物理化学习题答案(二)-相平衡

1、物理化学习题答案二一 . 选择题1. 当克劳修斯 _克拉贝龙方程应用于凝聚相转变为蒸气时，那么：( C )(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-12. 水的三相点，其蒸发热和熔化热分别为44.82和5.994kJ mol。那么在三相点冰的升华热约为：(B )(A) 38.83 kJ?mol-1(B) 50.81 kJ?mol-1(C) -38.83 kJ?mol-1(D) -50.81 kJ?mol-13. ，两者的共沸组成为：含乙醇47.5%(摩尔分数 )，沸点为 341.2K。 今有含乙醇 7

2、7.5%的苯溶液，在到达气、液平衡后，气相中含乙醇为丫2,液相中含乙醇为X2。问：以下结论何者正确？(C )(A) y2> X2(B) y2= X2(C) y2< X2(D) 不能确定4. 如上题， 假设将上述溶液精馏， 那么能得到：(D )(A) 纯苯(B) 纯乙醇(C) 纯苯和恒沸混合物 (D) 纯乙醇和恒沸混合物5. 绝热条件下， 273.15K 的 NaCl 参加 273.15K 的碎冰中， 体系的温度将如何变化 ?B (A) 不变(B) 降低(C) 升高(D) 不能确定6. 体系中含有 H2O、H2SO4?4H2O、H2SO4?2H2O、H2SO4?H2O、H2SO4，其

3、组分数 C 为：(B )(A) 1(B) 2(C) 3(D) 47. 在410 K，Ag2O(s)局部分解成 Ag(s)和O2(g)，此平衡体系的自由度为：(A )(A) 0(B) 1(C) 2(D) 38. 在通常情况下，对于二组分物系能平衡共存的最多相为：(D )(A) 1(B) 2(C) 3(D) 49. CaCO3(s)、CaO(s)、BaCO3(s)、BaO(s)及 CO2(g)构成的平衡物系，其组分数为：(B )(A) 2(B) 3(C) 4(D) 510. 由 CaCO3(s)、CaO(s)、BaCO3(s)、BaO(s)及 CO2(s)构成的平衡体系其自由度为：(C)(A) f

4、 =2(B) f = 1(C) f = 0(D) f = 311. N2的临界温度是124K，室温下想要液化N2,就必须：(D)(A) 在恒温下增加压力(B) 在恒温下降低压力(C) 在恒压下升高温度(D) 在恒压下降低温度12. 对于与本身的蒸气处于平衡状态的液体，通过以下哪种作图法可获得一直线：(C)(A) p 对 T(B) lg(p/Pa)对 T(C) lg(p/Pa)对 1/T(D) 1/p 对 lg(T/K)13. 在相图上， 当体系处于以下哪一点时存在二个相：(A)(A) 恒沸点(B) 三相点(C) 临界点(D) 最低共熔点14. 在相图上， 当体系处于以下哪一点时存在一个相：(C

5、)(A)恒沸点(B)熔点(C)临界点(D)最低共熔点15. 将非挥发性溶质溶于溶剂中形成稀溶液时，将引起(A)(A) 沸点升高(B) 熔点升高(C) 蒸气压升高(D) 都不对16. 稀溶液的依数性包括蒸汽压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压,下面的陈述其中正确的选项是(C)(A)只有溶质不挥发的稀溶液才有这些依数性(B)所有依数性都与溶剂的性质无关(C)所有依数性都与溶液中溶质的浓度成正比(D)所有依数性都与溶质的性质有关17. 两只各装有1kg水的烧杯，一只溶，按同样速度降温，那么：(A(A)溶有蔗糖的杯子先结冰(B)两杯同时结冰(C)溶有NaCI的杯子先结冰(D)视外压而定18. 以下气体

6、溶于水溶剂中，哪个气体不能用亨利定律 C 。(A)N2(B)0 2(C)NO 2(D)CO19. 硫可以有单斜硫，斜方硫，液态硫和气态硫四种存在状态。硫的这四种状态(B)稳定共存。(A)能够(B)不能够(C)不一定20. 在NaCI饱和水溶液中，固体 NaCI的化学势与溶液中 NaCI的化学势相比，大小关系如何？( C )(A)固体NaCI的大(B)固体NaCI的小(C) 相等(D)不能比拟21. 固体六氟化铀的蒸气压 p与T的关系式为lg(p/Pa) = 10.65 - 2560/(T/K)，那么其平均升华热为：(B )(A) 2.128 kJ?mol-1(B) 49.02 kJ?mol-1

