第六章学习小结

第六章相平衡10＋2学时本章应用热力学方法讨论相平衡体系的一般规律。学习一些典型相图的制法、分析与应用。相律与相图的分析及应用是本章的主要基本内容。相图分析着重于二组分凝聚体系。本章基本要求：1、明确相、组分数和自由度的概念，理解相律的推导过程及其在相图中的应用。2、热力学平衡条件对单组分体系的应用。3、能看懂单组分、二组分系统的一些典型相图，并会应用相律来说明相图中点、线、区的意义，会使用相律和杠杆规则，了解系统在不同过程中发生的相变化规律。4、了解相图绘制的几种常用方法，要求能根据热分析数据绘出步冷曲线进而得出相图或由相图推测绘出步冷曲线。5、了解萃取和结晶分离的依据和原理，了解分配定律。了解相图在实际中的一些应用。6、对于三组分系统的相图，了解正三角形的组成表示法，了解三组分系统液液平衡相图或三组分系统液固平衡相图的特点。本章重点：相、组分、自由度相概念，相律的应用，克拉贝龙方程和克拉贝龙－克劳修斯方程的应用，单组分系统P－T相图分析与应用，热分析法与二组分凝聚系统T－X相图分析与应用，步冷曲线绘制，双液系T－X与P－X相图的分析与应用，相点与物系点关系，杠杆规则的使用。本章难点：独立组分数确定与相律计算，物系点与相点的关系，二组分凝聚体系相图的相态分析，步冷曲线绘制，双液系相图的应用。基本概念及主要公式基本概念：相和相数组分数自由度数三相点相点和系统点恒沸混合物共轭溶液会溶温度共沸温度低共熔点热分析法步冷曲线转熔温度主要公式及原理：1、吉布斯相律：F=C-P+2(1)不论系统中S种物质是否在每一相均存在，都不影响相律的形式。(2)相律中的“2”表示系统整体温度、压力均相同。(3)相律中“2”表示外界条件中只考虑温度和压力的影响；相律普遍形式F=C-P+n（n指外界影响因素）。(4)凝聚系统相律：F=C-P+１（不考虑压力影响）。2、杠杆规则：LMMGxxxxgnln__=)()((1)杠杆规则用来计算两相平衡时相的数量。(2)若用质量分数表示组成时，两相的量应是质量。(3)杠杆规则适用于任意两相平衡。3、精馏原理：将液态混合物同时经多次部分气化和部分冷凝而使之分离的操作称为精馏，是多次简单蒸馏的组合。4、水蒸气蒸馏：利用共沸点低于各纯液体沸点原理，分离提纯不溶于水的高沸点有机物，可降低蒸馏温度，避免高沸点有机物的高温分解。思考题1多相体系平衡的条件是什么？2根据水的相图，对相区、两相平衡线、几个相点及其自由度进行分析。3试对硫的相图进行粗略分析。4如何根据实验数据从苯和甲苯的p-x图绘制T-x图？5如何用热分析法绘二组分低共熔相图？6形成稳定化合物的相图有何特点？7形成不稳定化合物的相图有何特点？8有低共熔点的部分互溶固溶体的相图有何特点？9有转熔温度的部分互溶固溶体的相图有何特点？10单组分体系的三相点与低共熔点有何异同点?11低共熔物能不能看作是化合物？12水的三相点与冰点是否相同?13沸点和恒沸点有何不同?14恒沸混合物是不是化合物?15恒沸点时的独立组分数究竟等于1，还是等于2?16在二组分体系中，如何使用杠杆规则？17说说相图在简单蒸馏中的应用?18说说相图在精馏中的应用？19说说相图在水蒸气蒸馏中的应用？20说说相图在萃取中的应用？21说说相图在区域熔炼中的应用？22说说相图在重结晶中的应用？23下列说法对吗？为什么？(1)在一给定的体系中，独立组分数是一个确定的数。(2)单组分体系的物种数一定等于1。(3)相律适用于任何相平衡体系。(4)在相平衡体系中，如果每一相中的物种数不相等，则相律不成立。24硫氢化铵的分解反应：(1)在真空容器中分解；(2)在充有一定氨气的容器中分解；两种情况的独立组分数是否一样?25试求下述体系的自由度并指出变量是什么？（1）压力下，液体水与水蒸气达平衡；(2)液体水与水蒸气达平衡；(3)25℃和压力下，固体NaCl与其水溶液成平衡；(4)固态NH4HS与任意比例的H2S及NH3的气体混合物达化学平衡；(5)I2(s)与I2(g)成平衡。26下列说法对吗？为什么？（1）杠杆规则只适用于T～X图的两相平衡区。