第五章相平衡

1、淮阴师范学院物理化学课外习题第五章 相平衡一、选择题1. NH4HS (s) 和任意量的 NH3 (g) 及 H2S (g) 达平衡时有（代表相数） ： ( )(A) C = 2， = 2，f = 2 (B) C = 1， = 2，f = 1 (C) C = 2， = 3，f = 2 (D) C = 3， = 2，f = 32. FeCl3和 H2O 能形成 FeCl3·6H2O，2FeCl3·7H2O，2FeCl3·5H2O，FeCl3·2H2O四种水合物，则该体系的独立组分数 C 和在恒压下最多可能的平衡共存的相数分别为: ( )(A) C = 3，

2、 = 4 (B) C = 2， = 4 (C) C = 2， = 3 (D) C = 3， = 5 3. 硫酸与水可形成 H2SO4·H2 O (s)、H2SO4·2H2O (s)、H2SO4·4H2O (s)三种水合物，问在 101325 Pa 的压力下，能与硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少种 ? ( ) (A) 3 种 (B) 2 种 (C) 1 种 (D)不可能有硫酸水合物与之平衡共存4. 某体系存在 C (s)、H2O (g)、CO (g)、CO2 (g)、H2 (g) 五种物质，相互建立了下述三个平衡： H2O (g) + C (s) =

3、H2 (g) + CO (g); CO2 (g) + H2 (g) = H2O (g) + CO (g); CO2 (g) + C (s) = 2CO (g)。 则该体系的独立组分数 C 为: ( ) (A) C = 3 (B) C = 2 (C) C = 1 (D) C = 45. 298K 时，蔗糖水溶液与纯水达渗透平衡时，整个体系的组分数、相数、自由度数为 ( ) (A) C = 2， = 2，f = 1 (B) C = 2， = 2，f = 2(C) C = 2， = 1，f = 2 (D) C = 2， = 1，f = 36. 对恒沸混合物的描述，下列各种叙述中哪一种是不正确的？ (

4、 ) (A) 与化合物一样，具有确定的组成 (B) 不具有确定的组成 (C) 平衡时，气相和液相的组成相同 (D) 其沸点随外压的改变而改变 7. 二元恒沸混合物的组成 ( ) (A) 固定 (B) 随温度改变 (C) 随压力改变 (D) 无法判断8. 在 p下，用水蒸汽蒸镏法提纯某不溶于水的有机物时，体系的沸点: ( ) (A) 必低于 373.2K (B) 必高于 373.2K(C) 取决于水与有机物的相对数量 (D) 取决于有机物的分子量大小9. 水的三相点是： ( ) (A) 某一温度，超过此温度，液相就不能存在 (B) 通常发现在很靠近正常沸点的某一温度 (C) 液体的蒸气压等于25

5、 °C时的蒸气压三倍数值时的温度 (D) 固体、液体和气体可以平衡共存时的温度和压力 10. 当Clausius-Clapeyron方程应用于凝聚相转变为蒸气时，则： ( )(A) p 必随 T 之升高而降低 (B) p 必不随 T 而变 (C) p 必随 T 之升高而变大 (D) p 随 T 之升高可变大或减少11. 在0 °C到100 °C的温度范围内，液态水的蒸气压 p与 T 的关系为：lg(p/Pa)-2265/T+11.101，某高原地区的气压只有59995 Pa，则该地区水的沸点为 ( )(A) 358.2 K (B) 85.2 K (C) 358.2

6、 °C (D) 373 K12. 在373.15 K时，某有机液体A和B的蒸气压分别为 p 和 3p，A和B的某混合物为理想液体混合物，并在373.15 K、2p 时沸腾，那么A在平衡蒸气相中的摩尔分数是多少？ ( )(A) 1/3 (B) 1/4 (C) 1/2 (D) 3/413. 当用三角形坐标来表示三组分物系时，若某物系其组成在平行于底边BC的直线上变动时，则该物系的特点是： ( )(A) B的百分含量不变 (B) A的百分含量不变(C) C的百分含量不变 (D) B和C的百分含量之比不变14. 在通常情况下，对于二组分物系能平衡共存的最多相为： ( )(A) 1 (B) 2

