第六章 相平衡
一
、单项选择题(每题2分,共20题)
1、对于形成简单低共熔混合物的二元相图，当组成为x 的系统平衡冷却到T 时（如下图所示），固液二相的质量比为（ ）。
A、ms:ml=ac:ab
B、ms:ml=bc:ab
C、ms:ml=ac:bc
D、ms:ml=bc:ac
2、在二组分系统恒温或恒压相图中，系统点与相点一致的是（ ）。
A、三相线
B、单相区
C、两相平衡区
D、不存在
3、p 时，A液体与B液体在纯态时的饱和蒸气压分别为40 kPa和46.65 kPa，在此压力下，A，B形成的完全互溶二组分系统在xA=0.5时，组分A和组分B的平衡分压力分别是13.33 kPa和20 kPa，则此二组分系统常压下的T-x图为下列图中的( )。
A、(1) B、(2)
C、(3)
4、A，B双组分液态完全互溶系统，若其p-x图上p-x曲线出现极小值，则其t-x图上，t-x曲线：( )。
A、有极大值；
B、有极小值；
C、没有极值。
5、在相图上，系统只存在一个相的点有（ ）。
A、熔点
B、低共熔点
C、恒沸点
D、临界点
6、根据吉布斯相律，双组分平衡系统的最大自由度数为：( )。
A、2
B、3
C、1
7、在101325 Pa的压力下，I2在液态水和CCl4中达到分配平衡(无固态碘存在)则该系统的条件自由度数为：( )。
A、f’= 1
B、f’=2
C、f’=0
D、f’=3
8、 已知纯液体A和B，其沸点分别为t*A=116 °C，t*B=80 °C，A和B可以形成双组分理想液态混合物，将某一定组成的该液态混合物进行精馏(完全分离)时，则：( )。
第六章 相平衡 考研辅导题答案
说明：如果答案有问题，请及时联系
1、指出下列平衡体系中的物种数、组分数、相数和自由度数
（1）Ca(OH)2(s) 与CaO(s)和H2O(g)呈平衡
S=3 R=1 R’=0 所以 C=3-1-0=2 P=3 F=2-3+2=1
（2）I2在液态水和CCl4中分配达平衡（无固体存在）
S=3=C P=2 F=3-2+2=3
（3）将固体NH4HCO3(S)放入真空容器中恒温至400K， NH4HCO3(S)分解达平衡NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)
S=4 R=1 R’=2 C=1 P=2 F=1-2+1=0
（4）含有KNO3和NaCl的水溶液与纯水达渗透平衡
C=3 P=2 F=3-2+3=4
(5)N2(g)，O2(g) 体系中加入一种固体催化剂，可生成几种气态氮的氧化物
S=3 P=2 C=3-0-0=3 F=3-2+2=3
2、CuSO4与水可生成CuSO4·H2O，CuSO4·3H2O和CuSO4·5H2O三种水合物，则在一定温度下与水蒸气平衡的含水盐最多为 （ 2 ） 种；在一定压力下，有（ 2 ）种水合物能与水蒸气平衡共存
3、有某平衡系统，其中aa’为刚性壁，只能透过O2(g) ,bb’为半透膜，O2(g)N2(g)H2O(g)均不能通过。试分析
（1）该平衡系统的组分数。
S=6 R=1 R’=0 C=5
（2）该平衡系统的相数和相态。
P=6
（3）该平衡系统的有哪些平衡条件。
相平衡H2O(g)=H2O(l) 化学平衡 CaO(s)=Ca(s)+1/2O2(g) N2(g),
第六章 相平衡
一．基本要求
1．掌握相平衡的一些基本概念，会熟练运用相律来判断系统的组分数、相数和自由度数。
2．能看懂单组分系统的相图，理解相图中的点、线和面的含义及自由度，知道相图中两相平衡线的斜率是如何用Clapeyron方程和Clausius-Clapeyron方程确定的，了解三相点与凝固点的区别。