7、(C) 9.242 kJ?mol-1(D) 10.33 kJ?mol-122. 在0C到100C,某高原地区的气压只有59995Pa,那么该地区水的沸点为：(A )(C) C(D) 373K23. 一个水溶液包含n个溶质，该溶液通过一半透膜与纯水相平衡，半透膜仅允许溶剂水分子通过，此体系的自由度为：D(A) n(B) n 1(C) n+ 1(D) n + 224. 某一固体在25 C和p压力下升华，这意味着：(B)gg(A)固体比液体密度大些(B)三相点的压力大于 p (C)固体比液体密度小些(D)三相点的压力小于 p25. 碘的三相点处在 115C和12kPa上，这意味着液态碘： (D )(

8、A)比固态碘密度大(B)在115C以上不能存在(C)在p A压力下不能存在(D)不能有低于12kPa的蒸气压26.二元恒沸混合物的组成C(A固定(B)随温度而变(C)随压力而变(D)无法判断27.正常沸点时，液体蒸发为气体的过程中(A) S=0(B) G=0(C) H=0(D) U=0适用于二组分系统的任何相区适用于三组分系统的两个平衡相28. 用相律和Clapeyron方程分析常压下水的相图所得出的下述结论中不正确的选项是D(A) 在每条曲线上，自由度 f=1(C)在水的凝固点曲线上，Hm(相变)和厶Vm的正负号相反(B) 在每个单相区，自由度 f=2(D)在水的沸点曲线上任一点，压力随温度

9、的变化率都小于零29. 关于杠杆规那么的适用对象，下面的说法中不正确的选项是B(A)不适用于单组分系统(B)(C) 适用于二组分系统的两个平衡相(D)30. 右图中，从P点开始的步冷曲线为：D 上图中，区域 H 的相态是： C (A)溶液(B)固体CCb (C)固体CCI4 +溶液(D)固体化合物+溶液31. 两液体的饱和蒸汽压分别为p*A, p*B，它们混合形成理想溶液，液相组成为x,气相组成为y，假设p*A>p* B ，那么： A (A) yA > xA(B) y A > yB(C) xA > yA(D) yB > yA32. 关于亨利系数,以下说法中正确的选

10、项是：(D )(A) 其值与温度、浓度和压力有关(B) 其值与温度、溶质性质和浓度有关(C) 其值与温度、溶剂性质和浓度有关(D) 其值与温度、溶质和溶剂性质及浓度的标度有关33. 373K时液体A的饱和蒸气压为 133.24kPa，液体B的饱和蒸气压为 66.62kPa。设A和B形成理想 溶液，当溶液中 A的物质的量分数为0.5时，在气相中A的物质的分数为：(B )(A) 1(B) 2/3(C) 1/2(D) 1/334. 下述说法哪一个正确？ 某物质在临界点的性质 (D )(A) 与外界温度有关 (B) 与外界压力有关 (C) 与外界物质有关 (D) 是该物质本身的特性35. 10-5mT

11、 mol-1 10-5mT mol-1,那么混合物的总体积为：(C )(A) 10-5m3(B) 10-5m3(C) 10-4m3(D) 10-5m336. 现有 4种处于相同温度和压力下的理想溶液：(1) 0.1mol 蔗糖溶于80mL水中，水蒸气压力为 p0.1mol 萘溶于80mL苯中，苯蒸气压为 p20.1mol 葡萄糖溶于40mL水中，水蒸气压为 p30.1mol 尿素溶于80mL水中，水蒸气压为 p4 这四个蒸气压之间的关系为： ( B)(A) p1 p2p3 p4(B)p2 p1 p4 p3(C)p1 p2p4 (1/2) p3(D) p1 p4 2p3 p237. 沸点升高,说

