相平衡齐齐哈尔大学物理化学考试参考

50天津大学第四版习题解答第六章相平衡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)MgCO3(s)与其分解产物MgO(s)和CO2(g)成平衡；(3)NH4Cl(s)放入一抽空的容器中，与其分解产物NH3(g)和HCl(g)成平衡；(4)取任意量的NH3(g)和H2S(g)与NH4HS(g)成平衡；(5)过量的NH4HCO3(s)与其分解产物NH3(g)，H2O(g)和CO2(g)成平衡；(6)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=2，21FCP；（2）C=2，P=3，21FCP；（3）C=1，P=2，21FCP；（4）C=2，P=2，22FCP；（5）C=1，P=2，21FCP；（6）C=3，P=2，12FCP。6.2常见的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能有几种？（2）20℃时，与水蒸气平衡共存的水合物最多能可能有几种？解：S=5，R=3，R'=0，C=SRR'=2，F=CP+1=3P，Fmix=0，Pmax=3；（1）已有两相（水溶液、冰），只能有一种水合物与其共存；（2）已有一相（水蒸气），有二种水合物与其共存。6.11A-B二组分液态部分互溶系统的液-固平衡相图如附图所示，试指出各个项区的平衡关系，各条线所代表的意义，以及三相线所代表的平衡关系。解：单相区：1：A和B的混合溶液l；二相区：2：l1+l2；3：l2+B(s)；4：l1+A(s)；5：l1+B(s)；6：A(s)+B(s)各条线代表的意义：LJ：A的凝固点降低曲线；JM：B的凝固点降低曲线；NV：B的凝固点降低曲线；MUN：液液相互溶解度曲线。三相线：MNO：l1+B(s)l2；IJK：A(s)+B(s)l16.13低温时固态部分互溶、高温时固态完全互溶且具有最低熔点的A-B二组分凝聚系统相图。指出各相区的稳定相及各条线所代表的意义。解：1区为液态溶液，单相区；2区为固溶体，单相区；3区为液态溶液与固溶体两相平衡区；4区为液态溶液与固溶体两相平衡区；5区为固溶体与固溶体两相平衡区。最上面边的一条曲线是液相组成线，也是A、B相互溶解度随温度变化曲线；中间的acb线是固溶体组成线，表示不同温度下与液固相开始析出液相消失固相开始析出abABwB题6.14附图t1234cde5fABLMNOUVIJK12345650天津大学第四版习题解答↑→时间温度↘↗↗固溶体析出液相消失图状态点为a,b，c样品的冷却曲线ab固溶体析出↘固溶体析出↗液相消失↗固溶体析出↗液相消失固溶体析出c相平衡时固溶体的组成；下面的def线是A(s)与B(s)的相互溶解度曲线，表示不同温度下固溶体与固溶体两相平衡时固溶体与固溶体的组成。6.14某二组分凝聚系统相图如附图所示。（1）指出图中各相区的稳定相；（2）绘出图中状态点为a的样品的冷却曲线，并指明冷却过程相变化情况。解：如图：ABwBtp一定all+l+l+l+a液相降温液相消失固相降温开始析出冷却曲线6.16某A-B二组分凝聚系统相图如附图所示。（1）指出各相区稳定存在时的相，三相线上的相平衡关系；（2）绘出图中状态点为a，b，c的样品的冷却曲线，并注明各阶段时的相变化。解：（1）各相区相态如下表所示。相区相态相区相态12345溶液l固溶体固溶体固溶体溶液l+固溶体6789溶液l+固溶体溶液l+固溶体固溶体+固溶体固溶体+固溶体（2）水平线def为溶液l、固溶体、固溶体三相平衡，自由度数为0。在此线上有下述平衡存在:l(组成为aw)+(s,组成为fw)(s,组成为ew)水平线ghk为溶液l、固溶体、固溶体三相平衡，自由度数为0。在此线上有下述平衡存在:l(组成为hw)(s,组成为gw)+(s,组成为kw)（3）状态点为a，b，c三个样品的冷却曲线如下图所示。50天津大学第四版习题解答ABwB题6.17附图t1234def6758abc6.17某A-B二组分凝聚系统相图如附图。指出各相区的稳定相，三相线上的相平衡关系。解：各相区相态如下表所示。相区相态相区相态1234溶液l固溶体固溶体溶液l1+固溶体5678溶液l1+溶液l2溶液l2+固溶体溶液l2+固溶体固溶体+固溶体水平线abc为溶液l1、溶液l2、固溶体三相平衡，自由度数为0。在此线上有下述平衡存在:l1(组成为bw)+(s,组成为aw)l2(s,组成为cw)水平线def为溶液l2、固溶体、固溶体三相平衡，自由度数为0。在此线上有下述平衡存在:l2(组成为ew)(s,组成为dw)+(s,组成为fw)6.18利用下列数据，粗略地描绘出Mg-Cu二组分凝聚系统相图，并标出各区的稳定相。Mg与Cu的熔点分别为648℃，1085℃。两者可形成两种稳定化合物，Mg2Cu，Mg2Cu2，其熔点依次为580℃、800℃。两种金属与两种化合物四者之间形成三种低共熔混合物。低共熔混合物的组成(Cu)w及低共熔点对应为：35%，380℃；66%，560℃；90.6%，680℃。解：相对原子质量Ar(Cu)=63.546，Ar(Mg)=24.305。