第六章相平衡说课材料

1、第六章相平衡第六章 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：I2 (s)与其蒸气成平衡；CaC03 (s)与其分解产物C&0 (s)和CO? (g)成平 衡；NH.HS(s)放入一抽空的容器中，并与其分解产物NB(g)和H2S (g)成平衡;取任意量的NHs (g)和H2S (g)与NH,HS (s)成平衡；L作为溶质在两不相互溶液体HcO和CCh中达到分 配平衡(凝聚系统)。解：(1) S-R-/?匸1-0-0二 1； P=2； F二C-P+2二 1(2)S-R-/?-3-l-0=2； P=3；F=C-P+2=1(3)S-R-r=3TT=1；P=2；F二C-P+2二1

2、(4)S-R-疋二 3-1 -0二 2；P=2；F二C-P+2二2(5)S-R-/?,=3-0-0=3；P=2；F二CP+1二26-2己知液体甲苯(A)和液体苯(B)在90C时的饱和蒸气压分别为戌=54.22倔和p； =136.12APflo两者可形成理想液态混合物。今有系统组成为柿=0.3的甲苯-苯混合物5 mol, 在90C下成气-液两相平衡，若气相组成为儿=0.4556 ,求：平衡时液相组成心及系统的压力P;平衡时气、液两相的物质的量n (g) , n(1) o(1)(2)解：(1)理想液态混合物，A、B均适用拉乌尔定律, 故有P = Pa+ Pb =加(1 一心)+ “；心=5422k

3、Pd(l-心)+ 136 A2kPaxBya = 0.4556 = I p = p1BxB I p = 136.12Z:P7xa / p由式(1)及式(2)得p = 5422RPa(l - 乜)+136 J2kPgB(3)0.4556 = 36A2kPaxxB/ p(4)联立式(3)与式(4),解得 p = 7470kPa，勺=0.2500n(l)=04556-0.30000.4556-0.2500(2)根据杠杆规则x 5mol = 3.7 Mmoln(g) = n-n(t) = (5 3784)w/ = 1.216mol6-4已知甲苯、苯在90C下纯液体的饱和蒸气压分别为54. 22kPa和

4、136. 12kPao两者可形成理想液态混合物。取200. Og甲苯和200. Og苯置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？ （2）压力降到多少时，液相开始消失， 最后一滴液相的组成如何？ （3）压力为92. OOkPa时，系 统内气、液两相平衡，两相组成如何？两相的物质的量各 多少？解：（1）与开始产生气相平衡的液相，其组成同原始液200/78200/92态混合物，所以气相的压力为P = 136.12x +54.22 x kPaI200 / 78 + 200 / 92200 / 7

5、8 + 200 / 92；=98.54kPa气相组成为200/78yK =/ = 136.12 x不 * I200/78 + 200 / 92 丿-98.54 = 0.7476（2）与最后一滴液相平衡的气相，其组成同原始液态混合物丹=苹/ pp =兀彖一阳苯）心上两式联立解得:兀苯=54.22x200/78200/78 + 200/92136.12 (136.12 5422)x200/78200/78 + 200/92= 0.3197p = pj +(p -p；必)心=54.22 + (136.12-54.22)0.3197kPa = SO.AOkPa92.00-54.22136.12-54.

6、22= 0.4613=p；x / = 136.12x0.4613/92.00 = 0.625原始液态混合物的组成为200/78200/78 + 200/92= 0.541代 _ 0.541 - 0.4613石一 0.6825 - 0.541(200 200)+?. = +7892卅关立解得：n=1709曲,n, = 3.022mol6-8水-异丁醇系统液相部分互溶。在101. 325kPa下， 系统的共沸点为89. 7Co气（G）、液（LJ、液（L2）三 相平衡时的组成w （异丁醇）依次为：70%、8.7%、85. 0%0 今由350g水和150g异丁醇形成的系统在标准压力下由室 温加热，问：