12、明在溶剂中参加非挥发性溶质后,该溶剂的化学势比纯剂的化学势：(B )(A) 升高(B)降低(C)相等(D) 不确定38. 液体B比液体A易于挥发，在一定温度下向纯A液体中参加少量纯 B液体形成稀溶液，以下几种说法中正确的选项是： (C )(A) 该溶液的饱和蒸气压必高于同温度下纯液体A的饱和蒸气压。(B) 该液体的沸点必低于相同压力下纯液体A的沸点。(C) 该液体的凝固点必低于相同压力下纯液体A的凝固点(溶液凝固时析出纯固态A)。(D) 该溶液的渗透压为负值39. 在373.15K和101325Pa?下水的化学势与水蒸气化学位的关系为(A )(A) (水)=卩(汽)(B) (水)<卩(汽

13、)(C)讥水)>卩(汽)(D)无法确定40. 以下哪种现象不属于稀溶液的依数性D (A)凝固点降低 B丨沸点升高(C)渗透压D蒸气压升高41. 真实气体的标准态是：D (A) f = p 9的真实气体(B) p = p 9的真实气体(C) f = p e的理想气体(D) p = p e的理想气体42. 以下各系统中属单相的是C (A) 极细的斜方硫和单斜硫混合物(B) 漂白粉 (C) 大小不一的一堆单斜硫碎粒(D) 墨汁43. NaCl(s), NaCl 水溶液及水蒸汽平衡共存时 , 系统的自由度 B (A) 0(B) 1(C) 2(D) 344. 对于相律 , 下面的陈述中正确的选项是

14、 B (A) 相律不适用于有化学反响的多相系统(B) 影响相平衡的只有强度因素(C) 自由度为零意味着系统的状态不变 (D) 平衡的各相中 , 系统包含的每种物质都不缺少时相律才正确45. 关于三相点，下面的说法中正确的选项是D(A)纯物质和多组分系统均有三相点(B) 三相点就是三条两相平衡线的交点(C)三相点的温度可随压力改变 46二组分系统的最大自由度是(A) 1(B) 2(D)三相点是纯物质的三个相平衡共存时的温度和压力所决定的相点C(C) 3(D) 447区别单相系统和多相系统的主要根据是 D(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

15、都相同48. Clapeyron方程不适用于D(A)纯物质固(a )=纯物质固(3 )可逆相变(C)纯物质固-气可逆相变49. 对于下述结论，正确的选项是D(B) 理想溶液中任一组分的液-气可逆相变(D) 纯物质在等温等压下的不可逆相变(A)在等压下有确定沸点的液态系统一定是纯物质(B)任何纯固体物质都有熔点(C) 在一定温度下，纯液体的平衡蒸气压与液体所受外压力无关(D) 纯固体物质的熔点可以有很多个50. 下面的表述中不正确的选项是 C(A)在定压下，纯固体物质不一定都有确定的熔点(C)在定压下，固体混合物都不会有确定的熔点因熔点是与压力有关。(B)在定压下，纯液态物质有确定的唯一沸点(D

16、) 在定温下，液体的平衡蒸气压与外压有关答案：C。共熔混合物在定压下有确定的熔点。51. 组分A(高沸点)与组分B(低沸点)形成完全互溶的二组分系统，在一定温度下，向纯B中参加少量的A ,系统蒸气压力增大，那么此系统为：(C )。(A)有最高恒沸点的系统；(B)不具有恒沸点的系统；(C)具有最低恒沸点的系统。52 将固体NH4HCO3(s)放入真空容器中，等温在 400 K , NH4HCO3按下式分解并到达平衡：NH4HCO3(s) = NH 3(g) + H 20(g) + CO2(g)系统的组分数 C 和自由度数 为：(C )。(A) C = 2,=1;(B) C = 2,=2;(C)

17、C = 1,=0;(D) C = 3,=2。二.填空题I. 40公斤乙醇和60公斤水的混合物在某温度成气液两相平衡，乙醇在气、液相中的重量百分数分别为60%和20%，那么气相混合物的重量W气_=_W液液相混合物重量。(填、=)2. 在101325Pa下，用水蒸气蒸馏法提纯某不溶于水的有机物时，系统的沸点 100oC。(填、=)3. 理想液态混合物定温 p-XB(yB )相图最显著的特征是液相线为直线。4. C02的三相点为，5.1 p，可见固体 C02干冰升华的压力是p5.1 p。(填、=)5. 在H2和石墨的体系中，加一催化剂，H2和石墨反响生成 n种碳氢化合物，此体系的独立组分数为2 。6