Mg2Cu的组成63.546(Cu)56.7%63.54624.3052wMgCu2的组成63.5462(Cu)83.9%63.546224.305w根据题设数据绘制相图如下图所示。各相区相态如下表所示。相区相态相区相态12345溶液l溶液l+Mg(s)溶液l+Mg2Cu(s)Mg(s)+Mg2Cu(s)溶液l+Mg2Cu(s)678910溶液l+MgCu2(s)Mg2Cu(s)+MgCu2(s)溶液l+MgCu2(s)溶液l+Cu(s)MgCu2(s)+Cu(s)MgCuw(Cu)/(%)→图Mg-Cu二组分凝聚系统相图t/℃12346758Mg2Cu91002040608010020040060080010001200MgCu2↓↓50天津大学第四版习题解答6.19某生成不稳定化合物系统液-固平衡相图如附图所示，绘出图中状态点为a，b，c，d，e，的样品的冷却曲线。解：由任一状态点冷却，在单相区时冷却速度是均匀的，当与液相线相交时，固态物质开始析出，由相变热放出，故冷却速度变慢，步冷曲线斜率改变，曲线出现折点。当温度到达三相线温度时，系统三相平衡，自由度f=0，温度保持不变，冷却曲线出现平台，直至有一个相消失后，温度才可继续下降。状态点为a，b，c，d，e，f，g的样品的冷却曲线如下图所示。6.20SiO2-Al2O3系统高温区间的相图示意图如图所示。高温下，SiO2有白硅石和鳞石英两种晶型，AB是其转晶线，AB线之上为白硅石，之下为鳞石英。化合物M组成为3SiO2•Al2O3。（1）指出各相区的稳定相及三相线的相平衡关系；（2）绘出图中状态点为a，b，c的样品的冷却曲线。解：abcABSiO2Al2O3Mtw(Al2O3)1234567题6.20附图a冷却曲线cb各相区的稳定相：1：l；2：l+SiO2；3：l+M；4：SiO(白硅石)+M；5：SiO(鳞石英)+M；6：l+Al2O3；7：M+Al2O3。50天津大学第四版习题解答题6.22附图ABwBtab1234cf6758deC2C1ghk910三相线上的相平衡关系：左：SiO+Ml；右：l+Al2O3M6.21某A-B二元凝聚系统相图如附图所示。其中C为不稳定化合物。（1）标出图中各相区的稳定相和自由度；（2）指出图中的三相线及相平衡关系；（3）绘出图中状态点为a，b的样品的冷却曲线，注明冷却过程相变化过程；（4）将5kg处于b点的样品冷却至t1，系统中液态物质与析出固态物质的质量各为多少？解：（1）各相区的相态如下表所示。相区相态自由度相区相态自由度1234溶液α(s)β(s)溶液+α(s)22215678溶液+C(s)溶液+β(s)α(s)+C(s)β(s)+C(s)1111（2）三相线cde上的相平衡：α(s)+C(s)l三相线fgh上的三相平衡：l+β(s)C(s)（3）冷却曲线如右图：（4）b点的样品冷却至t1，l，β(s)两相平衡共存，由图读出两相的组成：wB(l)=0.6，wB(s)=0.9，而系统点组成为wB(b)=0.7。于是l0.90.72s0.70.6mm，m(l)+m(s)=5kgm(l)=3.33kg，m(s)=1.67kg6.22某A-B二组分凝聚系统相图如图所示。标出各相区的稳定相、指出三相线的相平衡关系。解：各相区的相态如下表所示。相区相态相区相态12345溶液α(s)溶液+α(s)溶液+C1(s)溶液+C1(s)678910溶液+C2(s)溶液+B(s)α(s)+C1(s)C1(s)+C2(s)B(s)+C2(s)三相线abc上的三相平衡：溶液(组成为wb)固溶体α(s)+化合物C1(s)三相线def上的三相平衡：溶液(组成为we)化合物C1(s)+不稳定化合物C2(s)三相线ghk上的三相平衡：溶液(组成为wg)+B(s)不稳定化合物C2(s)a液相消失冷却曲线析出析出C(s)b液相消失析出C(s)析出50天津大学第四版习题解答6.23某A-B二组分凝聚系统相图如图所示。标出各相区的稳定相、指出三相线的相平衡关系。解：各相区的稳定相：1：l；2：l+A；3：A+C；4：l+C；5：C+；6：l+；7：l+；8：；9：；10：+三相线上的相平衡关系：ab：A+lCcd：C+lef：l+6.25A-B二组分凝聚系统相图如图所示。（1）标出各相区的稳定相；指出各三相平衡线的相平衡关系；（2）指出图中的化合物C，D是稳定化合物还是不稳定化合物；（3））绘出图中状态点为a，b的样品的冷却曲线，并指明冷却过程相变化情况。解：（1）各相区的稳定相：1：l；2：；3：l+；4：l1+l2；5：l+C；6：+C；7：；8：+l；9：+D；10：l+D；11：B+D；12：l+B三相线上的相平衡关系：cd：C+lef：l1+Cl2gh：+lDmn：D+Bl（2）C是稳定化合物，D是不稳定化合物；（3）冷却曲线如图abcdef题6.25附图t12345678910ABCD1112ghmn冷却曲线a液相降温l2消失固相降温不断析出C(s)开始析出C(s)开始析出液相消失产生第二个液相液相降温b液相降温固相降温不断析出D(s)开始析出D(s)液相消失开始析出B(s)题6.23附图ABt12345678910Cabcdef