两相的量可以物质的量或质量表示。(2)通过精馏的方法总可以将二元互溶液系分离成两个纯组分。(3)一般有机物可以用水蒸气蒸馏法提纯，当有机物质的饱和蒸气压和摩尔质量越大时，提纯一定质量有机物需用的水蒸气量越少，燃料越省。(4)恒沸物是化合物。因为其组成不变。27热分析法绘制相图的原理是什么？如何从冷却曲线的形状来断别体系的相变情况？实验过程中应注意哪些问题？填空题1.在25℃时，A，B，C三种物质(不发生化学反应)所形成的溶液与固相A和B、C组成的气相呈平衡，则体系的自由度f=。A，B，C三物质组成的体系能平衡共存的最大相数是。2．在石灰窑中，分解反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)已平衡，则该体系的组分数C=，相数P=，自由度数f=。3．CaCO3(s),CaO(s),BaCO3(s),BaO(s)和CO2(g)达到平衡时，此体系的相数是，组分数是，自由度数是。4．纯液体在其正常沸点下沸腾变为气体，下述各量中增加的量是，减少的量是，不变的量是。A．蒸气压B．摩尔气化热C．摩尔熵D．摩尔焓E．吉布斯自由能F．温度G．外压H．摩尔体积I．亥姆霍兹自由能5．已知水的平均气化热为40.67kJ·mol-1,若压力锅允许的最高温度为423K，此时压力锅内的压力为kPa.6．在一透明的真空容器中装入足够量的纯液体，若对其不断加热，可见到现象，若将容器不断冷却，又可见到现象。7．一个含有K+，Na+,NO3－,SO42－,四种离子的不饱和水溶液，其组分数为。8．已知温度T时，液体A的蒸气压为13330Pa，液体B的蒸气压为6665Pa，设A与B构成理想液体混合物，则当A在溶液中的摩尔分数0.5时，其在气相中的摩尔分数为。9．定温下水，苯甲酸，苯平衡体系中可以共存的最大相数为。10．二元液系相图中，共沸点的自由度数f=。选择题1．水煤气发生炉中共有C（s），H2O（g）,CO(g),CO2(g)及H2(g)五种物质，它们之间能发生下述反应：CO2（g）+C(s)=2CO(g)CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)H2O(g)+C(s)=H2(g)+CO(g)则此体系的组分数、自由度数为。A．5；3B．4；3C．3；3D．2；22．物质A与B可形成低共沸混合物E，已知纯A的沸点小于纯B的沸点，若将任意比例的A+B混合物在一个精馏塔中精馏，在塔顶的馏出物是。A．纯AB．纯BC．低共沸混合物D．都有可能3．Clapeyron-Clausius方程可适用于。A．I2（s）=I2（g）B．C（石墨）=C（金刚石）C．I2（g,T1,P1）=I2(g,T2,P2)D．I2(s)=I2(l)4．将一透明容器抽成真空，放入固体碘，当温度为50℃时，可见到明显的碘升华现象，有紫色气体出现，若维持温度不变，向容器中充入氧气使之压力达到100p时，将看到容器中。A．紫色变深B．紫色变浅C．颜色不变D．有液态碘出现5．在一定温度下，水在其饱和蒸气压下气化，下列各函数增量中为零。A．△UB．△HC．△SD．△G6．在一定外压下，多组分体系的沸点。A．有恒定值B．随组分而变化C．随浓度而变化D．随组分及浓度而变化7．压力升高时，单组分体系的沸点将。A．升高B．降低C．不变D．不一定8．进行水蒸汽蒸馏的必要条件是。A．两种液体互不相溶B．两种液体蒸气压都较大C．外压小于101kPad．两种液体的沸点相近9．液体A与液体B不相混溶，在一定温度T，当有B存在并且达到平衡时，液体A的蒸气压为。A.与体系中A的摩尔分数成比例B．等于T温度下纯A的蒸气压C.大于T温度下纯A的蒸气压D．与T温度下纯B的蒸气压之和等于体系的总压力。10．氢气和石墨粉在没有催化剂存在时，在一定温度和压力下不发生化学反应，体系的组分数是。A．2B．3C．4D．511．上述体系中，有催化剂存在时可生成n种碳氢化合物，平衡时组分数为。A．2B．4C．n+2D．n12．相律适用于。