18、. 在p压力下，NaOH与H3P04的水溶液达平衡，那么此体系的自由度数为3。7. 在化工生产中，可用精馏的方法进行物质的别离，这是因为气液两相的是不相同的。8. 实验室中用水蒸气蒸馏的方法提纯与水不互溶的有机物，这是由于系统的沸点比有机物的沸点低、比水的沸点 低 。9. 向纯溶剂中参加非挥发性溶质后，稀溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，因为参加非挥发性溶质后溶剂的蒸汽压降低。10. 完全互溶的A , B二组分溶液，在 xb=0.6处，平衡蒸气压有最高值，那么组成 xb=0.4的溶液在气-平 衡时，yB(g), xb(1) , xb(总)的大小顺序为 (g) x b(总) x b(1)。将xb=

19、0.4的溶液进行精馏，塔顶将 得至卩 xb 。II. A、B两组分可构成理想液体混合物，且该混合物的正常沸点为。假设A、B两组分在时的饱和蒸气压为106658Pa和79993Pa,那么该理想液体混合物的液相组成为：xa =,平衡气相的组成为：yA =。12. 在313K时，液体A的饱和蒸气压是液体B的饱和蒸气压的21倍，A和B形成理想液体混合物，当气相中A和B的物质的量相等时，液相A和B的组成分别为xa =，xb =。13. 含有KN03和NaCI的水溶液与纯水达渗透平衡时，其组分数为_3_,相数为_2_，自由度数为_4_14. 101 C时，水在多大外压沸腾？_> _101.3kPa。

20、(填>、<、=)15. 稀溶液中溶质的摩尔分数为0.03,纯溶剂的饱和蒸汽压为91.3kPa,那么该溶液中溶剂的蒸汽压为88.56 kPa。16. NH4HS(s)放入真空容器中，并与其分解产物 NH3(g)和H2S(g)到达平衡，那么该系统中组分数 C= 相数=_2_；自由度f= J。17. 将克拉贝龙方程用于H2O的液=固两相平衡，因为Vm( H2O,S ) > Vm( H2O,I )，所以随着压力的增大，贝y H2O( I )的凝固点将 下降 。(填上升、下降或不变)三.计算题1、求解kJ -mol-1。1ln p(303.15 C)vapHm T2 T 34.17 1

21、03(303.2 293.2) 0 4623np(293.15 C)RTT28.314 293.2 303.2p(303.15 C)In 円)0.4623,10.02kPap(303.15 C) 15.90kPa23,8.314 273.2 293.2, 12.30 10, 1subHm ln3 J- mol293.2 273.23.27 10144.12kJ mol固体苯的蒸汽压在时为kPa,时为kPa,液体的蒸汽压在时为 kPa,液体苯的摩尔蒸汽热为1时，液体苯的蒸汽压；2苯的摩尔升华热。2、固态氨的饱和蒸气压为ln( p/ kPa)21.013754T/K液态氨的饱和蒸气压为ln( p

22、/ kPa)17.473065试求1三相点的温度、压力;T /K2三相点的蒸发焓、升华焓和熔化焓。解：1三相点的T, p： 21.013754T / K17.473063tTk ,T = 195 2 K3754In(p/kPa) 21.011.778 ,195.2p = 5 92 kPa2把 In pHRTC ,与蒸气压式比拟得sub3754KsubH m = 37548 314 J m-ol=31.21 kJ mol-vapHm = 30638314 J mol 1 = 25.47 kJ mok1fus HsubHvap H m = 5.74 kJ mol3、甲苯和苯在 90C下纯液体的饱和

23、蒸气压分别为54.22 kPa和，两者可形成理想液态混合物。取甲苯和苯于带活塞的导热容器中，始态为一定压力下90C的液态混合物。在恒温90C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？压力降到多少时，液相开始消失，最后一滴液相的组成如何？ 解：以A代表甲苯，B代表苯，系统总组成为：n(总)mA/Ma mB / Mb 200/92 200 / 784.7380molmA / MaXa，0n(总)xb,00.5412200/924.73800.4588(1)刚开始产生气相时，可认为平衡液相的组成与系统总组成相等P(总)PaXaPbXb(54.22 0.4588 136

