第四章相平衡热力学第二定律重庆大学物理化学教研室编物理化学答案第四章

1、第四章相平衡4-1、指出下列各种体系侧独立组分数、相数和自由度数 解：因为没有化学反应，也没有浓度得限制，所以独立组分数K=2（NaCL和水）；相数:.：-2（固相NaCL和液相NaCL溶液）；因为是在指定得压力下，所以自由度 f=K_：G+1=2-2+1=1。（2）解：因为有化学反应，所以独立组分数K=3_1=2湘数叮=3（两种固体和气体）；自由度 f=K_：+2=2_3+2=1。（3）解：因为有化学反应，而 NH3和H2S是任意量的，故没有浓度限制，所以独立组分 数K=3_1=2 ;相数：: =2（ 一种固体和气体）；自由度f=K_G+2=2_2+2=2。解：因为有化学反应和浓度限制（NH

2、4HS部分分解），所以独立组分数-=3-1-1=1 ；相数:.：=2（ 种固体和气体）；自由度f=K_G+2=1 _2+2=1。（5）解：独立组分数K =2;相数: =2（两种溶液）；因为在指定的压力下，所以自由度f=K_：.：+1=1（6）解：因为没有化学反应，所以独立组分数K =2 ;相数:： =2（ 种溶液和一种气体）；因为是在指定的温度下，所以独立自由度仁K_G+仁14-2、右图为CO2的平衡相图示意图，试根据该图回答下列问题： 解：（1）从相图可以看出在 0c时液化至少需要加 3458 kPa。为把汽化热移走，温度必须下降到56.6 C以下。从相图中可以看出，温度为78.5 C可使固

3、体CO2不经液化而直接升华。4-3、解：由题中的公式可得(1)d In p/dT=14.323T 0.539/(2.303T) 0.009 X 103 x 2.303 再由公式：d l n P ：vap H mdT RT2由式(1)、(2)可得蒸发热：2 32 vapHm=14.323T 0.539/(2.303T) 0.009X 10 x 2.303RT把温度带入公式可得： vapHm=106.01KJ/mol根据基尔霍夫定律：3LnT2Ti Cp=( 0.539T/2.303 0.009 X 10 X 2T) X R 把温度带入式 可得热熔差： Cp= 7.694J.mol-1K-14-4

4、、解：坐 H，两边进行定积分得：P = ：H TOC o 1-5 h z dTT心V少人 r4906AH P =mg/s= =1.225X 10 Pa ,4汉10乂AV3334.4 1039 1=3.01 X 10 4kJ kg 1 1 1J1T1=273K, T2=272K,温度要低于零下 1度4-5、解：由已知条件：T1=398.15K , P1=101.325Kpa , P2=233 KPa再由公式：p2也咖日皿得 T 2=399 KT2丿P1R此时水得沸点：t=299 CT2334-6、解： P =Ln 二, P=Pgh =10 X 9.8X 14.6 X 10 =1430.8 X 1

5、0 Pa也VT1 T2=247.32K4-7、解：(1)气一液平衡的温度一组成图如下:从图中作垂线可知泡点温度为110.2 C从图中作垂线可知露点温度为112.8C 经过105.0 C点作平行线，可知组成为yB=0.417,xb=0.544此体系中 Xb=0.769，由杆杆规则可得 w(g)X(XB Yb)= w(i)X(xb xb)而w(g)+w(i)= 39kg , w(g)=12.31kg,w(i)=26.69kg从理论上说应该降低醋酸溶液得温度4-8 解：线abc是三相平衡线，此时的相数为3,独立组分数为2,自由度为0区域1熔液，此时的相数为2,独立组分数为2,自由度为1区域2：熔液和

6、固体 Pb，相数为3，自由度为2 区域3:熔液和固体 Sb，相数为3，自由度为2 区域4：固体Pb和固体Sb，相数为2，自由度为14-9、解：从图中可以知道，这是形成稳定化合物体系。m点代表LaCL2的熔点，n点代表KCL的熔点，b点代表三相平衡点（低共熔点），h点 代表生成的稳定化合物的熔点，f点三相平衡点（低共熔点）。线abc，线efg都是三相平衡线，此时的自由度为0区域1:液相区，相数为1，独立组分数为2，自由度为1区区域2:液相+固相LaCL2,相数为3，独立组分数为2，自由度为2区域3和4:液相+固相d（生成的稳定化合物），相数3为，独立组份数为 2,自由度为2区域5:固相KCL和液

