物化-相平衡总复习题库

一、基本概念：1、相、相数φ、相态、形态、状态2、相平衡条件3、物种（质）数n独立化学反应数R浓度限制条件R’组分数（独立物种数）K=n-R-R’4、自由度—相态不变时，系统中独立改变的变量5、自由度数f总复习第六章相平衡2二、问答题：1、问什么要引入组分数的概念？答：以水为例。水中可有1和3个物种，但若引入组分数则都为1，便于交流。2、知道自由度数f的意义是什么？答：f已知→则知道了系统用几个变量（性质）描述，为了解系统规律打下基础。3、为什么单组分均相封闭系统可用两个变量描述？答：f＝1－1＋2＝24、纯液体的沸点Tb*有定值，而溶液的Tb无定值。答：纯A：f＝1－2＋1＝0，T不可变（P=1atm)；A＋B溶液：f＝2－2＋1＝1，T可变。•制定科研方案:系统受几个变量约束。3•5、、写出克拉贝龙方程的微分式，指出方程的物理意义并指出该方程可用于那几个系统当中。•答：微分式•可用在单组份两相平衡系统当中。subfusvapxVTHdtdpmxmx,,46、分别写出克劳修斯-克拉贝龙方程应用到g-l、g-s、g-l平衡系统时的微分式和积分式、说明各方程的物理意义及各项的物理意义。•答：例如：g-l平衡系统：dpdTglHmTglVm=glVm≈Vm(g)≈RTp2mgld}ln{dRTHTp5•方程的物理意义：系统的蒸气压与T的关系•试定性说明压力如何影响纯液体的蒸汽压？•什么是超临界流体？它的特点是什么？它的应用有哪些？•什么是介晶态？它的特点是什么？举例说明它的应用。61单组份系统的两相平衡Clausius-Clapeyron方程2、双组份理想溶液气液相平衡液相用拉乌尔定律计算：泡点方程（T与xA关系）***BABAPPPPx三、基本公式7*****BABAAAAAPPPPPPPxPPPy气相用道尔顿分压定律计算：----露点方程（T与yA的关系）p*来源（1）实验-查手册p*=f(t)(2)经验式C—安托尼常数BBBBPyPPPyCLnp*tBA8例题：水（A)与氯苯（B)互溶度极小，对氯苯进行蒸气蒸馏。在101.3kPa的空气中，系统的共沸点为365K，这时氯苯的蒸气分压为29KPa.试求：（1）气相中氯苯的含量；（2）欲蒸出1000kg纯氯苯，需消耗多少水蒸气？氯苯的摩尔质量为112.5g/mol.9解：(1)BBBBPyPPPy2863.03.10129ppyBBBBAABABABAMmMmnnPyPyPP//5.112/100002.18/29293.101Am10•作业：在273K和293K时，固体苯的蒸汽压分别为3.27kPa和12.30kPa,液体苯在293K时的蒸气压为10.02kPa,液体苯的摩尔蒸发焓为34.17kJ/mol.试求：(1)303K时液体苯的蒸汽压；•（2）固体苯的摩尔升华焓。113、两组分理想溶液气液相平衡系统杠杆规则某物系O，g-l平衡n(g)n(l)baaboyBxBXBoaob)g()l(nn12在标准大气压下，水（A)和苯酚(B)二元液相系统在341.7K以下都是部分互溶。水层（1）和苯酚层（2）中，含苯酚的质量分数wB与温度关系如下表所示：T/K276297306312319323329333334335338wB16.97.88.07.89.711.512.013.614.015.118.5WB275.571.169.066.564.562.060.057.655.454.050.013(1)画出水和苯酚二元液相系统的T-w图；（2）由图指出最高会溶温度和该温度下苯酚的含量；（3）在300K下，将水和苯酚按1:0kg混合，达平衡后，计算此时水和苯酚共轭层中各含苯酚的质量分数及共轭水层和苯酚层的质量。