大学物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后参考答案第6章. 下载本文

根据Clausius-Clapeyron 方程,计算310 K时 氨的蒸气压,。 lnp(310K)101.325kPa?23 256?18.314?240??1?? 310?解得: p(310K)?1 408.3 kPa

即在37℃时,压缩机的最低压力必须大于1 408.3 kPa,才能终年都能生产液氨。

8.CO2的固态和液态的蒸气压与温度的关系式,分别由以下两个方程给出:

1 360 K T874 K lg(pl/Pa)?9.729?

T lg(ps/Pa)?11.986?试计算: (1) 二氧化碳三相点的温度和压力。

(2) 二氧化碳在三相点时的熔化焓和熔化熵。

解: (1) 在三相点时,固态和液态的蒸气压相等,ps?pl,即

?6 11.981 360 K?T9.?729T874 K

解得三相点的温度 T?215.3 K

代入任意一个蒸气压与温度的方程式,计算三相点时的压力(两个结果稍有不同) lg(p(三相点)/Pa)?11.986?1 360?5.669 215.3解得 p(三相点)?466.7 kPa

(2) 根据Clausius-Clapeyron 方程的一般积分式

'?vaHppm1ln????C'

PaRT式中C是积分常数。对照题中所给的方程,从固体的蒸气压与温度的关系式,可计算得到二氧化碳的摩尔升华焓,从液体的蒸气压与温度的关系式,可计算得到二氧化碳的摩尔蒸发焓,

?subHm?1 360 K 2.303R

?subHm?(2.303?1360?8.314) J?mol?1?26.04 kJ?mol?1

?vapHm2.303R?874 K

?vapHm?(2.303?874?8.314) J?mol?1?16.73 kJ?mol?1

摩尔熔化焓等于摩尔升华焓减去摩尔蒸发焓,

?fusHm??subHm??vapHm

?(26.04?16.73) kJ?mol?1?9.31 kJ?mol?1

?fusHm9310 J?mol?1?fusSm=??43.2 J?mol?1?K?1

Tf215.3 K9.根据CO2的相图,回答如下问题。

(1)说出OA,OB和OC三条曲线以及特殊点O点与A点的含义。

(2)在常温、常压下,将CO2高压钢瓶的阀门慢慢打开一点,喷出的CO2呈什么相态?为什么?

(3)在常温、常压下,将CO2高压钢瓶的阀门迅速开大,喷出的CO2呈什么相态?为什么?

(4)为什么将CO2(s)称为“干冰”?CO2(l)在怎样的温度和压力范围内能存在? 解:(1)OA线是CO2(l)的饱和蒸气压曲线。OB线是CO2(s)的饱和蒸气压曲线,也就是升华曲线。OC线是CO2(s)与CO2(l)的两相平衡曲线。O点是CO2的三相平衡共存的点,简称三相点,这时的自由度等于零,温度和压力由系统自定。A点是CO2的临界点,这时气-液界面消失,只有一个相。在A点温度以上,不能用加压的方法将CO2(g)液化。

(2)CO2喷出时有一个膨胀做功的过程,是一个吸热的过程,由于阀门是被缓慢打开的,所以在常温、常压下,喷出的还是呈CO2(g)的相态。

(3)高压钢瓶的阀门迅速被打开,是一个快速减压的过程,来不及从环境吸收热量,近似为绝热膨胀过程,系统温度迅速下降,少量CO2会转化成CO2(s),如雪花一样。实验室制备少量干冰就是利用这一原理。

(4)由于CO2三相点的温度很低,为216.6 K,而压力很高,为518 kPa。我们处在常温、常压下,只能见到CO2(g),在常压低温下,可以见到CO2(s),这时CO2(s)会直接升华,看不到由CO2(s)变成CO2(l)的过程,所以称CO2(s)为干冰。只有在温度为216.6 K至304 K,压力为518 kPa至7400 kPa的范围内,CO2(l)才能存在。所以,生活在常压下的人们是见不到CO2(l)的。

10.某有机物B与水(A)完全不互溶,在101.325 kPa的压力下用水蒸气蒸馏时,系统于90℃时沸腾,馏出物中水的质量分数wA?0.24。已知90 ℃时水的蒸气压

*pA?70.13 kPa,请估算该有机物的摩尔质量。

解:以m(A)代表水的质量,m(B)代表有机物的质量。已知90℃时,pA?70.13 kPa,则有机物在这个温度下的饱和蒸气压为:

pB?(101.325?70.13)kPa?31.20 kPa

取蒸气相的总质量为100 g ,则水气的质量m(A)?24 g,有机物的质量m(B)为:

**m(B)?(100?24) g?76 g

设水蒸气蒸馏时的总蒸气压为p,则 pA?pyA?p*nAnB* pB?pyB?p

nA?nBnA?nB将两式相比,消去相同项,得

*pAnAm(A)/MA? *?

pBnBm(B)/MB

*pAMA?m(B)MB?*?

pBm(A)70.13kPa? ?31.20kPa ?128 g?mol?1

?11?8 g?mol

24g76g11.在标准压力下,已知H2O(l)(A)的沸点为373 K,C6H5Cl(l)(B)的沸点为403 K。水和氯苯在液态时完全不互溶,它们的共沸点为364 K。设一个氯苯的质量分数wB?0.20的水和氯苯的双液系统,在加热达到共沸时,完成下列问题。

(1)画出H2O(l)(A)和C6H5Cl(l)(B)的T?wB相图的示意图。

(2)指出在各相区中,平衡共存的相态及三相线上是由哪些相平衡共存。 (3)这种相图有什么实际用处?

解:因为水和氯苯在液态时完全不互溶,所以两液相共存的帽形区的两条边,就是两个纵坐标,即分别代表wB?0和wB?1在不同温度下两个液相的组成。在图上分别标出

H2O(l)和C6H5Cl(l)的沸点,以及它们的共沸点,将两个沸点分别与共沸点连线,在共沸

点温度画出三相平衡线,就得相图如下

(2)在CED线以上,是气相单相区;在CFE范围内,是H2O(l)和气相两相区;在

DEG范围内,是C6H5Cl(l)和气相两相区;在FEG线以下,是H2O(l)和C6H5Cl(l)两相

区。在FEG线上,由H2O(l),C6H5Cl(l)和气三相共存。表示气相组成的E点的位置要根据混合蒸气的组成而定。

(3)这种相图可以用于有机物的水蒸气蒸馏,因为两种液体共沸的温度比H2O(l)的