物理化学核心教程(第二版)沈文霞编科学出版社 - 课后习题详解第六章 联系客服

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为什么?

(3)在常温、常压下,将CO2高压钢瓶的阀门迅速开大,喷出的CO2呈什么相态?为什么?

(4)为什么将CO2(s)称为“干冰”?CO2(l)在怎样的温度和压力范围内能存在? 解:(1)OA线是CO2(l)的饱和蒸气压曲线。OB线是CO2(s)的饱和蒸气压曲线,也就是升华曲线。OC线是CO2(s)与CO2(l)的两相平衡曲线。O点是CO2的三相平衡共存的点,简称三相点,这时的自由度等于零,温度和压力由系统自定。A点是CO2的临界点,这时气-液界面消失,只有一个相。在A点温度以上,不能用加压的方法将CO2(g)液化。 (2)CO2喷出时有一个膨胀做功的过程,是一个吸热的过程,由于阀门是被缓慢打开的,所以在常温、常压下,喷出的还是呈CO2(g)的相态。

(3)高压钢瓶的阀门迅速被打开,是一个快速减压的过程,来不及从环境吸收热量,近似为绝热膨胀过程,系统温度迅速下降,少量CO2会转化成CO2(s),如雪花一样。实验室制备少量干冰就是利用这一原理。

(4)由于CO2三相点的温度很低,为216.6 K,而压力很高,为518 kPa。我们处在常温、常压下,只能见到CO2(g),在常压低温下,可以见到CO2(s),这时CO2(s)会直接升华,看不到由CO2(s)变成CO2(l)的过程,所以称CO2(s)为干冰。只有在温度为216.6 K至

304 K,压力为518 kPa至7400 kPa的范围内,CO2(l)才能存在。所以,生活在常压下

的人们是见不到CO2(l)的。

10.某有机物B与水(A)完全不互溶,在101.325 kPa的压力下用水蒸气蒸馏时,系统于90℃时沸腾,馏出物中水的质量分数wA?0.24。已知90 ℃时水的蒸气压

*pA?70.13 kPa,请估算该有机物的摩尔质量。

解:以m(A)代表水的质量,m(B)代表有机物的质量。已知90℃时,pA?70.13 kPa,则有机物在这个温度下的饱和蒸气压为:

*pB?(101.325?70.13)kPa?31.20 kPa

*取蒸气相的总质量为100 g ,则水气的质量m(A)?24 g,有机物的质量m(B)为:

m(B)?(100?24) g?76 g

设水蒸气蒸馏时的总蒸气压为p,则

*pA?pyA?pnAnB* pB?pyB?pnA?nBnA?nB将两式相比,消去相同项,得

*pAnAm(A)/MA?? *pBnBm(B)/MB*pAM?m(B)MB?*?A

pBm(A)70.13kPa18 g?mol?1?76g?? 31.20kPa24g?128 g?mol?1

11.在标准压力下,已知H2O(l)(A)的沸点为373 K,C6H5Cl(l)(B)的沸点为403 K。水和氯苯在液态时完全不互溶,它们的共沸点为364 K。设一个氯苯的质量分数wB?0.20的水和氯苯的双液系统,在加热达到共沸时,完成下列问题。 (1)画出H2O(l)(A)和C6H5Cl(l)(B)的T?wB相图的示意图。

(2)指出在各相区中,平衡共存的相态及三相线上是由哪些相平衡共存。 (3)这种相图有什么实际用处?

解:因为水和氯苯在液态时完全不互溶,所以两液相共存的帽形区的两条边,就是两个纵坐标,即分别代表wB?0和wB?1在不同温度下两个液相的组成。在图上分别标出H2O(l)和C6H5Cl(l)的沸点,以及它们的共沸点,将两个沸点分别与共沸点连线,在共沸点温度画出三相平衡线,就得相图如下

(2)在CED线以上,是气相单相区;在CFE范围内,是H2O(l)和气相两相区;在DEG范围内,是C6H5Cl(l)和气相两相区;在FEG线以下,是H2O(l)和C6H5Cl(l)两相区。在

FEG线上,由H2O(l),C6H5Cl(l)和气三相共存。表示气相组成的E点的位置要根据混

合蒸气的组成而定。

(3)这种相图可以用于有机物的水蒸气蒸馏,因为两种液体共沸的温度比H2O(l)的沸点还低,更比C6H5Cl(l)的沸点低,可以降低蒸馏温度,防止有机物分解。因为两种液体完全不互溶,馏出物很容易分离。

12.在大气压力下,液体A与液体B部分互溶,互溶程度随温度的升高而增大。液体A和

B对Raoult定律发生很大的正偏差,在它们的T?wB的气-液相图上,在363 K出现最低

恒沸点,恒沸混合物的组成为wB?0.70。液体A与液体B的T?wB的气-液相图,与液体在363 K的水平线上有三相共存:液体AA与B部分互溶形成的帽形区在363 K时重叠,

中溶解了B的溶液l1,其wB?0.10;液体B中溶解了A的溶液l2,其wB?0.85;以及组成为wB?0.70的气-液组成相同的恒沸混合物。根据这些数据:

(1)画出液体A与液体B在等压下的T?wB的相图示意图。设液体A的沸点为373 K,液体B的沸点为390 K。

(2)在各相区中,标明平衡共存的相态和自由度。

(3)在大气压力下,将由350 g液体A和150 g液体B组成的物系缓缓加热,在加热到接近363 K(而没有到达363 K)时,分别计算l1和l2两个液体的质量。 解:(1)根据题意,所画的相图示意图如下,

(2)CED线以上,是A和B的混合气体单相区,对于二组分系统,根据相律,条件自由度f?2;

*CFA线以左,是液体A中溶解了B的溶液l1,单相区,f*?2; CFE线之内,是气体与溶液l1的两相平衡共存区,f*?1; DGB线以右,是液体B中溶解了A的溶液l2,单相区,f*?2; DEG线之内,是气体与溶液l2的两相平衡共存区,f*?1; FEG线以下,是溶液l1与溶液l2的两相平衡共存区,f*?1;

(3)在由350 g液体A和150 g液体B组成的物系中,

wB?150 g?0.30

(150?350)g在wB?0.30的物系加热到接近363 K时,还是两个溶液组成的两相区,近似利用363 K时两液相的组成,以wB?0.30为支点,利用杠杆规则,计算l1和l2两个液相的质量

m(l1)?(0.30?0.10)?m(l2)?(0.85?0.30) m(l1)?m(l2)?(350?150)g?500 g

解得,m(l1)?367 g,m(l2)?133 g

13.乙酸(A)与苯(B)的相图如下图所示。已知其低共熔温度为265 K,低共熔混合物中含苯的质量分数wB?0.64。 (1)指出各相区所存在的相和自由度。

(2)说明CE,DE,FEG三条线的含义和自由度。