14基本要求：各相图线、面和特殊点代表的意义。三、关于二元相图的总结七张基本相图①⑤②③④⑦⑥15例如：能识别相图，会画步冷曲线•SiO2-Al2O3两组分系统在耐火材料工业有重要意义。下图是系统在高温区的相图。莫来石的组成为：2Al2O3·3SiO2，在高温下SiO2有白硅石和磷石英两种变体，AB线是两种变体的转晶线，AB线上是白硅石，之下是磷石英。•（1）指出各区分别由哪些相组成；•（2）三条水平线各代表哪些相平衡共存；•（3)分别画出从x,y,z点将融化物的步冷曲线。1617•解：（1）各相区的相态如下：•GJEH线以上：熔液单相区l•GCJ---S白硅石+l•EHF---SAl2O3+l•JEID---S莫莱石+l•CDBA---S白硅石+S莫莱石•ABMK—S鳞石英+S莫莱石•IFNM---S莫莱石+•SAl2O318•(2)三条水平线---三相线•EF---I(E)+S莫莱石+SAl2O3•CD---I(J)+S白硅石+S莫莱石•AB---S白硅石+S鳞石英+S莫莱石1920第七章表面现象与分散系统一、表面现象1、表面现象产生的原因?（表面分子的特殊性）表面层中物质的分子与系统内部分子存在不对称力场。如：(1)水滴、汞滴自动呈球形；（2）固体表面自动吸附其它物质；（3）微小颗粒易熔、易溶和易蒸发。2、表面吉布斯自由能定义。定义：恒温、恒压、定组成下可逆地增加单位表面积引起系统自由能的增加。213、表面张力的定义和物理意义、表面张力和比表面能的关系、影响表面张力的因素有哪些？二、润湿和铺展4、润湿：液体黏附在固体表面的现象。铺展：液体在固体表面完全展开的现象。5、接触角和润湿的关系。（润湿的判据）22•Young方程及应用•cosΘ＜0,Θ＞90,不润湿•Θ90，润湿•Θ=0，完全润湿•Θ=180完全不润湿。•铺展：•6、润湿和铺展的用途•（1）雨具：布对水润湿Θ90，经表面活性剂处理，使Θ＞90,对水不润湿；•（2）喷农药：加入铺展剂，润湿或铺展叶表面。iglsgscos23三、弯曲液面的附加压力和蒸汽压rPs2弯曲表面上的附加压力的大小-Young-Laplace方程弯曲表面的蒸汽压-Kelvin方程ρ、M、σ—分别代表液体的密度、摩尔质量和表面张力，r-液滴的半径。凸面r为正，r越小，Pv越大；凹面r为负，r越小，Pv越小。rRTMppLnmvv12024四、亚稳态和新相的生成弯曲液面产生的原因？答：周界线上的表面张力不为零。固体颗粒的粒度对溶解度、熔点的影响。亚稳状态：在热力学上不稳定，在动力学上却能暂时稳定的状态。过饱和蒸气、过热液体、过饱和溶液、过冷液体存在的原因？25五、固体表面的吸附1、定义2、吸附的本质（或固体如何降低自己的表面能）答：固体不具流动性，不能象液体减少表面积，降低系统的表面能。固体表面的剩余力场吸附气体分子降低表面能。3、吸附的种类？物理吸附和化学吸附的特征是什么？262/0mmolAnnnBBB0Bn0An0An吸附平衡时：表面：,体相：中溶剂所含溶质定义：同样溶剂在体相和表面溶解的溶质的差异(表面吸附现象产生）（1）意义：1m(2）表面溶质比同量溶剂在体相里所溶溶质的超出量。表面超量，表面过剩。г：反映吸附性质的强弱。г＞0正吸附，越大正吸附越强，表面浓度比体相越高---------表面活性剂г＜0负吸附/Bn0An274、兰格缪尔单分子吸附等温式（1）单分子层吸附理论：（2）吸附等温式：六：溶液表面吸附（1）定义：（2）吉布斯吸附公式七、表面活性剂及应用（1）定义：（2）基本性质。