物理化学课后习题答案文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
第六章 相平衡
指出下列平衡系统中的组分数C ，相数P 及自由度F 。 （1） I 2(s)与其蒸气成平衡；
（2） CaCO 3(s)与其分解产物CaO(s)和CO 2(g)成平衡；
（3） NH 4HS(s)放入一抽空的容器中，并与其分解产物NH 3(g)和H 2S(g)成平衡；
（4） 取任意量的NH 3(g)和H 2S(g)与NH 4HS(s)成平衡。
（5） I 2作为溶质在两不互溶液体H 2O 和CCl 4中达到分配平衡（凝聚系统）。 解： （1）C = 1, P = 2, F = C – P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1. （2）C = 3 – 1 = 2, P = 3, F = C –P + 2 = 2 – 3 + 2 = 1. （3）C = 3 – 1 – 1 = 1, P = 2, F = C – P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1. （4）C = 3 – 1 = 2, P = 2, F = C – P + 2 = 2 – 2 + 2 = 2. （5）C = 3, P = 2, F = C – P + 1 = 3 – 2 + 1 = 2.
常见的Na 2CO 3(s)水合物有Na 2CO 3H 2O(s)，Na 2CO 37H 2O(s)和Na 2CO 310H 2O(s). （1）下，与Na 2CO 3水溶液及冰平衡共存的水合物最多能有几种 （2）20℃时，与水蒸气平衡的水合物最多可能有几种 解:（1）C = S – R - R' = 2 – 0 – 0 =2
F = C – P + 1 =2 –P + 1= 3 – P ≥0， 即P-2≤1，那么能与Na 2CO 3水溶液及冰平衡共存的水合物最多只有一种。 （2）C = S – R - R' = 2 – 0 – 0 =2
F = C – P + 1 =2 –P + 1= 3 – P ≥0，即P-1≤2，那么与水蒸气平衡的
水合物最多可能有两种。
单组分系统碳的想吐（示意图）如附图所示。
（1）分析图中各点、线、面的相平衡关系及自由度数； （2）25℃，下，碳以什么状态稳定存在
（3）增加压力可以使石墨转换为金刚石。已知石墨的摩尔体积大于金刚石的摩尔体积，那么加压使石墨转换为金刚石的过程吸热还是放热 解：（1）OA 线——石墨和金刚石的平衡 F=1
OB 线——石墨和液相碳的平衡 F=1 OC 线——金刚石和液相碳的平衡 F=1 O 点 ——石墨，金刚石和液相碳的三相平衡点 F=0 A 点 ——石墨和金刚石的不可区分点 B 点 ——石墨和液相碳的不可区分点 C 点 ——金刚石和液相碳的不可区分点
（2）从相图上可直接读得，碳在25℃，时稳定存在的形式是石墨；
（3）由克拉佩龙方程：m
m V T H dT dp βαβ
α∆∆=
若增加压力：0>dT dp
，即 0>m
m V T H βαβα∆∆，又有 00已知甲苯、苯在90 C 下纯液体的饱和蒸气压分别为 kPa 和 kPa 。两者可形成理想液态混合物。取200.0 g 甲苯和200.0 g 苯置于带活塞的导热容器中，始态为一定压力下90 C 的液态混合物。在恒温90 C 下逐渐降低压力，问 （1） 压力降到多少时，开始产生气相，此气相的组成如何 （2） 压力降到多少时，液相开始消失，最后一滴液相的组成如何
（3） 压力为 kPa 时，系统内气-液两相平衡，两相的组成如何两相的物质的量各位多少
解：原始溶液的组成为
（1）刚开始出现气相时，可认为液相的组成不变，因此
（2）只剩最后一滴液体时，可认为气相的组成等于原始溶液的组成 （3）根据（2）的结果 由杠杆原理知，
kPa 下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。
（1）画出气-液平衡的温度-组成图。
（2）从图上找出组成为的气相的泡点。
（3）从图上找出组成为的液相的露点。
（4） C时气-液平衡两相的组成是多少
（5） 9 kg水与30 kg醋酸组成的系统在 C达到平衡时，气-液两相的质量各位多少
解：（1）气-液平衡的温度-组成图为
（2）的气相的泡点为 C。
（3）的液相的露点为 C。
（4） C时气-液平衡两相的组成，。
（5）系统代表点
已知水-苯酚系统在30 C液-液平衡时共轭溶液的组成为：L
（苯酚溶
1
（水溶于苯酚）， %。
于水）， %；L
2
（1）在30 C，100 g苯酚和200 g水形成的系统达液-液平衡时，两液相的质量各为多少
（2）在上述系统中若再加入100 g苯酚，又达到相平衡时，两液相的质量各变到多少
解：（1）系统代表点，根据杠杆原理
（3）系统代表点
水-异丁醇系统液相部分互溶。在 kPa下，系
统的共沸点为 C。气(G)、液(L
1)、液(L
2
)三相平
衡时的组成依次
为： %； %； %。今由350 g水和150 g异丁醇形成的系统在 kPa压力下由室温加热，问：
（1）温度刚要达到共沸点时，系统处于相平衡时存在哪些相其质量各为多少
（2）当温度由共沸点刚有上升趋势时，系统处于相平衡时存在哪些相其质量各为多少
解：相图见图（6.7.2）。（1）温度刚要达到共沸点时系统中尚无气相存在，只存在两个共轭液相。系统代表点为。根据杠杆原理
（2）当温度由共沸点刚有上升趋势时，L
2消失，气相和L
1
共存，因此
为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在 kPa压力下用水蒸气蒸馏。已知：在此压力下该系统的共沸点为80 C，80 C时水的饱和蒸气压为 kPa。试求：
（1）气相的组成（含甲苯的摩尔分数）；
（2）欲蒸出100 kg纯甲苯，需要消耗水蒸气多少千克
解：沸腾时系统的压力为 kPa，因此
消耗水蒸气的量
