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相平衡试题


相平衡练习题 一、是非题,下列各题的叙述是否正确,对的画√错的画× 1、 纯物质两相达平衡时,两相的吉布斯函数值一定相等。 ( )

2、理想液态混合物与其蒸气达成气、液两相平衡时,气相总压力 p 与液相组成 xB 呈线性关系。 ( )

3、 已知 Cu-Ni 可以形成完全互溶固熔体,其相图如右图,理论上,通过精炼 可以得到两个纯组分。 ( )

4、 二组分的理想液态混合物的蒸气总压力介于二 纯组分的蒸气压之间。 ( )

5、在一定温度下,稀溶液中挥发性溶质与其蒸气达 到平衡时气相中的分压与该组分在液相中的组成成 正比。 ( ) )

6、 恒沸混合物的恒沸温度与恒沸组成不随压力而改变。 (

7、 在一个给定的体系中,特种数可以分析问题的角度不同而不同,但独立组 分数是一个确定的数。 ( ) ) )

8、自由度就是可以独立变化的变量。 (

9、单组分体系的相图中两相平衡线都可以用克拉贝龙方程定量描述。 ( 10、在相图中总可以利用杠杆规则计算两相平衡时两相的相对量。( 二、选择题 1、在 p 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: ( (1)必低于 373.2 K; (2)必高于 373.2 K; (3)取决于水与有机物的相对数量; (4)取决于有机物相对分子质量的大小。 )

) 。

2、已知 A(l)、B(l)可以组成其 t-x(y)图具有最大恒沸点的液态完全互溶的系统, 则将某一组成的系统精馏可以得到:( (1)两个纯组分; 物。 3、已知 A 和 B 可构成固溶体,在组分 A 中,若加入组分 B 可使固溶体的熔点 )。

(2)两个恒沸混合物; (3)一个纯组分和一个恒沸混合

1

提高,则组 B 在此固溶体中的含量必________组分 B 在组分液相中的含量。 (1)大于; (2)小于; (3)等于; (4)不能确定。 4、 硫酸与水可形成 H2SO4?H2O(s), 2SO4?2H2O(s), 2SO4?4H2O(s)三种水合物, H H 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?( ) (1) 3 种; (2) 2 种; (3) 1 种; (4) 不可能有硫酸水合物与之平衡共存

5、对恒沸混合物的描写,下列各种叙述中哪一种是不正确的? (1) 与化合物一样,具有确定的组成; (2) 恒沸混合物的组成随压力的改变而改变; (3) 平衡时,气相和液相的组成相同; (4) 其沸点随外压的改变而改变。 6、 将固体 NH4HCO3(s) 放入真空容器中,等温在 400 K,NH4HCO3 按下式分 解并达到平衡: NH4HCO3(s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2(g) )。

系统的组分数 C 和自由度数 F 为:( (1)C=2,F =1; (3)C=1,F=0;

(2)C=2,F=2; (4)C=3,F=2。

7、 在 101 325 Pa 的压力下,2 在液态水和 CCl4 中达到分配平衡(无固态碘存在) I 则该系统的自由度数为:( )。 (1)F=1; (2)F=2; (3)F=0; (4)F=3。

8、 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 中加入少量的 A,系统蒸气压力增大,则此系统为:( (1)有最高恒沸点的系统; (2)不具有恒沸点的系统; (3)具有最低恒沸点的系统。 9、克-克龙方程可适用于: ( (1) I 2 ? s ? ? (3) I 2 ) 。 )。

I 2 ? g ? ; (2) C ? 石 墨 ? ?

C ?金 刚 石 ? ;
I2 ?l? 。

? g,T1 ,P1 ? ?