28典型题1、373K，水表面张力0.0589N/m，密度958.4kg/m3,问直径为10（-7）m的气包内（即球形凹面上），在373K时水蒸气的压力是多少？在101.35kPa的外压下，能否从373K的水中蒸发出直径10（-7）m的蒸汽泡？（答案：99.89kPa，不能）2、在473K时，测氧在某催化剂上的吸附作用，当平衡压力为101.325kPa和1013.25kPa时，计算当氧的吸附量为饱和值一半时，平衡压力是多少？（答案：83.1kPa）29第8章化学动力学基础一、化学反应速率1、定义：2、数学表达式：dtdnvdtdBB1dtdCvdtdnVvVrBBBB11dtdChdtdCgdtdCbdtdCarhHgGbBaAHGBA111130（1）物理法：测与某种物质浓度呈单值关系的一些物理量随时间的变化。（如：压力、体积、密度等）4、化学反应速率方程（1）基本概念：反应机理、基元反应、简单反应、复杂反应、反应分子数、反应级数。5、化学反应速率方程的微分式和积分式（动力学方程）：零级反应、一级反应和二级反应。tCB31反应级数的测定Determinationofreactionorders1、微分法、积分法和半衰期法2、温度对反应速率的影响3、典型复杂反应动力学：特点、应用4、复杂反应的近似处理方法：稳态假设掌握：由机理推速率方平衡假设32碰撞理论和过渡状态理论的要点、成功和不足之处？催化剂的定义、特点、活性和中毒。溶剂对反应速率的影响。33祝同学们身体健康！学习进步！谢谢大家！3435若只有A被吸附，则：p(g)(g))(catBgA3637三、催化作用和吸附的关系吸附是表面化学的第一步，所以它将影响其后的步骤，从而影响整个化学反应。催化对吸附的要求：（1）吸附速率；（2）吸附强度—吸附热表达吸附的牢固程度。好的催化剂表面对反应物分子吸附强度适中即吸附热要适中388-11溶剂对反应速率的影响•溶液反应机理比气相反应复杂•反应物分子相互作用----气相反应•溶质和溶剂分子相互作用39溶剂对反应物分子的作用很多：不是简单的物质传递和能量传递•例如：NaOH有极性：倒入水中H2O极性•使NaOH电离，OHNaNaOH40•如：溶液反应：离子反应居多•离子反应：受溶剂介电性质影响εε—影响分子间作用力→v变化离子强度离子间反应速度快41动力学研究溶剂对反应影响的方法：（1）将溶剂反应与气相反应比较；（2）将不同溶剂中反应比较。溶剂效应分类：物理效应42•溶剂影响k：主要影响E溶剂与反应物分子无特殊作用：改变分子传能、传质溶剂与反应物分子有特殊作用：溶剂化、介电性质、离子强度使分子电离溶剂改变反应实际是改变了K—E不同43一、溶剂对反应物分子无特殊作用：k基本不变•例如：298K反应实验数据2252212NONOON溶剂k×10(5)sLgAEkJ/mol气相3.3813.6103.3CCl44.0913.8106.7氯仿3.7213.6101.3硝基甲烷3.1313.5102.544二、溶剂与反应物分子有特殊作用：原因复杂NIHCIHCNHC44252352溶剂k×10(5)dm3/molLgAEkJ/mol乙烷0.54.066.9甲苯25.34.054.4苯39.83.347.745溶剂不同，速率相差很大。溶剂对k的影响1、溶剂极性的影响产物极性＞反应物→溶剂极性↑→k↑产物极性＜反应物→溶剂极性↑→k↓2、溶剂化影响过渡状态溶剂化程度＞反应物→溶剂使E↓，k↑E↑→k463、溶剂介电常数对离子反应的影响BAZZZZRTaLekkLnPBABA2047BATZZRTaLekkLn220kkk48•4、离子强度的影响I（盐效应）•稀溶液中的离子反应：PBABAZZIZCZkkLnBA0kIkI