物理化学解题指导

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φmax = 3

现已知有水蒸汽一相存在,故最多还可能有两种含水盐与之共存。

4-10 在一个真空容器中,NH4Cl(s)部分分解,求平衡时体系的组分数。 解: 体系中有一平衡分解反应

NH4Cl(s) = NH3 + HCl

所以物种数=3,化学平衡限制条件数R=1。NH3和HCl都是由NH4Cl(s)分解得到的,并且它们在一相中,因此,体系中存在着浓度限制条件数R=1。

∴ K=S-R-R′=3-1-1=1

4-11 汞的正常沸点为630.O5 K,假定汞服从特鲁顿规则,试计算298.15K时的蒸气压。

解: 汞的正常沸点为Tb=630.05K 由特鲁顿规则

g-1-1-1-1

ΔlHm=88J.molK×Tb=88J.molK×630.05

-1

=55.44kJ.mol

∵ ㏒

P2P1(?)=?lHmT2T1 2.303RT1T2g5.544?104?(298.15?630.05)∴ ㏒P2= ㏒101325+

2.303?8.314?298.15?630.05 =5.0057-5.118 =-0.1123

P2=0.776Pa

4-12 苯乙烯的标准沸点418K,摩尔气化焓为40.3kJ.mol。计算303K时苯乙烯的蒸气压。

解: 根据式

P㏑2P1-1

()(?)=?vapHmC6H5C2H5T2T1RT1T2?

p240.3?103J?mol?1?(303?418)K ㏑==-4.40

100kPa8.314J?mol?1?K?1?418K?303K P2=0.0123×100kPa=1.23kPa

4-13 试根据相律讨论二组分气-液平衡体系相图中各相区和各线条的意义。

解: 气相区:f= K-φ+1=2-1+1=2

说明在该区域有两个独立变量,这两个独立变量可以是(p,x)或(T,x)

气-液两相区:f=K-φ+1=2-2+1=1

说明在该区域有一 个独立变量,固定p时,就只能改变T或x改变;如

固定T时,就只能改变p或x。

液相区: f=K-φ+1=2-1+1=2

说明在该区域有两个独立变量,这两个独立变量可以是(p,x)或(T,x) *

气相线:f=K-φ+1=2-2+1=1

说明在该区域有一 个独立变量,固定p,就只能是T或x改变;如固定T时,就只能是p或x。

液相线:f=K-φ+1=2-2+1=1

说明在该区域有一 个独立变量,固定p时,就只能是T或x改变;如固定T时,就只能是p或x改变。

4-14 图示为A-B二组分液态完全互溶体系的沸点-组成图 (1) 4molA和6molB混合,70℃时体系 有几个相?各相的量如何?含A、B各为多少?

(2) 多大浓度(即xB=?)的A、B二组

分溶液其在101325Pa下沸点为70℃? 14题附图

解:(1)体系如图中K 点所示,有气、液两个相,相点如G、L两点所示,各相的量由杠杆规则:

ngnl =

KLGK_______ =

0.78?0.6 ①

0.6?0.25又 ng + nl = 10mol ②

联立①、②解得 ng=3.40 mol

A其中 ng= 3.40mol × 0.75 = 2.55mol

B ng =3.396 mol × 0.25=0.85 mol

nl =6.61 mol

其中: nlA =6.60 mol ×(1-0.78)=1.45 mol

nlB=6.60 mol × 0.78=5.15 mol

(2) 依据图,xB=0.78的溶液在101325Pa下沸点为70℃。

4-15 20℃时,某有机酸在水和乙醚中的分配系数为0.4,

(1) 该有机酸5g溶于0.1L水中构成溶液,若每次用0.02L的乙醚萃取两次,求水中剩余有机酸多少克?

(2)若一 次用0.04L的乙醚一次萃取,问水中剩余有机酸多少克? 解:

(1)由萃取公式可知,若V1L溶液中有溶质Wg,每次用V2L 的新鲜溶剂萃取,萃取n次后剩余量为:

KV1)n mn?m(KV1?V2m2 =m(0.4?0.1KV1)2=5?()2

0.4?0.1?0.02KV1?V2

=2.22g

(2)一 次萃取后

m1 =m(KV10.4?0.1)=5?()

0.4?0.1?0.04?KV1V2 =2.50g

第三部分 补充习题

一、思考题

1.指出下列平衡体系中的物种数、组分数、相数和自由度数: (1) Ca(OH)2(s)==CaO(s)+H2O(g) (2) CaSO4的饱和水溶液。

(3) 5克氨气通入1升水中,在常温常压下与蒸气平衡共存。 2.回答下列问题:

(1)在下列物质共存的平衡体系中,有哪几个独立反应? (a)C(s)、CO(g)、CO2(g)、H2(g)、H2O(l)、O2(g)

(b)C(s)、CO(g)、CO2(g)、Fe (s)、Fe O(s) (g)、Fe 3O4(s)、Fe 2O3(s) (2)判断下列结论正确与否

(a)1mol NaCl溶于1升水中在298K时只有一个平衡蒸气压。

(b)1升水中含1mol NaCl和KNO3,在一定外压下,当气液平衡时,温度必有定值。 (3)一般物质的熔点随压力上升而上升,为何水不符合这一规律?