7、 (C) 3 (D) 415. 哪一种相变过程可以利用来提纯化学药品？ ( )(A) 凝固 (B) 沸腾 (C) 升华 (D) A、B、C任一种16. 在相图上，当系统处于下列哪一点时只存在一个相？ ( )(A) 恒沸点 (B) 熔点 (C) 临界点 (D) 低共熔点17. 水的三相点附近，其气化焓和熔化焓分别为44.82 kJ·mol-1和5.99 4kJ·mol-1。则在三相点附近，冰的升华焓约为： ( )(A) 38.83 kJ·mol-1 (B) 50.81 kJ·mol-1 (C) -38.83 kJ·mol-1 (D) -50.81

8、 kJ·mol-118. 已知苯乙醇双液系统中，苯的沸点是353.3K，乙醇的沸点是351.6K，两者的共沸组成为：含乙醇47.5%(摩尔分数)，沸点为341.2 K。今有含乙醇77.5%的苯溶液，在达到气液平衡后，气相中含乙醇为y2，液相中含乙醇为x2。问下列结论何者正确？ ( )(A) y2 > x2 (B) y2 x2 (C) y2 < x2 (D) 不确定19. 已知A和B可构成固溶体，在A中，若加入B可使A的熔点提高，则B在此固溶体中的含量与B在液相中的含量的关系是： ( )(A) 大于 (B) 小于 (C) 等于 (D) 不确定20. 区别单相系统和多相系统的

9、主要根据是 ( )(A) 化学性质是否相同 (B) 物理性质是否相同(C) 物质组成是否相同 (D) 物理性质和化学性质是否都相同二、填空题1. 纯物质在临界点的自由度数等于 。2. 一定温度下，蔗糖水溶液与纯水达到渗透平衡时的自由度数等于 。3. 化工生产中经常用食盐水溶液作为冷冻循环液，从食盐在水中溶解度曲线可知，盐水体系有一定的低共熔点，因此在实际应用中，为了得到低温和不堵塞管道的效果，盐水浓度应采用 为宜。4. 完全互溶的二组分溶液，在 x = 0.6 处,平衡蒸气压有最高值，那么组成 x = 0.4的溶液在气液平衡时，x (g)、x (l)、x (总)的大小顺序为 。5. 一般有机物

10、可以用水蒸气蒸镏法提纯，当有机物的 和 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。6. 下列化学反应，同时共存并到达平衡(温度在 9001200 K 范围内): CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g); CO2 (g) + H2 (g) = CO (g) + H2O (g); H2O(g) + CO (g) + CaO (s) = CaCO3 (s) + H2 (g)。问该体系的自由度为 。7. 在80 °C下，将过量的NH4HCO3 (s)放入真空密闭容器中，发生下列分解反应：NH4HCO3 (s) = NH3(g) + CO2 (g) + H2O

11、 (g)。达平衡后，系统的C = ; = ; F = 。8. 由A(l)与B(l)形成的二组分液态完全互溶的气-液平衡系统中，在外压一定的条件下，向系统中加入B(l)后系统的沸点下降，则该组分在平衡气相中的组成 其在液相中的组成。9. 某物质液态蒸气压与温度的关系为ln(pl/Pa) = -3063/(T/K) + 24.38，固态的蒸气压与温度的关系为ln(ps/Pa) = -3754/(T/K) + 27.92，则该物质的三相点对应的温度 T = ，压力p = ，该物质液态的摩尔蒸发焓vapHm = 。10. 水蒸气通过灼热的C(石墨)发生下列反应：H2O (g) + C(石墨) = CO