24、.12 0.5412)kPa98.54kPayApAxA / p(总)54.22 0.4588/98.54 0.2524, yB0.7476(2) 只剩最后一滴液相时，可认为平衡气相组成与系统总组成相等Ya Xa,0 0.4588 PaXa / (PaXa PbXb)解得xA 0.6803,xB 0.3197对应总压p(总)pAxA pBxB 80.40kPa4、-100kPa下，纯苯A丨的标准沸点和蒸发焓分别为和 30762J mol 1，纯甲苯B丨的标准沸点和蒸 发焓分别为和31999J mol 5苯和甲苯形成理想液态混合物，假设有该种液态混合物在100kPa，沸腾，计算混合物的液相组成。

25、解：在苯的饱和¥ = 蒸气压为p；2,那么lnpA,2*307621 10.5557pA,18.314373.1353.3*PA,21.7433105Pa在甲苯的饱和蒸气压为*PB,2，那么ln*pB,2*319991110 2850*Pb 20.7520105PapB,18.314373.1383.7在液态混合物沸腾时100kPa下：p pA,2 xA pB,2 xBpA,2 xApB,2 1xAxA 0.25xB 0.755、A和B两液体混合物为理想液态混合物， 在80 C下，将A液体与B液体放入到15dm3的真空容器中， 此混合物蒸发到达平衡时，测得系统的压力为kPa，气相组成

26、Yb，求液相组成xb与纯B在80 C下的饱和蒸气压。(设液体体积忽略不记，气体视为理想气体 )解：忽略液体的体积ngpVRT102660 15 108.314 353.150.5245ninAnBng 0.80.52450.2755PbPYbpBXbpB 124.01kPanB nl Xb ng YbxB 0.556、甲苯的正常沸点是K,平均摩尔气化焓为33.874kJ mol 1，苯的正常沸点是K,平均摩尔气化解: 1ln空丄丄p1RT2 T1,pi 苯33874 373.15 383.15ln 101.3258.314373.15 383.15p 甲苯 76.20kPa175.3 0.25

27、35101.3250.4386y 甲苯 0.5614焓为30.03kJ mol 1。有一含有苯100g和甲苯200g的理想液态混合物， 在，kPa下到达气液平衡，求1 在时苯和甲苯的饱和蒸气压2平衡时液相禾InP苯30030 373.15 353.15 p苯 175.30kPa101.3258.314373.15 353.15 p总p苯x苯p甲苯x甲苯x苯 0.2535 x甲苯0.74657、根据图(a),图(b)答复以下问题12将组成x(甲醇的甲醇水溶液进行一次简单蒸馏加热到85 C停止蒸馏，问馏出液的组成及残液的组成,馏出液的组成与液相比发生了什么变化？通过这样一次简单蒸馏是否能将甲醇与水

28、分开？3将(2)所得的馏出液再重新加热到78 C,问所得的馏出液的组成如何？与(2)中所得的馏出液相比发生了什么变化？4将所得的残液再次加热到91 C,问所得的残液的组成又如何？与(2)中所得的残液相比发生了什么变化？欲将甲醇水溶液完全别离，要采取什么步骤？解：1如图(a)所示，K点代表的总组成x(CH3时，系统为气、液两相平衡 丄点为平衡液相，x(CH3, G点 为平衡气相，y(CH3；2由图(b)可知，馏出液组成 yB,i，残液组成xb,i。经过简单蒸馏，馏出液中甲醇含量比原液高，而 残液比原液低，通过一次简单蒸馏，不能使甲醇与水完全分开；3假设将 所得的馏出液再重新加热到78C，那么所得

29、馏出液组成yB,2，与 所得馏出液相比，甲醇含量又高了；4假设将(2)中所得残液再加热到91 C，那么所得的残液组成Xb,2，与(2)中所得的残相比，甲醇含量又减少了；5欲将甲醇水溶液完全别离，可将原液进行屡次反复蒸馏或精馏。8、A和B两种物质的混合物在 101 325Pa下沸点-组成图如图，假设将1 molA和4 molB混合，在101325Pa下先后加热到t1=200 C, t2=400 C, t3=600 C,根据沸点-组成图答复以下问题：1上述3个温度中，什么温度下平衡系统是两相平衡？哪两相平衡？各平衡相的组成是多少？各 相的量是多少(mol) ?2上述3个温度中，什么温度下平衡系统是