7、（1）温度刚要达到共沸点时，系统处于相平 衡时存在那些相？其质量各为多少？ （2）当温度由共沸点 刚有上升趋势时，系统处于相平衡时存在那些相？其质量 各为多少？解：系统总组成为：150/ （150+350）二30%（1）存在液（LJ、液（LJ二相平衡，根据杠杆规则,m(L2) = 5OOg 一 360g = 140g（2）存在液（LJ、液（LJ二相平衡，根据杠杆规则，得m(G) = 500 x 一 g = 174g,m(L2) = 500g -174g = 326g70.0 8.76-10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86. OkPa 压力下用水蒸气蒸丫留。已知：在此压力下该系统的共沸点

8、为80C, 80C时水的饱和蒸气压为47. 3kPao试求：（1） 气相的组成（含甲苯的摩尔分数）；（2）欲蒸出100kg纯 甲苯，需要消耗蒸气多少？解:(1) y 甲苯二p 甲苯/p二(86. 0-47. 3) /86. 0=0. 450(2)0.5500.450 -加水 /18.015100 x103/92.1406-10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86. OkPa 压力下用水蒸气蒸馆。已知：在此压力下该系统的共沸点 为80C, 80C时水的饱和蒸气压为47. 3kPao试求：（1） 气相的组成（含甲苯的摩尔分数）；（2）欲蒸出100kg纯 甲苯，需要消耗蒸气多少？解：(1) y 甲

9、苯二p 甲苯/p二(86.0-47.3) /86. 0=0. 450(2)0.5500.450 加水/18.015100 x103/92.1406-13固态完全互溶、具有最高熔点的A-B二组分凝聚 系统相图如附图（见教材P297）。指出各相区的相平衡关 系、各条线的意义，并绘岀状态点为&、b的样品的泠却曲 线。A%B86.13附图解：各相区的相平衡关系及状态点为d、b的样品的泠 却曲线如图所标注。HN那条线为液相线（液态熔体与固态 熔体平衡线），而下方那条线为固相线（固熔体与液体熔 体平衡线）。同理，NO那条线为液相线（液态熔体与固态 熔体平衡线），而下方那条线为固相线（固熔体与液体熔 体平衡

10、线）。6-16某A-B二组分凝聚系统相图如附图（见教材 p297） o （1）指出各相区稳定存在的相；（2）指出图中 的三相线。三相线上哪几个相成平衡？三者之间的相平衡 关系如何？ （3）绘出图中状态点a、b、c三个样品的泠却 曲线，并注明各阶段时的相变化。解：（1）各相区稳定存在的相如图所注。S 6-16舵图(2)该图上有两条三相线，即efg线是Q固熔体与Y固 熔体和液相L相平衡，hij线是液相L与丫固熔体和3固熔 体相平衡。图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线如图右所 示，a-al,组成为a的液态溶液降温，达到al点时开始 析岀Y固熔体，进入两相平衡区，继续泠却达到时，开 始析出第三相a

11、固熔体，成三相平衡，直至液体全部凝结 成a固熔体与Y固熔体后，即自&2后继续泠却进入a固熔 体与丫固熔体平衡区；组成为b的液态溶液降温，达到bl 点时开始析岀Y固熔体和B固熔体，成三相平衡，继续泠 却B固熔体消失，进入液体1和丫固熔体，当泠却达到b3 时，直至液体消失，然后进入Y固熔体单相区；组成为c 的液态溶液降温，达到cl点时开始析出B固熔体，进入两 相平衡区，继续泠却达到c2时，开始析岀第三相Y固熔 体，成三相平衡，此后进入B固熔体与Y固熔体两相平衡 区。6-17某A-B二组分凝聚系统相图如附图(见p297)。指 出各相区的稳定相，三相线上的相平衡关系。6.17附图解：各相区的稳定相如6-17图中所标，a , B为不同组成的、固溶体。两条三相线上的相平衡关系为dbc 线：L = a + 0； efg 线：Lf + a = L?6-22指出附图(教材P298)中二元凝聚系统相图如内 各相区的稳定相，并指出三相线及三相平衡关系。解：各相区的稳定相如图所注：CfG (s) , C