12、 (g) + H2 (g)。次平衡系统的组分数C = ，相数 = ，自由度数F = 。这说明生成的CO (g)，H2 (g)在气相中的摩尔分数与 有关。三、简答题 1. 相点与物系点有什么区别? 2. 单组分系统的三相点与低共熔点有何异同点?3. 恒沸混合物是不是化合物?4. 在汞面上加了一层水能减少汞的蒸气压吗?5. 沸点和恒沸点有何不同?四、计算题 1. 已知两组分 A和B 体系的相图如下: (1) 在图右部画出 a，b，c 表示的三个体系由 t1温度冷却到 t2的步冷曲线； (2) 标出各相区的相态，水平线 EF，GH上体系的自由度； (3) 使体系 P降温，说明达到 M，N，Q，R 点

13、时体系的相态和相数。2. Au 和 Sb 分别在 1333 K 和 903 K 时熔化，并形成一种化合物 AuSb2，在 1073 K熔化时固液组成不一致。试画出符合上述数据的简单相图，并标出所有的相区名称。画出含 50% Au 之熔融物的步冷曲线。3. 苯(A)和二苯基甲醇(B)的熔点分别为 6 °C和65 °C。A和B可形成不稳定化合物 AB2，它在 30 °C时分解为B和 xB = 0.5的熔液。低共熔点为 1 °C, 低共点熔液组成 xB = 0.2。(1) 根据以上数据画出苯二苯基甲醇的 T-x 示意图。(2) 标出各区域的相态。4. 定压下

14、Tl、Hg 及其仅有的一个化合物 (Tl2Hg5) 的熔点分别为 303 °C、 -39 °C、15 °C。另外还已知组成为含 8 Tl 的溶液和含 41 Tl 的溶液的步冷曲线分别为下图：Hg、Tl 的固相互不相溶。(1) 画出上面体系的相图。(Tl、Hg 的相对原子质量分别为 204.4、200.6) (2) 若体系总量为 500 g，总组成为 10% Tl，温度为 20 °C，使之降温至 -70 °C 时，求达到平衡后各相的量。 5. A-B二组分液态部分互溶系统的液-固平衡相图如下图所示，指出各个相区的相平衡关系、各条线所代表的意义以及

15、三相线所代表的相平衡关系。 6. 某A-B二组分凝聚系统相图如下图所示。(1) 指出各相区的稳定相，三相线上的相平衡关系；(2) 绘出图中状态点为a, b, c的样品的步冷曲线，并注明各阶段的相变化。7. 根据下图回答问题：(1) 曲线OA, OB, OC分别代表什么意思？(2) 指出O点的含义。(3) 碳在常温、常压下的稳定状态是什么？(4) 在2000 K时，增加压力，使石墨转变为金刚石是一个放热反应，试从相图判断两者的摩尔体积哪个大？(5) 试从相图上估计，在2000 K时，将石墨转变为金刚石至少要加多大压力？8. 在273 K和293 K时，固体苯的蒸气压分别为3.27 kPa 和12

16、.30 kPa, 液体苯在293 K时的蒸气压为10.02 kPa，液体苯的摩尔蒸发焓为34.17 kJ/mol。试求：(1) 303 K时液体苯的蒸气压；(2) 固体苯的摩尔升华焓；(3) 固体苯的摩尔熔化焓。9. 有下列化学反应存在：N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g); NH4HS (s) = NH3 (g) + H2S (g); NH4Cl (s) = NH3 (g) + HCl (g)。在一定温度下，一开始向反应器中放入NH4HS和NH4Cl两种固体以及物质的量之比为3:1的氢气及氮气。问达到平衡时，组分数为多少？自由度为多少？10. 常见的Na2CO3 (s)水合