I 2 ? g,T 2 ,P 2 ? ; (4) I 2 ? s ? ?
)。 。

10、压力升高时,单组分体系的沸点将(

2

(1)升高; (2)降低; (3)不变; (4)不能确定。 11、 进行水蒸汽蒸馏的必要条件是( )

(1) 两种液体互不相溶; (2) 两种液体蒸汽压都较大; (3) 外压小于 101kPa; (4) 两种液体的沸点相近; 12、氢气和石墨粉在无催化剂时,在一定的温度和压力下不发生化学反应,体 系的组分数是 ( (1)2; )。 (2)3; (3)4; (4)5。

13、在上述体系中,有催化剂时可生成 n 种碳氢化合物,平衡时组分数为( )。 (1)2; (2)3; )。 (3)4; (4)5。

14、相律适用于:( (1) 封闭体系; (2) 敞开体系;

(3) 非平衡敞开体系; (4) 已达平衡的敞开体系。 15、具有最低恒沸温度的某两组分体系,在其 T-x 相图的最低点有( (1) F = 0 ; 3) F= 0; 三、填空题 1、已知 NaHCO3(s)热分解反应为 2NaHCO3 == Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) 今将 NaHCO3(s),Na2CO3(s),CO2 和 H2O(g)按任意比例混合,放入一个密闭容 器中, 当反应建立平衡时, 系统的 R’ =______; =______; =______; =______。 C p F 2、热力学温度 T 与摄氏温度 t 的关系为 的热力学温度为 。 ,水的三相点 )。 。

x ?l? ?

x ? g ? ; (2) F = 1 ; x ? l ? ?
(4) F = 1 ;

x ?g ? ;

x ?l? <x ?g ? ;

x ?l? <x ?g ? 。

3、450 ?C 时,将 NH3(g)与 N2(g)混合,由于 NH3(g)的分解,最终得到 NH3(g) 、N2(g)和 H2(g)平衡共存的系统,求该系统的组分数 C =______;相数 P =______
3

;和自由数 F =______。 4、A 与 B 可构成液态部分互溶二组分系统其相图如图所示。今将 40 kg B 与 60 kg A 混合加热至 53 ?C,系统为______相;若此时, 将所得液体冷却至 20 ?C,系统为_____相,各相的 组成分别为______和_______; 5、在一钢瓶中装有 CO2 ,温度为 10℃,压力为 4.65MPa,则 CO2 处于_____态。(选填气、液、气 +液)。(已知 CO2 的临界温度为 31℃,在 10℃时 CO2 的饱和蒸气压为 4.46MPa) 6、已知 K-Rb 二组分系统相图如图所示,今将系统 S 经精炼分离,则在固相可 得 到 ______ 纯 组 分 , 在 液 相 可 得 到 溶 体 _______。 7、一般有机物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,能量越节省。 8、CaCO3(s),BaCO3(s),CaO(s),BaO(s)和 CO2(g)构成一个多相平衡系统,这 个系统的组分数(独立)为_ 自由度数为 9、已知 Au-Pt 相图如下: (1)wB=0.40 的合金冷却到 1 300℃时, 固体合金之组成约为______; (2)wB=0.60 的合金冷却到 1 500℃时, 固相组成为______。 10 、 Na2CO3(s) 与 H2O(l) 可 生 成 水 合 物 Na2CO3?H2O(s), Na2CO3 ?7H2O(s), _。 ;

Na2CO3?10H2O 则 30℃时,与 Na2CO3 水溶液、冰平衡共存的水合物最多可有 _______种。

4

11、冰的熔点随压力增大而_______,苯的熔点随压力增大而_________。(选填 升高、降低) 12、问答题。 FeCl3 与 H2O 能形成四种具有相合熔点的水合物 FeCl3·6H2O(s),2FeCl3 ·7H2O(s),2FeCl3·5H2O(s)和 FeCl3·2H2O(s)。问该系统组分数是多少?在等 压下最多有几相平衡共存? 13、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-液平衡时, B(g), B(1), B(总)的大小顺序为__________ y x x 。将 xB=0.4 的溶液进行精馏,塔顶将得到______________。 14 、 纯 液 体 在 其 正 常 沸 点 下 沸 腾 变 为 气 体 , 下 述 各 量 中 增 加 的 量 是 ;减少的量是 。 A.蒸气压 B.摩尔汽化热 C.摩尔熵 D.摩尔焓 E.吉布斯自由能 F 温度 G。 外压 H。摩尔体积.I。亥姆霍兹函数 15、在一透明的真空容器中装入足够量的纯液体,若对其不断加热,可见 到 。 四、问答题。请回答下列各题。 1、 请论证,恒沸混合物是混合物而不是化合物。 五、填作图题。 1、 已知 A, B 两种液体完全互溶,且 p*B?p*A,在常压下具有最低恒沸混合物组 成为 D。 (1) 试画出该系统 T-x 图,p-x 图的草图; (2) 若有一组成介于 B 与 D 之间的 A,B 二组分溶液,经精馏后,在塔顶和 塔底各得什么产物? 2、填作图题。 某二组分凝聚系统相图如下; (1)说明各区的相态及成分; (2)分别绘出 a,b,c,d 各点开 ;现象,若将容器不断冷却,又可见到 ;不变的量是

