物化课后答案(1)

6.1 指出下列平衡系统中的组分数C，相数P及自由度F。 （1） I2(s)与其蒸气成平衡；

（2） CaCO3(s)与其分解产物CaO(s)和CO2(g)成平衡；

（3） NH4HS(s)放入一抽空的容器中，并与其分解产物NH3(g)和H2S(g)成平衡；

（4） 取任意量的NH3(g)和H2S(g)与NH4HS(s)成平衡。

（5） I2作为溶质在两不互溶液体H2O和CCl4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.

6.2 已知液体甲苯（A）和液体苯（B）在90 C时的饱和蒸气压分别为

=

和

。两者可形成理想液态混合物。今有系

统组成为若气相组成为

的甲苯-苯混合物5 mol，在90 C下成气-液两相平衡，

求：

（1） 平衡时液相组成

及系统的压力p。

（2） 平衡时气、液两相的物质的量

解：（1）对于理想液态混合物，每个组分服从Raoult定律，因此

（2）系统代表点

，根据杠杆原理

6.3 单组分系统的相图示意如右图。 试用相律分析途中各点、线、面的相 平衡关系及自由度。

2

解：单相区已标于图上。 二相线（F = 1）：

三相点（F = 0）：

图中虚线表示介稳态。

6.4 已知甲苯、苯在90 C下纯液体的饱和蒸气压分别为.22 kPa和136.12 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

（3） 压力为92.00 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

4

由杠杆原理知，

6.5 25 C丙醇(A) –水(B)系统气–液两相平衡时两组分蒸气分压与液相组成的关系如下：

0 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 0.95 0.98 1 0 2.90 2.59 2.37 2.07 1. 1.81 1.44 0.67 0 1.08 1.79 2.65 2. 2.91 3.09 3.13 3.17 （1） 画出完整的压力-组成图（包括蒸气分压及总压，液相线及气相线）； （2） 组成为求平衡时气相组成

的系统在平衡压力及液相组成

。

下，气-液两相平衡，

5

（3） 上述系统5 mol，在下达到平衡时，气相、液相的物

质的量各为多少？气相中含丙醇和水的物质的量各为多少？ （4） 上述系统10 kg，在各为多少？ 解：（略）

6.6 101.325 kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。

100 0 0 102.1 0.300 0.185 104.4 0.500 0.374 107.5 0.700 0.575 113.8 0.900 0.833 118.1 1.000 1.000 下达平衡时，气相、液相的质量

（1） 画出气-液平衡的温度-组成图。 （2） 从图上找出组成为（3） 从图上找出组成为

的气相的泡点。 的液相的露点。

（4） 105.0 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105.0 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

6

2）的气相的泡点为110.3 C。 3）

的液相的露点为112.7 C。

4）105.0 C时气-液平衡两相的组成，

。5）系统代表点

7 （ （

（ （

6.7 已知水-苯酚系统在30 C液-液平衡时共轭溶液的组成L1（苯酚溶于水），8.75 %；L2（水溶于苯酚），69.9 %。

为：

（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）系统代表点原理

，根据杠杆

（3） 系统代表点

6.8 水-异丁醇系统液相部分互溶。在101.325 kPa下，系统的共沸点为.7 C。气(G)、液(L1)、液(L2)三相平衡时的组成

依次为：

70.0 %；8.7 %；85.0 %。今由350 g水和150 g异丁醇形成的系统在101.325 kPa压力下由室温加热，问：

8

（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，L2消失，气相和L1共存，因此

9

6.9 恒压下二组分液态部分互溶系统气-液平衡的温度-组成图如附图，指出四个区域内平衡的相。 解：各相区已标于图上。

l1, B in A. l2, A in B.

6.10 为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯，在86.0 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47.3 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86.0 kPa，因此

消耗水蒸气的量

6.11 液体H2O(A)，CCl4(B)的饱和蒸气压与温度的关系如下：

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40 7.38 28.8 50 12.33 42.3 60 19.92 60.1 70 31.16 82.9 80 47.34 112.4 90 70.10 149.6 两液体成完全不互溶系统。

（1） 绘出H2O-CCl4系统气、液、液三相平衡时气相中H2O，CCl4的蒸气分压对温度的关系曲线；

（2） 从图中找出系统在外压101.325 kPa下的共沸点； （3） 某组成为

（含CCl4的摩尔分数）的H2O-CCl4气体混合物在

101.325 kPa下恒压冷却到80 C时，开始凝结出液体水，求此混合气体的组成；

（4） 上述气体混合物继续冷却至 70 C时，气相组成如何； （5） 上述气体混合物冷却到多少度时，CCl4也凝结成液体，此时气相组成如何？

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（2）外压101.325 kPa下的共沸点为66.53 C。

