第02章--多相多组分系统热力学--习题及答案 下载本文

αA, 2,T2→Tb

ln?A,2*?lgHm(A)11??(?*)

RTbTb∵αA, 2<1,∴lnαA, 2< 0,又∵ ΔlgHm*(A)<0,∴升高。

1111?*<0,<*,Tb>Tb*,即沸点TbTbTbTb所以,对于非挥发性溶质而言,凝固点下降,沸点一定升高。但对挥发性溶质,凝固点下降,沸点不一定升高。

7. 在300K时,5mol A和5mol B形成理想液态混合物,求Δmix H、Δmix U、Δmix S和Δmix G。

解: 理想液态混合物,ΔmixV=0,所以PΔmixV=0,因为等压下H=QP,而Δmix H=0,所以 ΔmixQ=0,Δmix U=ΔmixQ+ΔmixW=0+0=0

Δmix S=-RΣnB ln XB = -8.314×(5×ln0.5 +5×ln0.5)=57.6 J·K-1 Δmix G= RTΣnB ln XB= 8.314×300×(5×ln0.5 +5×ln0.5)=-17.29 kJ

8. 液体A和B可以形成理想混合物。若把组成yA=0.400的蒸气混合物放入一带有活塞的气缸中进行恒温压缩。已知该温度时p*A和p*B分别为0.400×105Pa和1.200×105Pa。问刚开始出现液相时的总压是多少。

解:设刚开始出现液相时的蒸气总压为P。刚开始出现液相时,气相的组成未发生改变,组分的蒸气分压既服从Raoult定律,又服从道尔顿分压定律,所以有, PA= PyA = PA* xA (1)

同理,PB= PyB = PB* xB ,即 P (1- yA) = PB*(1- xA) (2)

yAp?x(1)/(2)得,104Pa ??AA,解得 xA=2/3,P=6.67×

1?yApB(1?xA)

9. 若人血的渗透压在30℃时为1.013×105Pa,假设1个NaCl分子能解离产生1.9个质点,则溶液的NaCl浓度为多少才能与人血发生等渗?

解:已知Π=1.013×105Pa,T=273+30=303K,由Π=RTCB,解得CB=40.2 mol/m3。 “等渗”即NaCl溶液的渗透压与人血的渗透压相等。因为1个NaCl分子可解离为1.9

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个质点,由渗透压公式求得的CB 为质点的浓度,所以NaCl的浓度为: CNaCl =40.2/1.9=21.16 mol/m3=2.12×10-2 mol dm-3 (或:Π=RTCB =RTCNaCl×1.9,代数直接解得CB)

10. 苯在101 325Pa下的沸点是353.35K,沸点升高系数是2.62 K kg mol-1,求苯的摩尔气化焓。

解:据Kb=R(Tb*)2MA/ΔvapH*m(A), ΔvapH*m(A)=R(Tb*)2MA/Kb

=8.314×(353.35)2×78×10-3/2.62=30.9 kJ·mol-1

11. 氯仿(A)-丙酮(B)混合物,xA=0.713,在28.15℃时的饱和蒸气总压为29.39 kPa,其中yA=0.198。若以同温同压下的纯氯仿(p*=32.30 kPa)为标准态,计算该混合物中氯仿的活度因子及活度。设蒸气可视为理想气体。 解:PA=PyA=29.39×0.198=5.819 kPa

液体混合物,γA= PA/( xA pA*)=5.819/ (0.713×32.3)=0.25,αA= γA xA=0.25×0.713=0.178

§2.5 多组分多相平衡(P98)

1. 一个相平衡系统最少的相数P=?最小的自由度数f =? 答:最少的相数Pmin=1;最小的自由度数f *min=0。

2. 试确定平衡系统H2(g)+I2(g)=2HI(g)中的组分数。 (1)反应前只有HI(g);

(2)反应前只有H2(g)及I2(g);且二种物质的量相等; (3)反应前有任意量的H2(g)、I2(g)及HI(g)。 解:(1) N=3,R=1,R'=1(1:1分解),C=N-R-R'=3-1-1=1

(2) N=3,R=1,R'=1(二种物质的量相等),C=N-R-R'=3-1-1=1 (3) N=3,R=1,R'=0,C=N-R- R' =3-1-0=2

3. 如果系统中有下列物质存在,且给定物质之间均建立了化学平衡,试确定系统中的

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组分数。

(1) HgO(s),Hg(g),O2(g);

(2) C(s),H2O(g),H2(g),CO(g),CO2(g); (3) Fe(s),FeO(s),CO(g),CO2(g)。 解:(1) HgO(s)=Hg(g) +1/2O2(g)

