中南大学物化课后习题答案 5章 相律与相图

第12章相律与相图试计算下列平衡体系的自由度数：(1)298.15K、101325Pa下固体NaCl与其水溶液平衡；(2)I2(s)?I2(g)；(3)NaCl(s)HClNaCl饱和溶液。（01，③解：(1)K=2,R=0,b=0,φ=2∴CK-R-b=2,T,p已指定∴f=C-φ+n=2-2+0=0(2)K=1,R=0,b=0,φ=2∴C=K-R-b=1-0-0=1f=C-φ+n=1-2+2=(3)K=3,R=0,b=0,φ=2则C=K-R-b=3–0–0=3∴f=C-φ+n=3-2+2=3NH4HSH2SNH3平衡：NH4HS(s)?NH3(g)＋H2S(g)求该体系组元数和自由度数；NH4HS?（答案：①2，2，②1，1）解：(1)K=3,R=1,b=0,φ=2∴C=K-R-b=st1:chsdateYear="2000"Month="3"Day="1"IsLunarDate="False"IsROCDate="False">3-1-0=2即体系组元数为2fC-φn=22+2=(2)K=3,R=1,b=1,φ=2∴该体系平衡时的组元数C=K-R-b=3–1–1=1fC-φn=1-2+2=3．求下列体系的组元数和自由度数：Fe(s)、FeO(s)、C(s)、CO(g)、CO2(g)组成的平衡体系；Fe(s)、FeO(s)、Fe3O4(s)、C(s)、CO(g)、CO2(g)组成的平衡体系；Na2SO4水溶液，其中有Na2SO4(s)、H2OH+OH-；(4)Na2SO4水溶液中有+、、(l)(4)Na2SO4水溶液中有+、、(l)、(s)、H+OH-。2，④2，2）解：(1)K=53种∴该体系的独立化学平衡数R=5-3=2此时b=0，体系的组元数C=K-R-b=5–2–0=3φ=4，因此，自由度数f=C-φ+n=3–4+2=1(2K=5R=5-3b=0C=K==3=fCn=4+2=1∴C=–1–1=2=2f=Cn=2-2+2===2∴C=2–22=2∴f=Cn=2-2+2=24．NaCO(sHO(lNaCOHO(s2 3 2 2 3 2NaCO7HO(sNaCO10HO(s2 3 2 2 3 2在101325NaCO水溶液及冰平衡共存的含水盐最多可有几种?2 3293.15时，与水蒸气平衡共存的含水盐最多可有几种?（1，②2）解：(1)设最多有x种含水盐，则K=2+x，R=x，b=0∴C=K=2=2=2，n=1fCnf2-(+1=-≥∴x，即最多只能有一种含水盐与之共存。(2)同上理K=2+x，R=x，b=0∴CKb=2+x–0==1+，n=1∴f=2-(1+x)+1=2-x5．固态氨的饱和蒸气压与温度的关系可表示为；液体氨而f≥0∴x5．固态氨的饱和蒸气压与温度的关系可表示为；液体氨的饱和蒸气压与温度的关系可表示为的饱和蒸气压与温度的关系可表示为三相点时的蒸发热、升华热和熔化热。（答案：⑴195..17K，2.17Pa，⑵5204.56，6379.33，1174.77J·mol-1）解：(1)在三相点处液氨对应的饱和蒸气压应与固氨对应的饱和蒸气压相等，故有：解得：T=195.17K=77.90℃故有：将所求温度数据代入任意一个饱和蒸气压与温度的关系式可解得：(2)由克(2)由克-克公式：，6．CCl4的蒸气压6．CCl4的蒸气压SnCl4的蒸气压／K

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387考虑是沸点-组成图，∴考虑是沸点-组成图，∴SnCl4组成与和的关系为：(1)／kPa 101.325111.458148.254193.317250.646--／kPa --34.39748.26366.26189.726101.325假定这两个组元形成理想溶液，绘出其沸点—组成图。CCl40.2101.325kPa?最初的馏出物中含CC4?（(2)∴，解：(1)∴，而气相中SnCl4组成与压强的关系为：而气相中SnCl4组成与压强的关系为：(2)按题目所给不同温度下和的值代入(1)和(2)式，可得不同温度下气相、液相T/K350353363373383387x200.13150.46930.72400.92791.000y2 0 0.0446 0.2235 0.4735 0.8217 1.000按上面数据作图如下：(2)从图上找到(2)从图上找到，即处对应点，可得此体系沸点为：馏出物含CCl4量为：101.325kPax馏出物含CCl4量为：350.3348.15344.96344.75345.95349.55351.450.0000.1000.3600.4620.7100.9421.0000.0000.1640.3980.4620.6000.8801.000／Kx(C2H5／Kx(C2H5OH)y(C2H5OH)x(C2H5OH)＝0.75时最初馏出物的成分是什么?x(C2H5OH)＝0.75?y