（3）开始凝结出液体水时，气相中H2O的分压为43.37 C，因此

（4） 上述气体混合物继续冷却至 70 C时，水的饱和蒸气压，即水在气相中的分压，为31.16 kPa，CCl4的分压为101.325 – 31.36 = 70.165 kPa,没有达到CCl4的饱和蒸气压，CCl4没有冷凝，故

（5） 上述气体混合物继续冷却至66.53 C时，CCl4也凝结成液体（共沸），此时H2O和CCl4的分压分别为26.818 kPa和74.507 kPa，因此

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6.12 A–B二组分液态部分互溶系统的液-固平衡相图如附图，试指出各个相区的相平衡关系，各条线所代表的意义，以及三相线所代表的相平衡关系。

解：单项区, 1：A和B的混合溶液 l。 二相区：

2, l1 + l2; 3, l2 + B(s); 4, l1 + A(s) 5, l1 + B(s); 6, A(s) + B(s)

三项线： MNO, IJK,

LJ, 凝固点降低（A），JM, 凝固点降低（B），NV, 凝固点降低（B） MUN, 溶解度曲线。

6.13 固态完全互溶、具有最高熔点的A-B二组分凝聚系统相图如附图。指出各相区的相平衡关系、各条线的意义并绘出状态点为a，b的样品的冷却曲线。

解：单项区：1 (A + B, 液态溶液, l)

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4 (A + B, 固态溶液, s) 二相区：

2 (l1 + s1), 3 (l2 + s2)

上方曲线，液相线，表示开始有固 溶体产生；下方曲线，固相线，表 示液态溶液开始消失。 冷却曲线如图所示

6.18 利用下列数据，粗略地绘制出Mg-Cu二组分凝聚系统相图，并标出各区的稳定相。Mg与Cu的熔点分别为8 C、1085 C。两者可形成两种稳定化合物Mg2Cu，MgCu2，其熔点依次为580C、800 C。两种金属与两种化合物四者之间形成三种低共熔混合物。低混合物的组成w(Cu)及低共熔点对应为：35%, 380 C; 66 %, 560 C; 90.6 %, 680 C。 解：两稳定化合物的w(Cu)分别为

11章

14

9． 某一级反应率为

，初始速率为。求

和初始浓度

。

，1 h后速

解：一级反应的速率方程

18． 溶液反应

的速率方程为

20 ºC，反应开始时只有两反应物，其初始浓度依次为

，反应20 h后，测得

解：题给条件下，在时刻t有

，因此

，，求k。

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积分得到

23． 在500 ºC及初压为101.325 kPa时，某碳氢化合物的气相分解反应的半衰期为2 s。若初压降为10.133 kPa,则半衰期增加为20 s。求速率常数。

解：根据所给数据，反应的半衰期与初压成反比，该反应为2级反应。

27． 某溶液中反应

，开始时反应物A与B的物质的量相等，

没有产物C。1 h后A的转化率为75%，问2 h后A尚有多少未反应？假设：

（1）对A为一级，对B为零级； （2）对A、B皆为1级。

解：用 表示A的转化率。对于（1），反应的速率方程为

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对（2），由于A与B的初始浓度相同，速率方程为

30． 65 ºC时

气相分解的速率常数为

。

，活化能为

，求80 ºC时的k及

解：根据Arrhenius公式

根据k的单位，该反应为一级反应

32． 双光气分解反应

为一级反应。将一定量

双光气迅速引入一个280 ºC的容器中，751 s后测得系统的压力为2.710

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kPa；经过长时间反应完了后系统压力为4.008 kPa。305 ºC时重复试验，经 320 s系统压力为2.838 kPa；反应完了后系统压力为3.5 kPa。求活化能。

解：根据反应计量式

，设活化能不随温度变化

44． 若反应

有如下机理，求各机理以

表示的速率常数。

（1）

（2） （3） 解：

（1）应用控制步骤近似法，

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（2）

（4） 应用控制步骤近似法，反应的速率等于第一步的速率，而AB的生成速率为总反应速率的2倍：

46． 若反应速率方程。

的机理如下，求以

表示的

解：应用控制步骤法近似

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