物理化学第二章作业及答案 下载本文

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2-15 在15℃时1摩尔NaOH溶于4.6摩尔H2O中所形成的溶液蒸气压为596.5Pa,在此温度下纯水的蒸气压力1705Pa,设纯水活度为1。试计算: (1)溶液中水的活度因子;

(2)水在溶液中的化学势与纯水化学势之差。

答:(1) ∵PH2O=596.5Pa, PH2O*=1705Pa, XH2O= 4.6/(1+4.6)=0.821,∴γ

(2)Δμ= μ

[ (1) 0.426 (2) -2.514kJ ]

2-16 研究C2H5OH(A) - H2O(B)混合物。在50℃时的一次实验结果如下: xA 0.4439 0.8817 ?H2O= 596.5/ (PH2O* XH2O)=0.426

H2O(T,P)- μH2O*(T,P)=μH2O*(T,P)+RTln(γH2O XH2O) - μH2O*(T,P)= RTln(γH2O XH2O)=8.314

×288.15ln(0.426×0.821)=-2.515kJ

P/Pa 24 832 28 884 PA/Pa 14 182 21 433 ? PB/Pa 10 650 7 451 已知该温度下纯乙醇的蒸气压pA=29 444Pa;纯水的蒸气压pB=12 331Pa。试以纯液体为标准态,根据上述实验数据,计算乙醇及水的活度因子和活度。 答:PA=γ

?AXA PA*; PB=

BXB PB*; γA= PA/XA PA*, αA=γAXA= PA/ PA*,

pA=29 444Pa,pB=12 331Pa (1)xA =0.4439,

γγ

A=

PA/XA PA*= 14182/0.4439×2944=1.085, αA=γAXA

= 1.085×0.4439=0.4817 PA(pA=29 444Pa)

?B= PB/XBPB*= PB/(1-XA)PB*=10650/(1-0.4439)

A=0.8256;αA=0.7279;

×12331=1.553, αB=γBXB=1.553×(1-0.4439)=0.8637

γ

B=5.108,αB=0.6043

(2)xA =0.8817, 同理:γ

[ C2H5OH : 1.085 , 0.4817,0.8256, 0.7279 H2O : 1.553,0.8637,5.108, 0.6043 ] 物理化学习题答案(109

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2007-5-23

1 二组分液态混合物沸点一组成图中,处于最高或最低恒沸点时的状态,其条件自由度数f *= ?

*

答:其条件自由度数f =0, 因为f*=C-P+1=2-2+1,由于有浓度加条件(理解为,压力一定时,二组分液态混合物沸点一组成图中,处于最高或最低恒沸点时的状态的组成是确定的),

所以f*=C-P+1-1=2-2+1-1=0

2 在二组分系统T-x图的两相平衡区,如何区分物系点和对应的相点?

答:在二组分系统T-x图的两相平衡区内的任意一点为物系点,但其两个相点在与物系点同一温度线的边界线上,由相点的组成可以读出每个相的组成。 如何确定系统的组成和对应的相组成?

系统的组成由物系点确定,单相区内,物系点与相点重合,即单相区内系统的组成和对应的相的组成是同一个数值;两相区内,由物系点确定系统的组成,由物系点所对应的相点确定处于平衡的两个相的组成。

3 化学势在解决相平衡及化学平衡上有什么用处?如何解决的?

答:因为相平衡时,同一物质在每个相中的化学势相等,因此利用化学势推导了Clapeyron方程(课本76页);化学平衡时,有∑νBμB=0, 因此利用化学势推导出了化学反应等温方程,进而推导出化学反应平衡常数的表达式(课本133-135页)

4 在p =101 325Pa下CH3COOH(A)-C3H6O(B)系统的液、气平衡数据如下: t /℃ xB yB 118.1 110.0 103.8 93.19 85.8 79.7 74.6 70.2 66.1 62.6 59.2 56.1 0.0 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0 0.0 0.162 0.306 0.557 0.725 0.840 0.912 0.947 0.969 0.984 0.993 1.0 根据上述数据描绘该系统的T-x(y)图,并标示各相区。

T(A)g f*=2380气相区(单相区) T/KC'l+g f*=1C360l f*=2340气液两相液相区(单相区) X(B)

0CH3COOH(A)T(B)1C3H6O(B)5 在pO和不同温度下,CH3COCH3(丙酮)和CHCl3系统的液相及平衡气相的组成数据如下

T / K x丙酮 y丙酮 329.1 332.1 335.6 338.1 336.6 334.1 0.00 0.20 0.40 0.65 0.80 1.00 0.00 0.11 0.31 0.65 0.88 1.00 (1)画出此系统的相图。

(2)将x丙酮= 0.50的溶液蒸馏,最初馏出物的组成如何?蒸馏到最后一滴溶液时,溶液组成如何?将之完全分馏,能得到什么产物?

330335gABT/Kl+gl0

CHCl3答:(1) 系统相图如上所示

x=0.51CH3COCH3(2)作图知道,最初馏出物的组成y(B)=0.37 (刚进入气液平衡区时,所对应的气相线上的A点);最后一滴溶液时,即快进入液相区时,对应的液线上的B点组成。(数值是作图得到的)

(3) 完全分馏,得到纯的CHCl3和x丙酮=0.65的共沸物

[ y丙酮=0.37 ;x丙酮 = 0.61 ,纯CHCl3和x丙酮 = 0.65的共沸物. ]

6 用热分析法测得间二甲苯(A)-对二甲苯(B)系统的步冷曲线的转折(拐点)温度或停歇点(平台)温度如下:

WB 拐点t /℃ 平台t /℃ 0.0 0.10 0.13 0.70 1.00 -50 -4.0 -47.9 -52.8 -52,8 -52.8 13.3 (1)根据上表数据绘出各条步冷曲线,并根据该组步冷曲线绘出该系统的熔点-组成图; (2)标出图中各相区,计算其自由度数;

(3)若有100kg含w(对二甲苯)=0.70的混合物,用深冷法结晶,问冷到-50℃,能析出多少千克对二甲苯?平衡产率如何?所剩混合物组成如何? [ (3) 64.3kg 0.919 0.16 ]

(2)

①:液相区*,f*=2-1+1=2

②:B(s)+溶液。两相区;f*=2-2+1=l ③:A(s)+ B(s),两相区;f*=2-2+1=l ④: A(s)+溶液,两相区;f*=2-2+1=l

(3)杠杆规则:

w(B(s))100?w(B(s))?MONO?0.7?0.161?0.7,(注意0.16是作图得到的,即与温度为-50℃的相交点)

W(B(s))=64.3kg平衡产率:

64.3100?0.7=0.919;所剩的混合物的组成:χB=

70?64.3100?64.3=0.15966

≈0.16

2-17 在pT / K x(HNO3) y(HNO3) O下,HNO3和水组成的气液平衡系统:

373.1 383.1 393.1 395.1 393.1 388.1 383.1 373.1 358.6 0.00 0.11 0.27 0.38 0.45 0.52 0.60 0.75 1.00 0.00 0.01 0.17 0.38 0.70 0.90 0.96 0.98 1.00 (1)画出此系统的沸点组成图。

(2)将3molHNO3和2molH2O的混合气冷却到387.1K,互成平衡的两相组成如何?互比量为多少? (3)将3molHNO3和2molH2O的混合物蒸馏,待溶液沸点升高4K时,馏出物组成约为多少? (4)将(3)中混合物进行完全分馏,得到何物?

390gAl380l370y(HNO3)gnlOngBT/K36000.5X(HNO3)1答:(1)如上图所示

(2)X=3/5=0.6 ; 387.1K时物系点为, 液相点为A, 气相点为B, nl/ng=OB/OA= (0.91-0.6)/(0.6-0.53)=0.226. 注意:此处ng中X(HNO3)=0.91 和 nl 中X(HNO3)=0.53是从作的图中得到的,

(3) X=3/5=0.6,溶液的沸点为383.1K(由表中数据可知),沸点升高4K,为387.1K, 与(2)中的情况相同,留出物为气相,其中X(HNO3)=0.91

(4)将(3)完全分馏,留出物为纯HNO3(沸点低), 残留物为 X(HNO3)=0.38的混合物。

2-18 在303K时,将40g酚和60g水混合,系统分为两层,在酚层中含酚70%,在水层中含水92%,试计算两层液体的质量各为多少? [ 酚层51.6g , 水层48.4g]