第六章复习题-附答案

第六章相平衡

填空题

1.蒸馏时,组分和温度均不发生变化的溶液叫什么?________________________

答案:恒沸溶液

2.将一定量的NH4Cl(s)置于真空容器中, 加热分解达平衡, 系统的组分数为_____ , 相数为______ , 自由度数为________ 。

答案:1;2;1

3.如果完全互溶的二组分液体混合物对拉乌尔定律有较大的正偏差, 在T - x 相图中就有一个, 此点组成的混合物称为, 具有相等和恒定的特征。

答案:最低恒沸点;恒沸混合物;气液两相组成;沸腾温度。

4.FeCl3 和H2O形成四种水合物: FeCl3(6H2O; 2FeCl3(3H2O; 2FeCl3(5H2O; FeCl3(2H2O, 该系统的独立组分数为_______, 在恒压下最多能有______相共存.

答案:2;3 F= C-P+1

5.在80℃下,将过量的NH4HCO3(s)放入真空密闭容器内,NH4HCO3(s)发生下列分解反应NH4HCO3(s) =NH3(g)+ H2O(g)+ C2O(g)达平衡后,系统的C= 、P= 、F= 。

答案:(1;2;0)。该系统中物质数S =4,化学反应数R =1,独立的浓度关系式数R’=2,因为p(NH3)=p(H2O)=p(CO2)。故组分数C =4-1-2=1,相数P =2,温度一定,所以自由度数F =1-2+1=0。

6.下列化学反应,同时共存并到达平衡(温度在900K~1200K范围内)

CaCO3(s)( CaO(s)+ CO2(g)

CO2(g)+ H2(g)( CO(g)+ H2O(g)

H2O(g)+ CO(g)+ CaO(s)= CaCO3(s)+ H2(g)

该系统的自由度F为。

答案:S=6、R=2、R`=0,(C=S-R-R`= 4,F= C-P+2 = 4-3+2=3

7. CaCO3(s)、BaCO3(s)、BaO(s)和CO2(g)构成的多相平衡系统的组分数为、相数为、自由度数为。

答案:S=4、R=1、R`=0,(组分数C=S-R-R`= 3,相数P= 4,自由度数F = C-P+2 = 3-4+2=1

8.水在三相点附近的蒸发热和熔化热分别为45和6kJ·mol-1,则此时冰的升华热为________ kJ(mol-1。

答案:=H(g)-H(s)=H(g)-H(l)+H(l)-H(s)= +=(45+6)kJ(mol-1 = 51 kJ(mol-1

9. 右图为二组分A和B的T—x图,当M

组成为M的溶液缓缓冷却至温度T1时,T1

溶液中A的活度随标准态的选择而异。

当以纯固体A为标准态时aA 1,当

以过冷液体为标准态时,aA 1(填(、(、()。 A XB B

答案:由相图看出,当组成为M的溶液缓缓冷却至温度T1时,系统处于液-固两相平衡。根据相平衡原理,A物质在两相中的化学势相等,即:(A*(s) = (A(l)= (A*(l) +RTlnaA,当以纯固体A为标准态时因(A*(s)= (A*(l) ( RTlnaA=0,aA=1;以过冷液体为标准态时,(A*(s) =

(A(l)= (A((l) +RTlnaA,因过冷液体为热力学不稳定状态,其化学势高,即(A((l)( (A*(l) ( RTlnaA( 0,aA ( 1

10. 温度T下,A、B两组分液态完全互溶,其饱和蒸气压分别为p﹡A 、p﹡B,且p﹡A >p ﹡B .在A、B组成的气-液平衡系统中,当系统组成xB<0.3时,向系统中加入B(l)会使系统压力增大;反之,当系统组成xB>0.3时,向系统中加入B(l)会使系统压力降低,则该系统具有________ 恒沸点。

答案:最低。由p-x图分析,当xB<0.3时,加入B使系统压力增大,而xB>0.3时,加入B 使系统压力降低,说明在xB=0.3时系统压力最大,即该系统具有最大正偏差,也就具有最低恒沸点。