30、单相？ 是什么相？解：(1)t2=400 C时，平衡系统是两相平衡。此时是液-气两相平衡。各平衡相的组成，如以下列图所示，为xB(l) =0.88 , yB皿 GK 0.80.50n(g)= KL= 0.88 0.8n (g)+ n(l)=5 mol 解得：n ； n(g)=1.0 mol(2) t1=200 C时，处于液相；t 3 =600 C时，处于气相。9、根据CO?的相图，答复如下问题。1说出OA,OB和OC三条曲线以及特殊点 O点与A点的含义。2在常温常压下，将 CO2(l)高压钢瓶的阀门慢慢翻开一点，喷出的CO2呈什么相态？为什么？3在常温常压下，将 CO?高压钢瓶的阀门迅速开大，

31、喷出的CO?呈什么相态？为什么？4为什么将CO2(s)称为“干冰？CO2(l)在怎样的温度和压力范围内能存在？1c t詁74( )0co J引p51802166剜解：10A线是CO2(I)的饱和蒸气压曲线。OB线是CO2(S)的饱和蒸气压曲线，也就是升华曲线。OC线是CO2(s)与CO2(l)的两相平衡曲线。O点是CO2的三相平衡共存的点，简称三相点，这时的自由度等于零，温度和压力由系统自定。A点是CO2的临界点，这时气-液界面消失，只有一个相。在A点温度以上，不能用加压的方法将 CO2(g)液化。2CO 2喷出时有一个膨胀做功的过程，是一个吸热的过程，由于阀门是被缓慢翻开的，所以在常温、常压

32、下，喷出的还是呈 CO2(g)的相态。3高压钢瓶的阀门迅速被翻开，是一个快速减压的过程，来不及从环境吸收热量，近似为绝热膨胀过程，系统温度迅速下降，少量CO2会转化成CO2(s)，如雪花一样。实验室制备少量干冰就是利用这一原理。4由于CO2三相点的温度很低，为 216.6K，而压力很高，为 518KP&我们处在常温、常压下，只能见 到CO2(g)，在常压低温下，可以见到CO2(s)，这时CO2(s)会直接升华，看不到由CO2(s)变成CO2(l) 的过程，所以称CO2(s)为干冰。只有在温度为216.6K至304K，压力为518KPa至7400KPa的范围内，CO2(l) 才能存在。所

33、以，生活在常压下的人们是见不到CO2(l)的。10、固体CO的饱和蒸气压与温度的关系为:lg 卩 Pa1353TK311.957其熔化焓fUsHm 8326J mol 1，三相点温度为 C。(1) 求三相点的压力；(2) 在100kPa下CQ能否以液态存在 ？(3) 找出液体CQ的饱和蒸气压与温度的关系式。解：(1) lg ( p*，三相点的压力为x 105PasubH m x 1353x 8.314 J molVaPsub HfusH m =17.58 kJ mol，再利用三相点温度、压力便可求出液体 CO的饱和蒸气压与温度的关系式：lg ( p/ Pa)= -918.2 /( T。11、在

34、40C时，将1mol CzHsBr和2mol C2H5I的混合物(均为液体)放在真空容器中，假设其为理想混 合物，且 p (C2H5Br)=107.0KPa , p (C2H5I)=33.6KPa，试求:(1) 起始气相的压力和组成(气相体积不大，可忽略由蒸发所引起的溶液组成的变化)；(2) 假设此容器有一可移动的活塞，可让液相在此温度下尽量蒸发。当只剩下最后一滴液体时，此液体混合物的组成和蒸气压为假设干？解：起始气相的压力 p = XBr p* (C 2H 5Br) + 1-XBr卩*©2出1)=。起始气相的组成 yBr= p/ XBr p* (C 2H 5Br)=(2)蒸气组成 yBr = 1/3 ； yBr = XBr p* (C 2H5Br)/ X