N=3,R=1,R'=0,C=N-R-R'=3-1-0=2

(2) C+CO2=2CO;C+H2O=H2+CO

N=5,R=N-m=5-3=2,R'=0,C=N-R-R'=5-2-0=3 (3) FeO+CO=Fe+CO2

N=4,R=1,R'=0,C=N-R-R'=4-1-0=3

4. 指出下列相平衡系统中的化学物质数N,独立的化学反应式数R,组成关系数R',组分数C,相数P及自由度数f :

(1) NH4HS(s)部分分解为NH3(g)和H2S(g)达成平衡; 解:NH4HS(s)=NH3(g) + H2S(g)

N=3,R=1,R'=1 (NH3(g)和H2S(g)摩尔比为1:1),C=N-R-R'=3-1-1=1,P=2,f=C-P+2=1-2+2=1

(2) NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达成平衡; 解:NH4HS(s)=NH3(g) + H2S(g)

N=3,R=1,R'=0,C=N-R-R'=3-1-0=2,P=2,f=C-P+2=2-2+2=2 (3) NaHCO3 (s)部分分解为Na2CO3(s)、H2O(g)及CO2(g)达成平衡; 解:2NaHCO3(s)=Na2CO3 (s) + H2O(g) + CO2(g)

N=4,R=1,R'=1 (H2O(g)和CO2(g) 摩尔比为1:1),C=N-R-R'=4-1-1=2,P=3,

f=C-P+2=2-3+2=1

(4) CaCO3(s)部分分解为CaO(s)及CO2(g)达成平衡; 解:CaCO3(s)=CaO(s) + CO2(g)

N=3,R=1,R'=0 (CaO(s)和CO2(g)不在同一相),C=N-R-R'=3-1-0=2,P=3,f=C-P+2=2-3+2=1

(5) 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;

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解:N=2,R=0,R'=0,C=N-R-R'=2-0-0=2,P=2, f=C-P+2=2-2+2=2 (6) CH4(g)与H2O(g)反应,部分转化为CO(g)、CO2(g)和H2(g)并达成平衡。 解:CH4(g) + H2O(g)=CO(g) + 3H2(g)

CH4(g) + 2H2O(g)=CO2(g) + 4H2(g) CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)

N=5,以上方程式只有两个是独立的,R=2(或根据R=N-m=5-3=2),R'=0,C=N-R-R'=5-2-0=3,f=C-P+2=3-1+2=4

5. 在水、苯和苯甲酸系统中,若任意给定下列条件,系统中最多可有几相共存? (1)等温;(2)等温、水中苯甲酸浓度确定;(3)等温、等压、苯甲酸浓度一定。 解:(1) N=3,C=3,f*=C-Pmax+1=4- Pmax=0,Pmax = 4 (2) N=3,C=3,f*=C-Pmax=3- Pmax=0,Pmax = 3 (3) N=3,C=3,f*=C-Pmax-1=2- Pmax =0,Pmax = 2

6. 试确定下列系统的自由度数,如果f ≠0,则指出变量的含义。 (1)

pO下水与水蒸气达平衡;

解:N=1,C=1,f*=C-P+1=1-2+1=0 (2)

pO下,I2分别溶解在水和

CCl4中且达分配平衡,无I2(s)存在;

解:N=3,C=3,f*=C-P+1=3-2+1=2,变量可能是温度和I2在水/CCl4中的浓度。 (3) H2(g)、N2(g)和NH3(g)在2pO下达化学平衡;

解:N=3,R=1,R'=0,C=N-R-R'=3-1-0=2,P=1,f*=C-P+1=2-1+1=2,变量可能是温

度和某物质的浓度。 (4)

pO下,H2SO4水溶液与

H2SO4·2H2O(s)达平衡;

解:N=3,R=1 (H2SO4+2H2O=H2SO4·2H2O(s),R'=0,C=N-R-R'=3-1-0=2,P=2,f*=C-P+1=2-2+1=1,变量可能是温度或溶液中H2SO4的浓度。

(5)在一定的温度、压力下,ZnO(s)被C还原而达平衡,系统中存在着ZnO(s)、C(s)、Zn(s),CO(g)和CO2(g)。

解:ZnO(s)+C(s)=Zn(s)+CO(g);2ZnO(s)+C(s)=2Zn(s)+CO2(g)

N=5,R=2,R'=0,C=N-R-R'=5-2-0=3,P=4,f=C-P+2=3-4+2=1,变量可能是温度或压力,说明温度和压力不可能同时独立变化。

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