A．封闭体系B．敞开体系C．非平衡敞开体系D．已达平衡的多相敞开体系13．某物质在某溶剂中的溶解度。A．仅是温度的函数B．仅是压力的函数C．同是温度和压力的函数D．除了温度压力外，还是其他因素的函数14．在实验室的敞口容器中，装有单组分液体，如对其不断加热，则看到。A．沸腾现象B．三相共存现象C．临界现象D．升华现象15．相图与相律之间的关系是。A．相图由相律推导得出B．相图由实验结果绘制得出，不能违背相律C．相图决定相律D．相图由实验结果绘制得出，与相律无关16．下述说法中错误的是。A．通过相图可确定一定条件下体系由几相构成B．相图可表示出平衡时每一相的组成如何C．相图可表示达到相平衡所需时间长短D．通过杠杆规则可在相图上计算各相的相对含量17．三组分体系的最大自由度数及平衡共存的最大相数为。A．3；3B．3；4C．4；4D:4；518．NH4HS(s)的分解压力为1p时，反应NH4HS（s）=NH3（g）+H2S(g)的标准平衡常数是。A．1B．1/2C．1/4D．1/819．水的三相点附近其蒸发热为44.82kJ·mol-1,熔化热为5.99kJ·mol-1,则在三相点附近冰的升华热约为。A．38.83kJ·mol-1B．50.81kJ·mol-1C．–38.83kJ·mol-1D．–50.81kJ·mol-120．在相图上，当物系点处于点时，只存在一个相。A．恒沸点B．熔点C．临界点D．最低共熔点21．具有最低恒沸温度的某二组分体系，在其T-X相图的最低点有。A．f=0；xg=xlB．f=1；xg=xlC．f=0；xgxlD．f=1；xgx22．80℃时纯苯的蒸气压为0.991p,纯甲苯的蒸气压为0.382p,若有苯–甲苯气液平衡混合物在80℃时气相中苯的摩尔分数为y苯=0.30,则液相组成x苯接近于。A．0.85B．0.65C．0.35D．0.14判断题1.在一个给定的体系中，物种数可以因分析问题的角度不同而不同，但独立组分数是一个确定的数。2．自由度就是可以独立变化的变量。3．I2（s）=I2（g）平衡共存，因S=2，R=1，R/=0所以C=1。4．单组分体系的相图中两相平衡线都可以用克拉贝龙方程定量描述。5．在相图中总可以利用杠杆规则计算两相平衡时两相的相对的量。6．对于二元互溶液系，通过精馏方法总可以得到两个纯组分。7．部分互溶双液系总以相互共轭的两相平衡共存。8．恒沸物的组成不变。9．相图中的点都是代表体系状态的点。10．三组分体系最多同时存在4个相。11．完全互溶双液系T~x图中，溶液的沸点与纯组分的沸点的意义是一样的。12．据二元液系的p~x图，可以准确判断该体系的液相是否是理想液体混合物。13．二元液系中若A组分对拉乌尔定律产生正偏差，那么B组分必定对Raoult定律产生负偏差。14．A、B两液体完全不互溶，那么当有B存在时，A的蒸气压与体系中A的摩尔分数成正比。计算题1指出下列各体系的独立组分数,相数和自由度数各为若干?(1)NH4Cl(s)部分分解为NH3(g)和HCl(g)。(2)若在上述体系中额外再加入少量NH3(g）。(3)NH4HS(s)和任意量的NH3(g)和H2S(g)混合达到平衡。(4)C(s)与CO(g)，CO2(g),O2(g)在973K时达到平衡。2在制水煤气的过程中，五种物质：H2O(g)，C(s),CO(g),H2和CO2(g)相互建立如下三个平衡：H2O(g)+C(s)=H2(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)CO2(g)+C(s)=2CO(g)该体系的独立组分数为多少？3.已知Na2CO3(s)和H2O(l)可以组成的水合物Na2CO３·H2O(s),Na2CO3·7H2O(s)和Na2CO3·10H2O(s)（1）在101.325kPa与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的含水盐最多可有几种？（2）在293.15K时与水蒸气共存的含水盐最多可有几种？