7、相，相数为3，独立组份数为2，自由度为2区域6:固相LaCL2和固相d,相数2为，独立组份数为 2，自由度为1区域7:固相KCL和固相d,相数2为，独立组份数为 2,自由度为1在电解稀土熔盐时要添加KCL或者其他的氯化物如 NaCL等，这是为了降低稀土熔盐的熔点。niL4-10、解：IP,? 8 .i r Jy-t/t - 111:题4-9图题4-10图在600 C温度时，是MgCu 2与液态固溶体处于平衡，设MgCu 2与液态固溶体的含量分别为 X和Y ,X 0 20 25 i由杠杆规则得，所以它们的相对含量分别为33.3%, 66.7%Y0.25-0.1524-11、解：（1）相图如下：区

8、域1:液相L区域2： L+冰区域 3： L+ NaCI（固）区域4: L+ NaCI 2出0（固）区域 5:冰 + NaCl 2H2O（固）区域 6： NaCl（固）+ NaCl 2出0（固）（2） 28%的NaCl溶液，由433K冷却到269.2K时开始析出 NaCI（固），至U 264.2K时，NaCl 2H2O（固）开始析出，所以临近三相线时NaCl（固）析出得最多，设其量为X，则由杠杆规则可得：(100 X)(0.28 0.2)=X(1 0.28)，得 X=13.7 克题4-11图4-12、解：(1)由杠杆规则可得 m溶X LAB=m固X Lbc从图中可以看出 L ab= L bc，二

9、 m 溶=m 固=50g有50 g固熔体析出2)对铜怍物料守衡，设溶液中铜得质量分数为X m溶X + m固=70，由此可得：X=0.4溶液中含有20 g铜，固熔体中含有 50 g铜4-13、解：相图如下：区域 1:液相L 区域2: L+ a固熔体 区域3 : a固熔体题4-13图从相图中可以看出含 50%Ni的合金从1673K冷到1473K，在1583K时开始有固体 析出，此时得固相的组成为 Ws=70%Ni，最后一滴熔化物凝结时的温度为 1498K，此时液态 熔化物的组成为W|=27%Ni从相图中可以看出液相组成为wi=23% Ni，固相的组成为 ws=40% Ni设液相为X克，固相为Y克，

10、故 X+Y=250, 0.23X+0.4Y=75，由此可得 X=147.4 克，丫=102.6 克 Ni在熔化物和固溶体的数量：m|(Ni)=33.9克，ms(Ni)=41.1克4-14、解：(1)区域1:液相L区域2: L+白硅区域3: L+莫来石区域4: L+刚玉区域5:刚玉+莫来石 区域6:白硅+莫来石区域7:鳞石英+莫来石题4-14图AB线表示白硅、鳞石英和莫来石三相平衡 CD线表示液相L、白硅和莫来石三相平衡 EF线表示液相L、刚玉和莫来石三相平衡 x、y、z点冷却的步冷曲线如下图(4)所谓的共晶就是在共熔状态下冷却时，一种物质包覆到另一中物质的表面，从而形 成合金，这一过程称为共晶

11、。4-15、解：区域1:液相L区域3和4: L(MnO)+L(白硅)区域6： L+鳞石英区域 8: MnO+2 MnO SiO2区域 10： MnO SiO2 +2MnO SiO2区域 2: L+MnO(S)区域5: L+白硅区域 7: L+2 MnO SiO2区域 9: L+ MnO SiO2 1 区域11:鳞石英+MnO SiO2(2)步冷曲线示意图如下iULL+ 5* ii?(.+ ri1 i + i1解：设此时液相为 Xkg，贝U10(9 X)=20X，得 X=3kg，固体 MnO 为 6kg液相中 MnO 为：8.1 6=2.1 kg 此时以液态 MnO和液态SiO2两相存在，ww2

12、=320/41题4-15图4-16、解：(1)冷却结晶的方法，在 419C进行较为适宜设419 C时液态Zn为x,低共熔物为y，由杠杆定律可得：1.3 v 9595x=1.3y, x/y= /=98.65%,低共熔体中含有 0.65%95 x + y 96.3除过Pb后，Pb的含量最低为 0.65%95精练后能低共熔体的质量：1000 = 986.5kg ,固熔体的质量13.5kg96.3设低共熔体中 Zn的质量为986.5X 99.3%=975.5kg，含Pb为7 kg,析出的Pb中含有0.5kgZ n4-17、解：114-18、解:题4-18图区域1:液相L区域2: a固熔体区域3: L+ a固熔体区域5: L+ 丫固熔体区域7: 3固熔体区域9: 丫固熔体4-19、解：（1）由形成稳定的化合区域1:液相L区域3和4: L+B区域4: L+ 3固熔体区域6: a固熔体+ 3固熔体区域8: 3固熔体+ 丫固熔体区域2: a固熔体+L区域5: a固熔体区域6: a固熔体+A区域7: L+A区域8: A+B区域9: B+C区域10: L+C区域 11: L+Zn区域 12: C+Zn其中A : MgZnB: MgZn2C: MgZn3题4-19.1图题4-19.2图区域2和4:固熔体丫 +L区域5: L+ 3固熔体区域7: 3固熔体区域9: