练习思考-平衡.doc

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1、第四章相平衡首页难题解析学生自测题学生自测答案难题解析[TOP]例4-1水的蒸气压方程为：lgp＝A－，式中A为常数，p的单位为Pa。将10g水引入到体积为10L的真空容器中，问在323K达到平衡后，还剩多少水？解：将T＝373.2K，p＝101325Pa代入所给方程中，则：lg101325＝A－得A＝10.69蒸气压方程为：lgp＝10.69－于是可得：T＝323K时，p＝13.24kPa∵Vl＋Vg＝10L，Vl«Vg，∴Vg10L设蒸气为理想气体，ng＝＝0.04931mol，wg＝0.888g故还剩水：10

2、g–0.888g＝9.112g例4-2已知298K时气相异构反应：正戊烷＝异戊烷的Kp＝13.24，液态正戊烷和异戊烷的蒸气压与温度的关系式分别可用下列二式表示：正戊烷：lgp（kPa）＝3.971－异戊烷：lgp（kPa）＝3.909－假定二者形成的溶液为理想溶液，计算298K时液相异构反应的Kx。解：Kp＝＝Kx＝Kp由已知条件知298K时，lg＝3.971－，＝67.99kPa同理可求得＝91.40kPa，则：Kx＝K＝13.24＝9.85例4-3邻硝基氯苯与对硝基氯苯的温度－组成图如下：(1)指出图中点、线

3、、区的意义；(2)某厂对硝基氯苯车间的结晶器每次处理氯苯硝化料液7.8×10kg，料液的组成为WB＝0.66，WA＝0.33（W＝0.01,可忽略不计）温度约为54℃，若将此料液冷却到17℃，问：a每次所得对硝基氯苯的产量为多少kg？b平衡产率如何？c冷母液的组成如何？冷母液中尚含对硝基氯苯及邻硝基氯苯各多少kg？(3)画出图中f、g、h三物系的步冷曲线。解：(1)Ⅰ区为邻硝基氯苯与对硝基氯苯二异构体所组成的溶液，为单相区。Ⅱ区为邻硝基氯苯固体与溶液两相平衡共存区。Ⅲ区为对硝基氯苯固体与溶液两相平衡共存区。Ⅳ区为对

4、硝基氯苯固体与邻硝基氯苯固体两相共存区。ac线为邻硝基氯苯凝固点降低曲线。bc线为对硝基氯苯凝固点降低曲线。过c点的水平线（与温度坐标的两个交点除外）为三相线，线上任意一点都表示邻硝基氯苯固体、对硝基氯苯固体及对应c点组成溶液的三相共存。a点为纯邻硝基氯苯的凝固点。b点为纯对硝基氯苯的凝固点。c点是两条曲线的交点，即低共熔点，该点对应的温度tc称为低共熔温度。(2)将WA＝0.33，WB＝0.66，温度为54℃物系点M冷却到17℃，此时有大量对硝基氯苯固体析出，冷母液的组成为c点所示（约为含对硝基氯苯WB＝0.35

5、）。此时析出的对硝基氯苯固体与溶液的质量比，可由杠杆规则确定，即：又：mB＋m溶液＝7.8103kg时间t°Cfgh冷却曲线a联立以上两式解得：mB＝3.72103kgb平衡产率＝＝72.3%c冷母液的组成为含对硝基氯苯WB＝0.35冷母液中含对硝基氯苯的量为：（7.8103－3.72103）0.35＝1.428103kg冷母液中含邻硝基氯苯的量为：（7.8103－3.72103）－1.428103＝2.625103kg(3)冷却曲线见图。例4-4在温度T时，纯A（l）和纯B（l）的饱和蒸气压分别为40kPa和12

6、0Ppa。已知A、B两组分可形成理想液态混合物。（1）在温度T下，将yB＝0.60的A、B混合气体于气缸中进行恒温缓慢压缩。求凝结出第一滴微小液滴（不改变气相组成）时系统的总压力及小液滴的组成xB各为若干？（2）若A、B液态混合物恰好在温度T、100kPa下沸腾，此混合物的组成xB及沸腾时蒸气的组成yB各为若干？解：（1）设与yB＝0.60的气相成平衡的液相组成为xB时，总压为p，则有：yB＝pxB/[p（1－xB）＋pxB]，代入已知数据得：xB＝0..3333p＝pA＋pB＝p（1－xB）＋pxB＝40（1－0

7、.3333）＋1200.3333＝66.67kPa（2）由题意知：100＝p（1－x）＋px将p＝40kPa，p＝120kPa代入上式得xB＝0.75对应的气相组成：y＝pxB/100＝0.900例4-5异丁醇－水是液相部分互溶体系，已知其共沸数据如下：共沸点为89.7℃，共沸组成（含异丁醇的质量百分数）是：气相70.0%，液相中异丁醇层为85.0%，水层为8.7%。今有异丁醇－水液态混合物0.5kg，其中含异丁醇30.0%，将此混合物在101.325kPa压力下加热。(1)作沸点－组成示意图(2)温度接近共沸点（

8、89.7℃）时，此平衡物系中存在哪些相？各相重多少kg？(3)当温度由89.7℃刚有上升趋势时，平衡物系中存在哪些相？各相重多少kg？解：(1)根据共沸数据画出的相图见右图。(2)温度接近89.7℃时，平衡物系中存在两个共轭液层，即异丁醇层和水层，设水层重为xkg，则异丁醇层重为（0.5－x）kg。由图可知：x（30－8.7）＝（0.5－x）（85－30）解