5

始冷却的步冷曲线,并注明冷却曲线转折处的相态变化及曲线各段的相态。 3、填作图题。 A-B 系统的固-液平衡相图如下: (1)列表指出各区的相态及成分; (2)画出 aa’,bb’,cc’ 的冷却曲线的 示意图; (3)欲从 a 系统中得最大量的纯结 晶 A,应该采取什么操作条件? 4、填作图题。 (共 10 分 )

下列数据为乙醇和乙酸乙酯在 101.325 kPa 下蒸馏时所得: 温度 t / ℃ 77.15 78.3 (C2H5OH) 相 液 相 气 0.000 1.000 0.000 1.000 0.100 0.360 0.462 0.710 0.942 0.164 0.398 0.462 0.600 0.880 75.0 71.8 71.6 72.8 76.4

(1) 依据表中数据绘制 t-x 图(粗略图),标示出图中各相区的相态及成分; (2)这是一个什么系统? (3)将组成 x(C2H5OH)=0.75 之溶液用精馏塔分离,塔顶、塔底各可得到什么 成分? 5、已知 Ag-Cu 相图(液固平衡)如下图所示: (1)填表 (2)今有组成为 P 的液态合金,画出其步冷曲线。 步冷曲线

6

相区 I II III DE 线 A点 P点

相数

相态及成分

?

6、 用热分析法测得 Sb(A) + Cd(B)系统步冷曲线的转折温度及停歇温度数据如 下: w(Cd) ? 100 0 20.5 转折温度 t/ ?C 停歇温度 t/ ?C — 630 550 410 37.5 460 410 47.5 — 410 419 410 — 439 400 295 — 295 — 321 50 58 70 93 100

(1)由以上数据绘制步冷曲线(示意) 并根据该组步冷曲线绘制 , Sb(A)-Cd(B)系统的熔 点-组成图; (2)由相图求 Sb 和 Gd 形成的化合物的最简分子式; (3)将各区的相数及条件自由度数(?’)列成表。 (已知 Cd 及 Sb 的相对原子质量分别为 112.4,121.8) 7、试画出水的相图(p-T 示意图),标出图中各相区、相线、三相点的稳定相,并 计算这些区、线、点的自由度。 8、 下列数据为

乙醇和乙酸乙酯在 101.325 kPa 下 蒸 馏时所得:

7

温度 t / ℃ y(C2H5OH)气相

77.15 0.000 1.000

75.0 0.164

71.8

71.6 0.398

72.8 0.462

76.4 0.600

78.3 0.880

x(C2H5OH) 相



0.000 1.000

0.100

0.360

0.462

0.710

0.942

(1) 依据表中数据绘制 t-x 图草图,标示出图中各相区的相态及成分; (2) 在溶液组成 x(C2H5OH)=0.75 时最初馏出物(气相)的组成是什么? (3) 用精馏塔将(2)之溶液分离得到的物质是什么? 9、由 A-B 的冷却曲线得到下列数据: w(B) ? 100 转折温度 t / ?C 停顿温度 t / ?C 作 A-B 相图,并标明各区域中可能存在的相态成分及自由度数; ① 画出组成为 w(B)=0.3, w(B)=0.4, w(B)=1 的步冷曲线. 10、填作图题。 A 和 B 两种物质的混合物在 101 325Pa 下 沸点-组成图如图, 若将 1 molA 和 4 molB 混合, 在 101325 Pa 下先后加热到 t1=200 ?C,t2=400 ?C,3=600 ?C, t 根据沸点-组成图回答下列问题: (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 统是单相?是什么相? 650 150 150 150 150 500 0 无 20 400 40 无 60 250 80 390 100 无

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