二、单项选择题

1. 某种物质在某溶剂中的溶解度_____。

A. 仅是温度的函数

B. 仅是压力的函数

C. 同时是温度和压力的函数

D. 是温度, 压力及其它因素的函数

答案:C。F = C-P + 2当C = 2; P = 2时, F = 2 (温度,压力)

2.通常情况下,对于二组分物系能平衡共存的最多相为

(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4

答案:D。F=2-P+2=4-P,F不能为负值,最小为零。当F=0时P=4。

3.正常沸点时,液体蒸发为气体的过程中

(A) ΔS=0 (B) ΔG=0 (C) ΔH=0 (D) ΔU=0

答案:B。此为可逆过程故ΔG=0。

4. NaCl(s), NaCl水溶液及水蒸汽平衡共存时, 系统的自由度

(A) F=0 (B) F=1 (C) F=2 (D) F=3

答案:B。F=C-P+2,C=2,P=3,故F=2-3+2=1。

5.碳酸钠与水可形成下列化合物NaCO3(H2O,NaCO3(7H2O,NaCO3(10H2O,试指出在常压下与碳酸钠水溶液和冰共存的含水盐最多有几种?

(A)1种(B)2种(C)3种(D)0种

答案:(A),根据相律:S=5、R=3、R`=0,(组分数C=S-R-R`= 2,F(最小)= C-P+1 = 3-P=0,则P (最大)=3,已经存在碳酸钠水溶液和冰共两相,所以与其共存的含水盐只有一种。

6.纯物质的三相点,其自由度为多少?

(A)4 (B)3 (C)2 (D)1 (E)0

答案:(E),F=C-P+2 = 1-3+2 = 0。

7.单组分系统的固液平衡线的斜率dp/dT的值

(A)大于零(B)等于零(C)小于零(D)不确定

答案:( D) dp/dT=(H/(T(V),任何单组分物质,熔化时都吸热(H(0,凝固时放热(H(0,但(V的符号不确定,有的物质凝固时体积增加,有的物质相反体积减小。固液平衡线的斜率也不确定。

8.A、B两液体混合物在T—x图上出现最高点,则该混合物对拉乌尔定律产生

(A)正偏差(B)负偏差(C)没偏差(D)无规则

答案:(B)。

9. 关于三相点, 下面的说法中正确的是

(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

(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

答案:D

10. 关于杠杆规则的适用对象, 下面的说法中不正确的是

(A) 不适用于单组分系统

(B) 适用于二组分系统的任何相区

(C) 适用于二组分系统的两个平衡相

(D) 适用于三组分系统的两个平衡相

答案:B

11. FeCl3和H2O能形成FeCl3(6H2O, 2FeCl3(7H2O, 2FeCl3(5H2O,FeCl3(2H2O四种水合物,该系统的独立组分数C和在恒压下最多可能的平衡共存相数P分别为

(A)C = 3,P = 4

(B)C = 2,P = 4

(C)C = 2,P = 3

(D)C = 3,P = 5

答案:C.S=6、R=4、R`=0,(组分数C =S-R-R`= 2,F (最小)= C-P +1 = 2-P +1= 3-P= 0,则P (最大)=3。

12. 对于三组分系统, 在相图中实际可能的最大自由度数是

(A) f=1 (B) f=2 (C) f=3 (D) f=4

答案:C。F=C-P+2=3-P+2,P最小为1,F=3-1+2=4。因三组分系统相图无法表达出4个自由度,故取答案C。

13. 对于下述结论, 正确的是

(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

答案:D。因熔点是与压力有关。

14. 下面的表述中不正确的是

(A) 在定压下, 纯固体物质不一定都有确定的熔点

(B) 在定压下, 纯液态物质有确定的唯一沸点

(C) 在定压下, 固体混合物都不会有确定的熔点

(D) 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。

15.在410 K,Ag2O(s)部分分解成Ag(s)和O2(g),此平衡体系的自由度为:

(A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) -1

答案:A。F=C-P+1=2-3+1=0。

16.下图中,从P点开始的步冷曲线为:

图1

答案:D

17.图1中,生成固体化合物的经验式为:

(A) CCl4·C4H10O2 (B) CCl4·(C4H10O2)2

(C) (CCl4)2·C4H10O2 (D) CCl4(C4H10O2)3

答案:C

18.图1中,区域H的相态是:

(A)溶液(B)固体CCl4 (C)固体CCl4 +溶液(D)固体化合物+溶液

?答案:C

19.对于与本身的蒸气处于平衡状态的液体,通过下列哪种作图法可获得一直线:

(A) p对T (B) lg(p/Pa) 对T (C) lg(p/Pa) 对1/T (D) 1/p 对lg(T/K)

答案:C。由克劳修斯_克拉贝龙方程可以看出:

20.已知苯一乙醇双液体系中,苯的沸点是353.3K, 乙醇的沸点是351.6K, 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77.5%的苯溶液,在达到气、液平衡后,气相中含乙醇为y2,液相中含乙醇为x2。下列结论何者正确?

(A) y2 > x2 (B) y2 = x2 (C) y2< x2 (D) 不确定

答案:C

21.如上题,若将上述溶液精馏,则能得到:

(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

答案:D

三、简答题

1.如何用相律来说明恒沸混合物不是化合物。

答:恒沸混合物的特点是其气相和其平衡的液相组成相同,故R’=1。对这种两相平衡系统来说

F=(N-R-R’)-P+2

F=(2-0-1)-2+2=1

压力一经指定,其平衡系统中的温度、气相及液相的组成亦恒定,但若压力改变,平衡系统的温度及各相组成亦改变,可见恒沸混合物的组成随压力而变,它不是化合物。

2.不同温度下溶液的蒸气压可以用克-克方程来计算吗?

答:不能。克-克方程只适用于纯物质的蒸汽压随温度的变化关系。

3. 指出下列平衡系统中的物种数、组分数、相数和自由度数:

Ca(OH)2(S)与CaO(S)和H2O(g)呈平衡。

在A和B形成的二元凝聚系统中,在转熔点发生转熔反应:

B(晶)+ L(熔液)( AmBn(晶)。

CaSO4与其饱和水溶液达平衡。

5克氨气通入1升水中,在常温常压下与蒸气平衡共存。

I2在液态水和CCl4中分配达平衡(无固体存在)。

将固体NH4HCO3(s)放入真空容器中恒温至400K, NH4HCO3(s)

按下式分解达平衡NH4HCO3(s) ( NH3(g)+ H2O(g)+CO2(g)。

答案:

(1)S=3、R=1、R`=0,(C=2,P=3,F=C-P+2=1

(2)S=3、R=1、R`=0,(C=2,P=3,F=C-P+1=0

(3)S=2、R=0、R`=0,(C=2,P=2,F=C-P+2=2

(4)S=3(氨、氨水、水)、R=1、R`=0,(C=2,P=2,F=C-P+2=2

(5)S=3、R=0、R`=0,(C=3,P=2,F =C-P+2=3

(6)S=4、R=1、R`=2,(C=1,P=2,F =C-P+1=0

4.某金属有多种晶型,有人声称他在一定T、p下制得了这一纯金属的蒸气、液态、γ晶型

及δ晶型的平衡共存系统。问这是否可能。

答:不可能。根据相律F=C-P+2=1-4+2=-1是不可能的。说明单组分系统最多只能有三相平衡共存。

四、判断下列结论是否正确?

1mol NaCl溶于1升水中,在298K时只有一个平衡蒸气压。

1升水中含1mol NaCl和少量KNO3,在一定外压下,当气液平衡时,温度必有定值。

纯水在临界点呈雾状,气液共存,呈两相平衡,根据相律

F= C + 2-P =1 + 2-2 = 1

答案:

(1)正确。C=2,P = 2,F = 2-2+1=1,说明T与P一一对应,在298K下只有一个平衡蒸气压。

(2)错。与上题相比,多了一个组分,即C=3,P = 2,F = 3-2+1=2,表明T和P都为独立变量,在一定外压下可有两个或两个以上不同的气-液平衡温度。

(3)错。纯水的临界点具有恒定的温度和压力,是纯物质的一种性质,它在水的T-P相图中是一个物系点,并不是相点,不存在相平衡。故不能用相律来描述它的性质。

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