17、物有Na2CO3·H2O (s)，Na2CO3·7H2O (s)和Na2CO3·10H2O (s)。(1) 101.325 kPa下，与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的混合物最多能有几种？(2) 20 °C 时，与水蒸气平衡共存的混合物最多可能有几种？参考答案一、选择题题号12345678910答案ACCABACADC题号11121314151617181920答案ABBDDCBCAD二、填空题10 (f = C + 0 - = 1 + 0 - 1 = 0)22 (f = C + 2 - = 2 + 2 - 2 = 2)3当温度略高于低共熔温度时所对应的

18、组成4x (g) > x (总) > x (l)5饱和蒸气压 和 摩尔质量6. 3 (S = 6 , R = 2 , C = 6 - 2 = 4 f = 4 - 3 + 2 = 3)7. 1；2；0 (C = 4 1 2 = 1; P = 2; F = 1 2 + 1 = 0)8. 大于9. 195.2 K；5.93 kPa；25.47 kJ·mol-110. 2；2；2；温度、压力三、简答题 1. 答：相点是相图中表示某平衡相组成的点。从相点位置可看出该相的状态、组成、温度、压力等。相点位置可随压力、温度的改变而改变。在单组分系统的相图上，所有点全部是相点。 物系点是在

19、多组分系统的相图上表示系统总组成的点，在单相区，物系点可与相点重合，而在两相区内只有物系点。该物系所对应的两个相组成由两个相点表示。在T-x图上，物系点可沿着与温度坐标平行的直线上下移动；在水盐系统图上，随着水的含量不同，物系点可沿着与组成坐标平行的直线左右移动。 2. 答：共同点：都是三相共存。不同点：单组分系统的三相点是气-液-固三相共存，这时的自由度为零，它的压力、温度由系统自身性质决定，不受外界因素影响。而二组分系统的低共熔点如T-x图上的E点，是固体A、固体B和组成为E的液体三相共存。这时的自由度为1，在等压的条件下自由度为零。E点的组成由A和B的性质决定，但E点的温度受压力影响，外

20、压改变，E点的温度和组成也会随之而改变。3. 答：不是。它是完全互溶的两个组分的混合物。在外压固定时，它有一定的沸点，这时气相组成和液相组成完全相同。但是，当外压改变时，恒沸混合物的沸点和组成也随之而改变。4. 答：不能。因为水和汞是不互溶的液体，两者共存时，各组分的蒸气压与单独存在时一样。汞的蒸气压并没有因为水层的覆盖而下降，液面上的总压力等于水和汞的蒸气压之和。如果要蒸馏汞的话，加了水可以使混合物的沸点降低，这就是水蒸气蒸馏的原理。5. 答：沸点是对纯液体而言的。在大气压力下，纯物质的液-气两相达到平衡时，气相压力等于大气压力时的温度称为沸点。恒沸点是对完全互溶的二组分系统而言的。定压下，

21、二组分系统的气相和液相组成完全相同时的温度，称为该溶液的恒沸点。用简单蒸馏的方法不能把二组分完全分开。在恒沸点时自由度为1。外压改变，恒沸点也改变。当压力固定时，条件自由度为零，恒沸温度有定值。四、计算题1. (1) 如图所示: (2) l (溶液相) l + D(s) l + B(s) l + A(s) A(s) + D(s) D(s) + B(s)； EF，GH上体系的自由度都是零 。 (3) 体系达到 M 是 l + A(s) 二相；达到 N 是 l + A(s) 二相；达到 Q 是三相 A(s) + D(s) + l三相；达到 R 是 A(s) + D(s) 二相。 2. 绘图如下：

22、绘图 , 相区名称 , 步冷曲线 3. (1) 图如下。 (2) 各个区的相态在图中标出。4. (1) 相图绘制如下： (2) 设 -70 °C时，Hg(s) 的质量为 x，则固体化合物的质量为 (500 g - x). 根据杠杆规则：x(0.1 - 0) = (500 g - x)(0.2893 - 0.1) x = 327.3 g 5. 解：单相区：1: A和B的混合溶液l; 两相区：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: IJK：6. 解：各相区的稳定相标注在下图中；三相线的平衡