1、1,相平衡作业题3,2,20、已知活泼的轻金属Na（A）和K（B）的熔点分别为372.7K和336.9K,两者可以形成一个不稳定的化合物Na2K(s),该化合物在280K时分解为纯金属Na（s）和含K的摩尔分数为XB=0.42的熔化物.在258K时, Na（s）和K （s）有一个低共熔混合物,这时含K的 摩尔分数为XB=0.68,试 画出Na（s）和K （s） 的二组分低共熔相图,并 分析各点、线和面的相 态和自由度。,解:画出相图如右图:,3,4,21、在大气压力下，NaCl（s）与水组成的二组分系统在252K时有一个低共熔点，此时H2O（s） 、 NaCl.2H 2O（固）和质量分数为0.
2、223的NaCl水溶液三相共存。在264K时不稳定化合物NaCl.2H 2O （s） 分解为NaCl （s）和质量分数为0.27的 NaCl水溶液。已知无水NaCl在水中的溶解度受温度的影响不大,温度升高时，溶解度略有增加。 （1）试绘出NaCl（s）与水组成的二组分系统相图，并分析各部分的相态。 （2）若有1.0kg质量分数为0.28的的NaCl水溶液，由433K冷却到263K，试计算能分离出纯的NaCl的质量 。,解：（1）相图绘制：,5,根据题意，不稳定化合物为NaCl.2H 2O 。其组成为,画出相图如右图,6,图中各区域的相态为：,1l 2S NaCl+l 3l+ S H 2O 4S
3、 NaCl-2H 2O +l 5S H 2O + S NaCl-2H 2O 6S NaCl-2H 2O + S NaCl,（2）当1.0kg含NaCl28%的水液从433K冷却到263K，温度接近264K时，析出的纯NaCl质量最多，利用杠杆则求算如下：,7,22. Zn（A）与Mg（B）形成 的二组分低共熔相图具有两个低共熔点，一个含Mg的质量分数为 0.032,温度为641K,另一个含Mg的质量分数为 0.49,温度为620K,在系统的熔液组成曲线上有一个最高点,含Mg的质量分数为 0.157,温度为863K,已知Zn（s）和Mg（s）的熔点分别为692K和924K. （1）绘出Zn（A）
4、与Mg（B）形成 的二组分低共熔相图，并分析各区的相态和自由度。 （2）分别用相律说明,含Mg的质量分数为0. 8 和0.30 熔化物在从973K冷却到573K过程中的相变和自由度的变化;,8,（3）分别画出含Mg的质量分数为0. 8,0.49 和0.30 熔化物在从973K冷却到573K过程中的步冷曲线 。,解:绘出相图如图:,9,（2）分别用相律说明,含Mg的质量分数为0. 8 和0.30 熔化物在从973K冷却到573K过程中的相变和自由度的变化;,(3)见图,10,23、 SiO2-Al2O3二组分系统在耐火材料工业上具有重要意义。所示的相图是SiO2-Al2O3系统在高温区的相图，莫
5、莱石的组成为2Al2O3.3SiO2,在高温下SiO2有白硅石和鳞石英两种变体，AB线是这两种变体的转晶线，在AB线之上为白硅石，在AB线之下为鳞石英。,（1）指出各相区分别有哪些相组成； （2）图中三条水平线分别代表哪些相平衡共存； （3）画出从x、y、z冷却的步冷 曲线。,(该图莫莱石的位置不对),11,12,（3）从x、y、z开始冷却的步冷曲线见图.,13,24、指出下列 三个二组分系统相图中,各区域的平衡共存的相数、相态和自由度。,14,15,16,25、 UF4（s）， UF4 （l）的蒸气压与温度的关系分别由如下两个方程式表示，试计算UF4（s）， UF4 （l）， UF4 （g）
6、三相共存时的温度和压力。,解：三相共存时,17,26、某高原地区 大气压只有61.33kPa，如将下列四种物质在该地区加热，问哪种物质将直接升华？为什么？,18,解：升华是指从固态直接转化为气态，在单组分体系相图中从固态加热越过气固平衡线进入气相区，即可达到升华，但压力必须在三相点平衡压力以下。,现已知高原气压为61.33kPa，对照四种物质的三相点的压力。汞、苯、氯苯的三相点压力均比61.33kPa低，只有氩的三相点平衡压力为68.7kPa比高原气压高，才有可能将固态氩置于高原区加热时进行直接升华。,19,20,（3）电解槽的操作温度应高于哪个温度，为什么？ （4） KCl （S）加入的质量
7、分数应控制在哪个范围 内为好？,解：（1）绘出相图如图,21,（3）电解槽操作温度应高于629K，否则电解液完 全凝固，Li+无法向阴极移动而析出金属锂。,（2）加入KCl可与LiCl形成低共熔混合物，降低LiCl 的熔点，节约电能。,（4） KCl （S）加入的质量分数应控制在 WKCl50%为好。,28、金属Pb(s）和Ag(s）的熔点分别为600K和1233K，它们在578K时形成低共熔点混合物。已知Pb熔化时的摩尔熔化焓变为4858J.mol-1。设熔液是理想溶液，试计算低共熔混合物的组成（用摩尔分数表示）。,22,解：熔液是理想溶液，则：,29.经实验测得：（1）磷的三种状态，P（s
