’=3–1–0=2f=K–+2=2–2+2=2
(3)NH4HSs与任意量NH3g、H2Sg平衡K=S–R–R’=3–1–0=2f=K–+2=2–2+2=2
(4)Cs、COg、CO2g、O2g在100C平衡独立化学反应数为2Cs+O2gCO2g2COg+O2g2CO2gK=S–R–R’=4–2–0=2f=K–+2=2–2+1=
12.本体系K=3,当f=0时,最大,即f=K-max+2=5-max=0,1指定T,减少一个变量,f=5-max-1=0max=4如冰,水和苯含苯甲酸的一对共轭溶液,气相2指定T和水在苯甲酸中的浓度,减少二个变量,f=5-max-2=0max=3如水和苯含苯甲酸的一对共轭溶液,气相3指定T,p和水在苯甲酸中的浓度,减少三个变量,f=5-max-3=0max=2如水和苯含苯甲酸的一对共轭溶液3.体系KpT数f=K-+fpT变量列举1p,水与蒸汽平衡12102水与蒸汽平衡1221p或T3p,I2在水,CCl4中分配平衡,无固I23212T,I2浓度任一相4NH3g,H2g,N2g平衡2123p,T,任一浓度5pNaOH水溶液,H2PO4水溶液混合3113T,碱浓度,酸浓度6pNaOH水溶液,H2PO42H2Os平衡2211T4.两相平衡线三相点AB s正交gE s正交s斜方lBC s斜方gB s正交s斜方gCD lgC s斜方lgEB s正交s斜方G s正交lg(亚稳态)EC s斜方lEC s正交lXY变化正交硫转晶斜方硫熔化液态硫5.按Trouton规则,HV=88
273.2+
61.5=29454Jmol-1p2=
48.99kPa
6.T2=
385.1K=
111.9C7.HV=64454Jmol–1T2=
392.7K=
119.5C
8.固气液气温度(C)
132.
4163.
5192.
0216.5压力kPa
0.
13331.
33345.
332713.3341/T103K-
12.
4652.
2902.
1502.042lnpp Pa
4.
8937.
1958.
5829.498
(1)固气平衡,lnp~1/T的回归方程为H升华=-13115R=109044Jmol-1液气平衡,lnp~1/T的回归方程为H汽化=-8521R=70848Jmol-1H熔化=H升华-H汽化=38196Jmol-12三相点p,T是气液平衡线和气固平衡线的交点,联立两回归方程,解得T=
444.8K=
171.6Cp=2298Pa3T=500K代入气液平衡回归方程,得沸点压力p=19083Pa9.由0C和10C的蒸汽压求水的汽化热Hv=44880Jmol-1求出升华热H升华=H熔化+H汽化=
333.518+44880=50883Jmol-1由0C数据求出口处(-25C)的蒸气压p2=
0.637kPa计算20C时的蒸汽压(用10C数据,也可用0C数据)p2=
2.31kPa
10.p*A=
37.45kPap总=p*AxA+p*BxB=
37.45
0.65+p*B
0.35=
54.1p*B=
85.02kPa11.=
4.89
0.2665=
1.303kPa=
15.761-
0.2665=
11.56kPap总=p甲苯+p苯=
12.86kPa12.1作相图2物系组成为x=
0.6,由相图,114C时,气相xg=
0.92,液相xl=
0.53杠杆规则3x=
0.6时,沸点为110C,提高到114C,馏出物(气相)组成为
0.924完全蒸馏(精馏),馏出物为100%的HNO3,残留液为
0.38的恒沸物
13.1作相图2从相图中看,当x乙醇=
0.75时最初馏出物为x乙醇=
0.63精馏后剩余液(高沸组分)为纯乙醇普通精馏只能分得纯乙醇,不能分得纯乙酸乙酯
14.先求45C时组分A,B的蒸汽压组分A p2=p*A=46338Pa组分B p总=p*AxA+p*BxB101325=46338
0.2+p*B
0.6p*B=115077Pa1xB=
0.6时,p总=p*A1-xB+p*BxB=463381-
0.6+115077
0.6=85578Pa第一个气泡2最后一个液滴时,yB=
0.6xB=
0.3766p总=p*AxA+p*BxB=463381-
0.3766+115077
0.3766=72221Pa
15.设溶剂遵循Raoult定律,M乙酸乙酯=88,M水=18g/mol1由酯相(含水
3.79%)计算酯的分压2由水相(含酯
6.75%)计算水的分压3p总=p酯+p水=
24.88kPa
16.水蒸汽蒸馏MB=
126.8gmol–
117.1步冷曲线2d、e物态变化d液态e液态d1sB开始析出e1sB开始析出sB增多,l减少,浓度减小至xmsB增多,l减少,浓度减小至xmd2转熔,lm+sBsE,直至sB消失e2转熔,lm+sBsEsE析出增多,l减少,浓度减小至c1直至lm和sB同时消失d3sA和sE同时析出,直至液相消失18.1最低共熔点102C最低共熔组成
22.8%2设总量为1,结晶为x当组成为75%时,x100-75=1-x75–
22.8x=
67.4即
67.4%当组成为45%时,x100-45=1-x45–
22.8x=
28.6即
28.6%
19.作相图,D为三相点,混合盐F(30gNaNO3+70gKNO3)加水溶解,浓缩至E,KNO3有最大析出量设析出KNO3为x克,留溶液中有70-x克解法1代数法溶液D中NaNO3和KNO3的比例是恒定的x=
63.39g解法2杠杆规则先确定E点坐标,设其含水y克,由于E和D的WA/WC比值相同y=
36.54gE点KNO3坐标杠杆规则WB100-
51.27=70+30+
36.54-WB
51.27-
9.04WB=
63.39g
20.本题数据有点问题(所有结线平行底边),仅供练习参考甲醇%(W/W)0102030水%(W/W)液层193827045液层2161540pXGFEDCBAT液气Y正交硫斜方硫
707172737475767778798000.
20.
40.
60.81tC乙醇
0.
750.63tC
0.53114液相气相
0.
920.38HNO3气相第一个气泡液相xB=
0.6最后一个液滴xBpT=45CABabca1b1deb2c1d1d2d3e1e2abca1b1mdeABb2c1d1d2d3e1e2t1xBEt280901001101201301401501601701800102030405060708090100tC102C
22.8%对-二硝基苯%AH2OFBKNO3CNaNO3ED
51.27%
9.04%甲醇乙醚水单相区二相区。