(4)某地区的大气压为460mmHg,如将下表中的四种固态物质在该地区加热,问那种物质将发生升华?

物质 三相点温度 三相点压力/mmHg 汞 -38.88 1.27×10-6 苯 5.465 36.1 氯苯 277 434 氩 -180.2 515.2

二、选择题(题型:1、2、3小题为A型题,4、5、6小题为B型题,7、8小题为C型题,9、10小题为D型题)

1.在一定温度下,平衡体系CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的组分数、相数及自由度数分别为( )。

(a) 3 2 3 (b) 3 3 0 (c) 2 2 1 (d) 2 3 0

2.克-克方程可以用于计算( )。

(a) 正晶面之间的夹角; (b) 液体的蒸发热 (c) 放射性同位素的半衰期; (d) 微溶盐的溶度积 3.从75ml水中萃取溴,最有效的方法是( )。 (a) 每次用25ml CHCl3,共萃取3次; (b) 用75ml CHCl3,萃取1次;

(c) 每次用5ml CHCl3,共萃取5次; (d) 每次用12.5ml CHCl3,共萃取6次;

4.C(s)+CO2(g)=2CO(g)和CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)两反应可在高温下进行,若起始时

(1) 体系为任意量的C、CO2、H2,平衡时体系的独立组分数是( );

(2) 体系为任意量的C、CO2、H2、CO、H2O平衡时体系的独立组分数是( ); (a) 5 (b) 4 (c) 3 (d) 2

5. 果体系中有固体Fe和 FeO,气体CO和CO2,而且给定的物质之间已建立化学平衡, (1)体系中的(独立)组分数是( );

(2)体系中的自由度是( )

(a) 1 (b) 2 (c) 3 (d) 4

?6.如果A、B 二组分中,p?A﹥pB

(1)定温下,A、B二组分气液平衡时,溶液的蒸气压组成图中( )。 (2)定压下,A、B二组分气液平衡时,溶液的沸点组成图中( )。

???(a) p?A点高于pB点 (b) pA点低于pB点 ?? ?? (c) TA点 高于TB点 (d) TA点 低于TB点

7.二组分真实混合物产生与理想行为偏差的根据在于分子间作用力之间的差别, (1)正偏差指形成混合物后,分子较纯组分更易逸出液面( )。 (2)负偏差指形成混合物后,分子较纯组分更难逸出液面( )。

(a) fA-B﹤fA-A 和fA-B﹤fB-B ; (b) fA-B﹥fA-A 和fA-B﹥fB-B ; (c) fA-B﹤fA-A和fA-B﹥fB-B ; (d) fA-B﹥fA-A 和 fA-B﹤fB-B 。 8. 沸点组成图上有最低恒沸点的溶液精馏,如最低恒沸混合物为C, (1)组成在A和C之间的溶液,精馏后只能得到( ), (2)组成在C和B之间的溶液,精馏后只能得到( ),

(a) 纯A; (b) 纯B; (c) 纯A和最低恒沸混合物C; (d) 纯B和最低恒沸混合物C。

9.根据柯诺瓦洛夫第一定律,有以下结论( )

???(a). pB﹥p?A,则 yB﹥xB (b) pB﹥pA,则yB﹤xB

(c) pB=pA,则 yB=xB (d) pB ﹤pA,则yA﹥xA

10.水蒸气蒸馏时,馏出物中包含高沸点液体和水。( ) (a) 因其在低温下沸腾,高沸点液体不致分解; (b) 因其在高温下沸腾,高沸点液体分解; (c) 由于二者不互溶,很易分开; (d) 不易提纯; 三、填空题

1.相律:f=K-φ+2,式中“2”表示温度和压力,(独立)组分K的计算公式

为 ,该相律适用于 。

????Hdlnp????2m适用于 和 两种平衡,其2.克-克方程

dTRT中气相应遵循 ;

??Hdp3.克劳佩龙方程???m适用于 。

dTT???Vm4.水的三相点与冰点的区别是

(1)水的三相点指 的三相平衡点;

(2)水的冰点是指 的三相平衡点;

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