=0.64，(3)不能）乙醇

（答案：解：(1)制图如下：x(C2H5OH)0.75y(C2H5OH)=0.64的混合气体。x(C2H5OH)=0.75x(C2H5OH)=0.462所以用分馏塔只能从改组成溶液分离出纯乙醇，而不能得到纯乙醇乙酯。曲线转折温度/K曲线成水平温度/曲线转折温度/K曲线成水平温度/03203745577085100----1--1--11--273343423563924911911111111KK375223223223223693作出该体系的相图，确定镁和硅生成化合物的化学式。85%5kg1473K时可得多少纯硅?（答案：(2)约为2.1kg）解：(1)化合物含Si量为37%(wt)，所以，含Mg量为63%(wt)，而Si和Mg的相对原子量分别为28.09和24.31，故此化合物中Si和Mg的摩尔数为：Si n =37/28.09=1.3172mol，n Si Si Mg 2因此n :n =1:2，故此化合物化学式为MgSi。作图如下：Si Mg 2(2)按杠杆规则有W·=W·=W·而=85-74.2=10.8=100-85=15W+W=5得：Wc=2.093kg2.093kg22 NaCl—HO252K时有一个共晶点，此时冰、NaCl·2HO(s)和质量22.3%的NaCl264K时NaCl·2HO27%NaClNaCl在水中的溶解度受温度的影响不大。22 试绘出相图，并标明各相区的稳定相。NaCl做制冷剂，可获得最低温度多少摄氏度?(3)1kg28%NaCl433K264K多少?（答案：(2)252K，(3)13.7g）解：(1)作图如下，各相区的稳定相如图中所表识：∵NaCl的相对分子质量为58.44，水的相对分子质量为18.0162∴NaCl2HO中NaCl58.44(58.44+18.0162)=61.9%2冰的融点为273.15K。此时就是向(I)NaClNaCl浓度提高，其组成-252K。按杠杆规则有WW·=W·，而=28-27=1，=100-28=72，又W+W=1c∴解得：W0.0137kg10．(1)12—8相图中各区的稳定相；c(3)画出体系点、M的冷却曲线。解：(1)12—8Ⅰ区：液相区(Ⅰ)Ⅱ区：液相(L)+NaCl(s)二相区Ⅲ区：液相(L)+Na2BeCl4(s)Ⅳ区：液相(L)+BeCl2(s)二相区Ⅴ区：Na2BeCl4(s)+BeCl2(s)二相区Ⅵ区：NaCl+Na2BeCl4(s)二相区FDP线为包晶线：NaCl(s)、Na2BeCl4(s)Lp三相共存；GEH线为共晶线：Na2BeCl4(s)、BeCl2(s)和LE三相共存。点、M的冷却曲线如下图所示：11．(1)标明图12—10所示相图中各相区的稳定相；(2)70%(摩尔分数)500g1052K?各相含铜多少?（答案：(2)231.48212.96克，液相：约268.52克，含铜约76.53克）解：(1)12—10中各相区的稳定相表注如下图所示：70%的熔体折算成质量百分数为：70×63.45/(70×63.45+30×107.9)=57.88%（wt）1052KED28.5%(wt)92%(wt)，由杠杆规则得：W·W·=W·而+E W W 而+E 代入方程组可得：液相质量：WE

268.52g含铜量为：268.52×28.5%=76.53g固相质量：WD

231.48g含铜量为：231.48×92.0%=212.96gFeO—MnO二元系中，FeO、MnO1643K2053K，1703K30%60%MnO(质量分数，后同)15%MnO1473K时，两个固溶体的组成为26%MnO64%MnO。根据上述数据，试求：(1)FeO—MnO系相图并标25%MnO2000K1400K曲线并说明冷却过程的变化。解：如下图所示：M→aaβ固相析出，在冷却abβ（液相组成顺液相线aphDblα二相区，bc（Pic），到cαcddM→aaβ固相析出，在冷却A—B12—13所示，若以含40%B100g，由高温徐徐冷却，试求：(1)温度刚降到ＴＦ

时，平衡的两相各多少克；在ＴＦ

时组成为85%B的液相消失时，其余各相各为多少克；温度刚降到时，平衡的两相各多少克。Ｅ（答案：(1)L1=64.29g，L2=35.71g，(2)液相：约70.59g，固相：约29.41g，(3)液相：约63.83g，固相：约36.17g）F解：（1）TFF

，按杠杆规则得：LM（40－15LM（40－15）=LF（85－40）由上方程组解得：LM=64.29克，LF=35.71克此时由杠杆规则得：（2）85%B的液相消失时，余下的是LM和纯B（s），此时由杠杆规则得：NLM（40－15）=B（100－40）NLM+LF=100由上方程组解得：=63.83克LF=36.17克Ni(s)—NiCl2(s)—Cu(s)—CuCl(l)—Cl2(g)HCl(g)和H2(g)，体系的自由度将如何变化?（答案：f1=0，f2=1）解：未加入混合气体时，K1=5，R1=5－3=2，C1=5－2－0=3，Φ=5∴f1=3－5+2=0加入混合气体时，K2=7，R2=7－4=3，C2=7－3－0=4，Φ=5∴f2=4－5+2=1在高温下有下列反应发生：C(s)＋CO2====2COCO2＋H2====CO＋H2OC(s)CO2(2)C(s)CO2、H2COH2O（答案：(1)C==3，(2)C=3，f3）解：（1）K=5，R=2，b=0，Φ=2，C=3(组元数)，f=3－2+2=3（自由度数）（2）K=5，R=2，b=0，Φ=2，组元数C=K-R-b=5–2–0=3自由度数f=3－2+2=3硫酸钙加热分解如下：2CaSO4(s)====2CaO(s)＋2SO2＋O24求下列情形的组元数和自由度数：(1)在抽空的容器中开始只有CaSO；(2)开始有不同数量的CaSO4和CaO。（答案：(1)C=2，f=1，(2)C=3，f=2）4解：（1）K=4，R=1，b=1，组元数C=K-R-b=4–1–1=2Φ=2自由度数f=C–Φ+2=2–3+2=1（2）K=4，R=1，b