3．能看懂二组分液态混合物的相图，会在两相区使用杠杆规则，了解蒸馏与精馏的原理，知道最低和最高恒沸混合物产生的原因。
4．了解部分互溶双液系和完全不互溶双液系相图的特点，掌握水蒸汽蒸馏的原理。
5．掌握如何用热分析法绘制相图，会分析低共熔相图上的相区、平衡线和特殊点所包含的相数、相的状态和自由度，会从相图上的任意点绘制冷却时的步冷曲线。了解二组分低共熔相图和水盐相图在湿法冶金、分离和提纯等方面的应用。
6．了解生成稳定化合物、不稳定化合物和形成固溶体相图的特点，知道如何利用相图来提纯物质。
二．把握学习要点的建议
相律是本章的重要内容之一，不一定要详细了解相律的推导，而必须理解相律中各个物理量的意义以及如何求算组分数，并能熟练地运用相律。
水的相图是最简单也是最基本的相图，要把图中的点、线、面的含义搞清楚，知道确定两相平衡线的斜率，学会进行自由度的分析，了解三相点与凝固点的区别，为以后看懂相图和分析相图打好基础。
超临界流体目前是分离和反应领域中的一个研究热点，了解一些二氧化碳超临界流体在萃取方面的应用例子，可以扩展自己的知识面，提高学习兴趣。
二组分理想液态混合物的相图是二组分系统中最基本的相图，要根据纵坐标是压力还是温度来确定气相区和液相区的位置，理解气相和液相组成为什么会随着压力或温度的改变而改变，了解各区的条件自由度（在二组分相图上都是条件自由度），为以后看懂复杂的二组分相图打下基础。
最高（或最低）恒沸混合物不是化合物，是混合物，这混合物与化合物的最根本的区别在于，恒沸混合物含有两种化合物的分子，恒沸点的温度会随着外压的改变而改变，而且两种分子在气相和液相中的比例也会随之而改变，即恒沸混合物的组成也会随着外压的改变而改变，这与化合物有本质的区别。
第四章 相平衡
思考题
1. 纯氮气和空气算一个相吗？
【解】纯氮气和空气各算一个相。
2. 当两个相的温度相同但压力不同时，两个相能达到平衡吗？如果两相的压力相同而温度不同，两相能达到平衡吗？
【解】一般而言，当系统达到热力学平衡时，系统将同时满足热平衡、力平衡、相平衡和化学平衡。具体到相平衡，其条件是各物质在两相中的化学势相同。影响化学势的因素有温度和压力，达到相平衡时一般温度和压力亦相等。如果温度相同，而压力不等同样有达到相平衡的可能，如渗透系统；同样地，在压力相同而温度不同的情况下，也应该有达到相平衡的可能性。
3. 在抽空的真空容器中，有一定量的NH4HS（s），加热后NH4HS（s）分解，试说明组分数和自由度。
【解】分解反应为NH4HS（s）→ NH3（g）+ H2S（g），组分数K = 3 - 1 – 1 = 1，
自由度f = 1 - 2 + 2 = 1。
4. 恒温恒压下，某葡萄糖和氯化钠同时溶于水中，用一张只允许水通过的半透膜将此溶液与纯水分开。当系统达到平衡后，系统的自由度为多少？
【解】f** = 3 - 2 + 1 = 2。
5. 说明物系点和相点的区别，什么时候物系点和相点是统一的？
【解】物系点表示系统的组成，而相点表示系统相的组成。当系统是单相的时候，两者是重合的。
6. 图4-2中，当系统处于临界点C 时，自由度是多少？
【解】自由度等于零。
7. 如用二氧化碳超临界流体作萃取剂，最低的工作压力是多少？能在室温下进行此操作
吗？
【解】二氧化碳的临界参数是tc = 31.26℃、pc = 7.2 MPa，因此最低压力是7.2 MPa。因为tc = 31.26℃ 十分接近典型的室温值25℃，因此CO2 超临界流体萃取可以在近室温下操作。
8. 在一高压容器中有足够量的水，向容器中充入氮气压力到10 MPa，这时还能用Clausius-Clapeyron 方程计算水的沸点吗？