8、，红磷）， P（l）和P（g）达三相平衡时的温度和压力分别为863K和4.4MPa; （2）磷的另外三种状态，P（s，黑磷）， P（s，红磷）和,23,解：(1)画出相图如图 根据题意,在863K,4.4106Pa时三相平衡共存,P(s,红磷) P(l) P(g) ,图中a点.,根据题意,在923K,1.0107Pa时三相平衡共存,P（l）达三相平衡时的温度和压力分别为923K和10.0MPa; （3）已知P（s，黑磷）， P（s，红磷）和 P（l）的密度分别为:2.70103、 2.34103 和1.81103kg. m-3。,（4）P（s，黑磷）转化为 P（s，红磷）是吸热反应。,根据以上
9、数据，画出磷相图的示意图； P（s，黑磷）和P（s，红磷）的熔点随压力如何变化？,24,P(l) P(s,黑磷) P(s,红磷),图中b点.,依据Clapeyron方程:,气固平衡线和气液平衡线的dP/dT一定为正值,如图中的ca线和af线.,25,固液平衡线和固固平衡线的dP/dT的值,视两者的密度而定. (a)当固相红磷融化为液相达平衡时:P(s,红磷) P(l)已知(s,红磷)l,则Vm(s,红磷)0, fusHm 0,所以,如图中ab线所示。,(b)同理，固相黑磷融化为液相时的dP/dT0:,如图中be线所示。,26,(c)当固相黑磷融化为固相红磷达平衡时:P(s,黑磷) P (s,红
10、磷)已知该转化过程为吸热反应,(s,红磷)Vm (s,黑磷),Vm = Vm(s,红磷)- Vm (s,黑磷), 0, 所以,如图中bd线所示。,(2)红磷和黑磷的熔点都随压力的升高而升高.,27,解：各区域的相态如图中所示:,30.根据所示的（NH4）2SO4- Li2SO4-H2O三组分系 统在298K时的相图,（1）指出各区域存在 的相和条件自由度； （2）若将组成相当于x、 y、z点所代表的物系， 在298K时等温蒸发， 最先析出那种盐的晶 体，并写出复盐和水合盐的分子式。,28,(2)当将组成相当于x、y、z点所代表的系统在298K时分别恒温蒸发，物系点分别沿Ax、Ay、Az方向移动
11、，当Ax与ab相交时，首先析出固体B（NH4）2SO4），,Ay与bc相交时，首先析出复盐D（D中含（NH4）2SO4的质量分数为54.5%，由此可算出复盐的组成为（NH4）2SO4 .Li2SO4。,Az与cd相交时，首先析出水合盐E（E中含水的,质量分数为14.1%，由此可算出该水合盐的组成Li2SO4.H2O。,29,练习题 一.填空： 1.如果完全互溶的二组分液体混合物对拉乌尔定律 有较大的正偏差，在Tx图中就有一个最低点，该点代表的混合物的特是：液相的组成与气相的组成相同，该组成的溶液气化时好似纯物质一样 。 2、FeCl3和H2O形成四种水合物：FeCl3.6H2O、 2FeCl3
12、.3H2O、2 FeCl3.5H2O、FeCl3.2H2O 该体系的组分数是 2 ，在恒压下最多有 3 相平衡 共存。 3、固体NH4HS放入真空容器中，在一定温度下， 分解达平衡时，体系的物种数是 3 ，组分数是 1 ，相数是 2 ，自由度数是 0 。,30,4通常所说的水的冰点 不 是水的三相点；处于三相点的水，若增加压强,则 气、固 相消失；若降低压强，则 液、固 相消失；若增加温度整个体系变为气相；若降低温度整个体系变为固相； 5水的相图与硫的相图比较，前者的熔点随压力升高 而降低 ；而后的者熔点却随压力升高而升高；其主要原因是前者液相的密度大于固相的密度，而后者则相反 。 6描述单组
13、分体系两相平衡的基本定量方程是克拉贝龙方程，其形式 为；但对于气、固或气、液平衡体系，便可应用 克劳修斯克拉贝龙方程,其形式为 ；后一方程较前一,31,方程至少引进了两项近似，其一为忽略了凝聚相的体积，其二为将气相视为理想气体。若将其写成ln= 的形式，则又引进了一个近似条件是将气化热或升华热视为常数 。 二是非题： 1熔化的锌锡合金冷却时，无论组成如何，总是凝固点高的锌先析出。 （） 2、NaHCO3（s）部分分解为Na2CO3（s），H2O（g），CO2（g）达成平衡，则组分数为1，自由度数为0 。（C=2，f=1）（） 3对二组分体系能平衡共存的最多相数为3 .（）,32,4. 对单组分
14、体系，根据相律f=C-+2，因f0，故 3，所以单组分体系只有一个三相点。（） 5相图中的化合物与一般化学物质的化合物的不同 之处是，前者只能固态时存在，熔融时便分解，而 后者在熔融状态时一般仍能存在。 （） 三选择题： 1、当A与B两种组分形成完全互溶的液态混合物，由于A与B分子间能形成氢键，则该双液系可能 出现：（A）最高恒沸点； （B）最低恒沸点；（C）沸点低于B的沸点；（D）沸点低于A的沸点 2在相图中，当物系处于下列哪一点时只存在一个相？,33,（A）恒沸点； （B）熔点；（C）临界点； （D）低共熔点 3具有最低恒沸点的某二组分体系，在其Tx图的最低点有（A）f=0，xAg =xAl （B）f=0，xAg =xBg ；（C）f=1，xBg =xBl （D）f=1，xAl =xBl ； 4实验室绘制水盐体系的相图，一般常采用的方法是：（A）电导法； （B）溶解度法；（C）热分析法；（D）色谱法 5在0到100的范围内液态水的蒸气压P与T的关系为 lgP/mmHg=- 2265/T+8.977,某高原地区的气压只有450mmHg，则该地区的沸点为：（A）358.2K（B）85.2; (C)385.2K; (D)373K,34,6. 对二组分体系能平衡共存的最多相数为:(A)1; (B)2; (C)3; (D)4,
