天津大学物理化学第五版下册习题答案(含第六章)

第六章 相平衡

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作为溶质在两不相互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡(凝聚系统)。 解:(1) S-R-R?=1-0-0=1;P=2;F=C-P+2=1 (2) S-R-R?=3-1-0=2;P=3;F=C-P+2=1 (3) S-R-R?=3-1-1=1;P=2;F=C-P+2=1 (4) S-R-R?=3-1-0=2;P=2;F=C-P+2=2 (5) S-R-R?=3-0-0=3;P=2;F=C-P+1=2 6-2

Na2CO3(s)水合物有

Na2CO3?H2O(s),Na2CO3?7H2O(s)和Na2CO3?10H2O(s)

(1)101.325kPa下,与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的水合物最多有几种? (2)20℃时,与水蒸气平衡共存的水合物最多可能有几种? 解 系统的物种数S=5,

即H2O、Na2CO3(s)、Na2CO3?H2O(s),Na2CO3?7H2O(s)和Na2CO3?10H2O(s)。 独立的化学反应式有三个:

Na2CO3(s)?H2O(l)?Na2CO3?H2O(s)

Na2CO3?H2O(s)?6H2O(l)?Na2CO3?7H2O(s) Na2CO3?7H2O(s)?3H2O(l)?Na2CO3?10H2O(s)

则R=3

没有浓度限制条件 R?0

'所以,组分数 C=S-R-R=5-3-0=2

在指定的温度或压力的条件下,其自由度数 F=C-P+1=3-P 平衡条件下F=0时相数最多,因此上述系统最多只能有3相共存。

s6-3 已知液体甲苯(A)和液体苯(B)在90℃时的饱和蒸气压分别为pA?54.22kPas和pB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?136.12kPa。

'5 mol,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)理想液态混合物,A、B均适用拉乌尔定律,故有

ssp?pA?pB?pA(1?xB)?pBxB?54.22kPa(1?xB)?136.12kPaxB (1)

syB?0.4556?pB/p?pBxB/p?136.12kPa?xB/p (2)

由式(1)及式(2)得

p?54.22kPa(1?xB)?136.12kPaxB (3) 0.4556?136.12kPa?xB/p (4)

联立式(3)与式(4),解得 p?74.70kPa,xB?0.2500 (2)根据杠杆规则

n(l)?yB?xB,0yB?xBn?0.4556?0.3000?5mol?3.784mol

0.4556?0.2500n(g)?n?n(l)?(5?3.784)mol?1.216mol6-5 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,两相组成如何?两相的物质的量各多少?

解:(1)与开始产生气相平衡的液相,其组成同原始液态混合物,所以气相的压力为 200/78200/92??**p?p苯x苯?p甲苯x甲苯??136.12??54.22??kPa

200/78?200/92200/78?200/92?? ?98.54kPa200/78??*气相组成为 y苯?p苯x苯/p??136.12?6??98.54?0.747

200/78?200/92??(2)与最后一滴液相平衡的气相,其组成同原始液态混合物

**** y苯?p苯x苯/p; p?p甲苯?(p苯?p甲苯)x苯上两式联立解得: x苯?*p甲苯y苯p?(p?p54.22?*苯*苯*甲苯)y苯

200/78200/78?200/92??0.3197

200/78136.12?(136.12?54.22)?200/78?200/92**? p?p甲苯?(p*.12?54.22)0.3197]kPa?80.40kPa 苯?p甲苯)x苯?[54.22?(136**(3) p?p甲苯 ?(p*苯?p甲苯)x苯 x苯?y苯92.00?54.22?0.4613 136.12?54.22?p*.12?0.4613/92.00?0.625苯x苯/p?136原始液态混合物的组成为

200/78?0.541200/78?200/92ng0.541?0.4613? ??nl0.6825?0.541? ng?1.709mol, nl?3.022mol?联立解得:?200200??ng?nl????7892?????? x苯

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