相平衡
更新时间:2023-09-14 10:02:01 阅读量: 初中教育 文档下载
第六章 习题解答
6.1 指出下列平衡系统中的组分数C,相数P,及自由度数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=1-2+2=1
(2)C=2;(∵S=3;R=1,∴C=3-1=2);P=3;F=2-3+2=1
(3)C=S-R-R'=3-1-1=1(浓度限制条件,产物成NH3(g):H2S(g)=1:1);P=2; F=1
(4)C=3-1=2;P=2;F=2
(5)C=3;P=2;F=C-P+1=3-2+1=2 (凝聚相可以不考虑压力的影响)
6.2 已知液体甲苯(A)和液体(B)在90℃时的饱和蒸气压分别为PA=54.22kPa和PB=136.12kPa。两者可形成理想液态混合物。
今有系统组成为xB,0=0.3的甲苯-苯混合物5mol,在90℃下成气-液两相平衡,若气相组成为yB=0.4556求:
(1)平衡时液相组成xB及系统的压力P;
(2)平衡时气、液两相的物质的量n(g),n(l)。 解:(1)yA=1-0.4556=0.5444
PA=PA*·xA=PA*(1-xB)=P·yA PB=PB*·xB=P·yB
∴
(2) n(l)+n(g)=5mol
n(l) ·(xB.0-xB)=n(g) ·(yB- xB.0)
n(l) ·(0.3-0.2500)=[5mol-n(l)](0.4556-0.3) n(l)=3.784mol
n(g)=(5-3.784)mol=1.216mol
6.3 单组分系统硫的相图如下图。试用相律分析图中各点、线、 面的相平衡关系及自由度数。
解:各面的自由度F:
F=C-P+2=1-1+2=2
各线的自由度F: F=C-P+2=1-2+2=1 各点(b,c,f)的自由度F: F=C-P+2=1-3+2=0 各线的相平衡关系:
ab: 正交硫 ? 硫蒸气; bc: 正交硫 ? 单斜硫; cd: 正交硫 ? 液体硫; cf: 单斜硫 ? 液体硫;
fe: 液体硫 ? 硫蒸气; fb: 单斜硫 ? 硫蒸气。 各点的相平衡关系:
b: 正交硫 ? 硫蒸气 ? 单斜硫; c: 正交硫 ? 液体硫 ? 单斜硫; f: 单斜硫 ? 液体硫 ? 硫蒸气。
6.4 已知甲苯、苯在90℃下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22kPa和136.12kPa。两者可形成理想液态混合物。
取200.0g甲苯和200.0g苯置于带活塞的导热容器中,始态为一定压力下90℃的液态混合物。在恒温90℃下逐渐降低压力,问:
(1)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92.00kPa时,系统内气液两相平衡,两相的组成如何?两相的物质的量各为多少?
6.5 25℃丙醇(A)-水(B)系统气-液两相平衡时两组分蒸气分压与液相组成的关系如下。
xB 1 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 0.95 0.98 1 PA/kPa PB/kPa 2.90 0 2.59 1.08 2.37 1.79 2.07 2.65 1.89 2.89 1.81 2.91 1.44 3.09 0.67 3.13 0 3.17 (1)画出完整的压力-组成图(包括蒸气分压及总压,液相线及气相线);
(2)组成为xB,0=0.3的系统在平衡压力p=4.16kPa下,气-液两相平衡,求平衡时气相组成xB;
(3)上述系统5mol,在p=4.16kPa下达到平衡时,气相、液相的物质的量各为多少?气相中含丙酮和水的物质的量各为多少?
(4)上述系统工程10kg,在p=4.16kPa下达到平衡时,气相、液相的质量各为多少? 解: (1)完整的压力-组成图如图所示.
(2)组成为xB,0=0.3的系统在平衡压力p=4.16kPa下,气-液两相平衡时,从图上可得知: xB=0.2 yB=0.429
(3) n(l)+n(g)=5mol
n(l)·(0.3-0.2)= n(g) ·(0.429-0.3)
∴ n(l)=2.82mol n(g)=2.18mol
nB(g)=yB·n(g)=0.429·2.18 mol =0.94 mol nA(g)= n(g)- nB(g)= (2.18-0.94) mol=1.24 mol (4) m(l)+m(g)=10kg
MA=60.096 MB=18.015 xB=0.2 yB=0.429
∴ m(l)=6.13kg m(g)=3.87kg
6.6 101.325kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。 t/℃ xB yB 100 0 0 102.1 0.300 0.185 104.4 0.500 0.374 107.5 0.700 0.575 113.8 0.900 0.833 118.1 1.000 1.000
(1)画出气-液平衡的温度组成图;
(2)从图上找出组成为xB=0.800的液相的泡点; (3)从图上找出组成为yB=0.800的气相的露点; (4)105.0℃时气-液平衡两相的组成是多少?
(5)9kg水与30kg醋酸组成的系统在105.0℃达到平衡时,气、液两相的质量各为多少?
6.7 已知水-苯酚系统在30℃液-液平衡时共轭溶液的组成w(苯酚)为:L1(苯酚溶于水),8.75%;L2(水溶于苯酚),69.9% 。
(1)在30℃,100g苯酚和200g水形成的系统达液-液平衡时,两液相的质量各为多少? (2)在上述系统中若再加入100g苯酚,又达到相平衡时,两液相的质量各变到多少?
解: (1)
m(L1)+m(L2)=300g
m(L1) ·(33.3%-8.75%)=m(L2) ·(69.9%-33.3%) ∴ m(L1) ·24.55%=[300g- m(L1)] ·36.6% m(L1)=179.6g m(L2)=(300-179.6)g=120.4g (2)
m’(L1)+m’(L2)=400g
m’(L1) ·(50%-8.75%)=m’(L2) ·(69.9%-50%) ∴ m’(L1) ·41.25%=[400g- m’(L1)] ·19.9% m’(L1)=130.2g m’(L2)=(400-130.2)g=269.8g 6.8 水-异丁醇系统液相部分互溶。在101.325kPa下,系统的共沸点为89.7℃。气(G)、液(L1)、液(L2)三相平衡时的组成w(异丁醇)依次为:70.0%;8.7%,85.0%。今由350g水和150g异丁醇形成的系统在101.325kPa压力下由室温加热,问:
(1)温度刚要达到共沸点时,系统处于相平衡时存在哪些相?其质量各为多少?
(2)当温度由共沸点刚有上升趋势时,系统处于相平衡时存在哪些相?其质量各为多少?
6.9 恒压下二组分液态部分互溶系统气-液平衡的温度-组成图如附图,指出四个区域内平衡的相。
解:四个区域内平衡的相如下图所示:
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