相图习题

例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，试计算当反应建立平衡时系统的C，φ及f。[题解]：R'=0，R=1，S=4C=S–R–R'=4–1–0=3φ=3f=C–φ+2=3–3+2=2[导引]：因NaHCO3(s)，Na2CO3(s)，CO2和H2O(g)按任意比例混合，不存在浓度限制条件，所以R'=0。例2请应用相律论证下列结论的正确性：(1)纯物质在一定压力下的熔点为定值；(2)纯液体在一定温度下有一定的蒸气压。[题解]：(1)C=1，φ=2，因压力一定，f=C－φ+1=1－2+1=0故熔点为定值；(2)C=1，φ=2，因T一定，f=C－φ+1=1－2+1=0故蒸气压为定值。[导引]：准确理解自由度数的含义。例3在高温下，CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)。(1)在一定压力的CO2气中加热CaCO3(s)，实验表明加热过程中,在一定温度范围内CaCO3不会分解。(2)若??/spanCO2气的压力恒定,实验表明只有一个温度使CaCO3(s)和CaO(s)的混合物不发生变化。请根据相律说明上述实验事实。[题解]：系统的物种数S=3，有一个化学反应平衡式CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)R=1，R′=0，C=S-R-R′=3-1=2p一定下，f′=C－f+1=3－f(1)在一定压力的CO2气中加热CaCO3(s)，系统存在两相，由相律知f′=1，这表明温度可在一定范围内变化而不会产生新相，即CaCO3(s)不会分解。(2)此系统存在三相，据相律f′=0，故温度为定值。[导引]：准确理解涉及化学平衡系统自由度数的含义。一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的选“√”，错误的选“×”。√×1.相是指系统处于平衡时,系统中物理性质及化学性质都均匀的部分。√×2.依据相律,纯液体在一定温度下,蒸气压应该是定值。√×3.依据相律,恒沸温合物的沸点不随外压的改变而改变。二、选择题选择正确答案的编号：E1.(选自南开大学2000年考研试题)一个水溶液共有S种溶质，相互之间无化学反应。若使用只允许水出入的半透膜将此溶液与纯水分开，当达到渗透平衡时，水面上的外压是pW，溶液面上的外压是ps，则该系统的自由度数为：(A)f=S；(B)f=S+1；(C)f=S+2；(D)f=S+3；(Ｅ)以上答案均不正确A2.NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达平衡时有：(A)C=2，f=2，f=2；(B)C=1，f=2，f=1；(C)C=1，f=3，f=2；(D)C=1，f=2，f=3；(Ｅ)以上答案均不正确。A3.已知硫可以有单斜硫，正交硫，液态硫和气态硫四种存在状态。硫的这四种状态____稳定共存。(A)能够；(B)不能够；(C)不一定；(Ｄ)以上答案均不正确。A4.硫酸与水可形成H2SO4×H2O(s)，H2SO4×2H2O(s)，H2SO4×4H2O(s)三种水合物，问在101325Pa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？(A)3种；(B)2种；(C)1种；(D)不可能有硫酸水合物与之平衡共存；(Ｅ)以上答案均不正确。A5.将固体NH4HCO3(s)放入真空容器中，恒温到400K，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：(A)Ｃ＝2，f＝2；(B)Ｃ＝2，f＝2；(C)Ｃ＝2，f＝0；(D)Ｃ＝3，f＝2；(Ｅ)以上答案均不正确。A6.某系统存在C(s)、H2O(g)、CO(g)、CO2(g)、H2(g)五种物质，相互建立了下述三个平衡：H2O(g)+C(s)＝H2(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)＝H2O+CO(g)CO2(g)+C(s)＝2CO(g)则该系统的独立组分数C为：(A)3；(B)2；(C)1；(D)4；(Ｅ)以上答案均不正确。三、填空题在以下各小题的“”处填上答案。1.在抽空的容器中放入NH4HCO3(s)，发生反应NH4HCO3(s)=NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)且达到平衡，则这个系统的组分数(独立)=；自由度数=。2.(选自清华大学1999年考研试题)AlCl3溶于水后水解并有Al(OH)3沉淀生成.此系统的组分数为,自由度数为。3.将CaCO3(s)、CaO(s)和CO2(g)以任意比例混合，放入一密闭容器中，一定温度下建立化学平衡，则系统的组分数C=；相数f=；条件自由度数f'=。4.CH4(g)与H2O(g)反应，部分转化为CO(g)和CO2(g)及H2(g)，并达平衡，则系统的S=；R=；R′=；C=；f=；f=。5.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=；f=；f'=。一、是非题1.(√)2.(√)3.(×)二、选择题1.(D)2.(A)3.(B)4.(C)5.(C).6.(A)三、填空题1.12.333.2304.5203145.03321一个相平衡系统最少的相数f=?最小的自由度数f=?2.指出下列相平衡系统中的化学物质数S，独立的化学反应式数R，组成关系数R’，组分数C，相数f及自由度数f：(i)NH4HS(s)部分分解为NH3(g)和H3S(g)达成平衡；(ii)NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达成平衡；(iii)NaHCO3(s)部分分解为Na2CO3(s)、H2O(g)及CO2(g)达成平衡；(iv)CaCO3(s)部分分解为CaO(s)和CO2(g)达成平衡；(v)蔗糖水溶液与纯水用只允许水透过的半透膜隔开并达成平衡；(vi)CH4(g)与H2O(g)反应,部分转化为CO(g)、CO2(g)和H2(g)达成平衡。1.f=1，f=0；2.(i)S=3，R=1，R’=1，C=1，f=2，f=1。(ii)S=3，R=1，R’=0，C=2，f=2，f=2。(iii)S=4，R=1，R’=1，C=2，f=3，f=1。(iv)S=3，R=1，R’=0，C=3，f=1，f=4。一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的选“√”，错误的选“×”。√×1.双组分相图中恒沸混合物的组成随外压力的不同而不同。√×2.不可能用简单精馏的方法将二组分恒沸混合物分离为两个纯组分。二、选择题选择正确答案的编号：A1.若A(l)与B(l)可形成理想液态混合物,温度T时,纯A及纯B的饱和蒸气压p*Ｂ＞p*A,则当混合物的组成为0＜xＢ＜1时,则在其蒸气压-组成图上可看出蒸气总压p与p*A，p*Ｂ的相对大小为(A)p＞p*Ｂ;(B)p＜p*A;(C)p*A＜p＜p*Ｂ；(D)以上答案均不正确A2.(选自南开大学1999年考研试题)对于恒沸混合物，下列说法中错误的是：(A)不具有确定组成；(B)平衡时气相组成和液相组成相同；(C)其沸点随外压的变化而变化；(D)与化合物一样具有确定组成；(Ｅ)以上答案均不正确。A3.二组分合金处于低共熔温度时系统的条件自由度数f′为：(A)0；(B)1；(C)2；(D)3；(D)以上答案均不正确。A4.A(l)与B(l)可形成理想液态混合物，若在一定温度下，纯A、纯B的饱和蒸气压p*A＞p*B，则在该二组分的蒸气压组成图上的气、液两相平衡区，呈平衡的气、液两相的组成必有：(A)yＢ＞xＢ;(B)yＢ＜xＢ(C)yＢ＝xＢ；(D)以上答案均不正确A5.已知A，B两液体可组成无最高或最低恒沸点的液态完全互溶的系统，则将某一组成的溶液蒸馏可以获得：(A)一个纯组分和一个恒沸混合物；(B)两个恒沸混合物；(C)两个纯组分；(D)以上答案均不正确。A6.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：(A)有最高恒沸点的系统；(B)不具有恒沸点的系统；(C)具有最低恒沸点的系统；(D)以上答案均不正确。三、填空题在以下各小题的“”处填上答案。1理想液态混合物定温p-xB(yB)相图最显著的特征是液相线为。2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-平衡时，yB(g)，xB(1)，xB(总)的大小顺序为。将xB=0.4的溶液进行精馏,塔顶将得到。答案一、是非题1.(√)2.(√)二、选择题1.(C)2.(D)3.(A)4.(B)5.(C)6.(C)三、填空题1直线2.yB(g)xB(总)xB(1)xB=0.6恒沸混合物1.A和B两种物质的混合物在101325Pa下沸点-组成图如下图，（图11）若将1molA和4molB混合，在101325Pa下先后加热到t1=200°C，t2=400°C，t3=600°C，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(2)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)？(3)上述3个温度中，什么温度下平衡系统是单相？是什么相？2.A和B两种液体完全互溶，A和B的正?械惴直鷂?/span60°C和70°C。将6molB混合物在101325Pa下加热到80°C产生第一个气泡，其组成为yB=0.1，继续加热到100°C时，剩下一滴液体，其组成为xB=0.6；将1molA和4molB混合物在101325Pa下加热到90°C产生第一个气泡，其组成yB=0.9；继续加热到102°C，剩下最后一滴液体，其组成xB=0.7。(1)画出上述系统的t-xB(yB)图；(2)80°C时，将4molA和1molB混合，计算平衡相中各有多少摩尔A及B；(3)计算80°C时(2)中平衡液相中B的活度因子及活度(以纯B为标准态)，已知B在正?械阆碌哪vapHm=30kJ·mol-1。3.A,B二组分液态部分互溶系统的气—液平衡相图如下图：（图12）(1)标明各区域中的稳定相；(2)将14.4kg纯A液体和9.6kg纯B液体混合后加热,当温度t无限接近t1(t=t1-dt)时,有哪几个相平衡共存?各相的质量是多少?当温度t刚刚离开t1(t=t1+dt)时有哪几个相平衡共存?各相的质量各是多少?4.下图为A，B二组分凝聚系统平衡相图。tA*，tB*分别为A，B的熔点。（图13）(1)请根据所给相图列表填写I至VI各相区的相数、相的聚集态及成分、条件自由度数；(2)系统点a0降温经过a1，a2，a3，a4，写出在a1，a2，a3和a4点系统相态发生的变化。6.由Sb-Cd的冷却曲线得到下列数据：w(Cd)´10002030405058.37093100转折温度t/°C无550460无419无400无无?傥露?/spant/°C630410410410410439295295321(1)作Sb-Cd相图，并标明各区域中可能存在的相态成分及条件自由度数；(2)给出生成的化合物的组成。(已知Sb与Cd的摩尔质量分别为121.76g·mol-1与112.41g·mol-1)。7.A，B二组分凝聚系统相图如下图，图中C，D为A，B所形成的化合物，组成wB分别为0.52及0.69，（图15）A，B的摩尔质量分别为108g·mol-1和119g·mol-1：（1）标出①，②，③，④，⑤各区的相态及成分；（2）确定在C，D点形成化合物的分子式；（3）作a，b组成点的步冷曲线并标出自由度数及相变化。(在右图上相应位置)（4）将1kgwA=0.60的熔融体冷却，可得何种纯固体物质？计算最大值，反应控制在什么温度？8.根据图3-57(a)、(b)回答下列问题（图16）（1）指出图(a)中，K点所代表的系统的总组成，平衡相数及平衡相的组成；（2）将组成x(甲醇)=0.33的甲醇水溶液进行一次简单蒸馏