天津大学第五版物理化学下册习题解答Word格式文档下载.doc
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在恒温90℃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92.00kPa时,系统内气、液两相平衡,两相组成如何?
两相的物质的量各多少?
(1)与开始产生气相平衡的液相,其组成同原始液态混合物,所以气相的压力为
气相组成为
(2)与最后一滴液相平衡的气相,其组成同原始液态混合物
上两式联立解得:
(3)
原始液态混合物的组成为
6-6101.325kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下:
t/℃
100
102.1
104.4
107.5
113.8
118.1
xB
0.300
0.500
0.700
0.900
1.000
yB
0.185
0.374
0.575
0.833
(1)画出气-液平衡的温度-组成图;
(2)从图上找出组成为xB=0.800的液相的泡点;
(3)从图上找出组成为yB=0.800的气相的露点;
(4)105.0℃时气-液平衡两相组成是多少?
(5)9kg水与30kg醋酸组成的系统在105.0℃达到平衡时,气、液两相的质量各为多少?
(1)根据题给的数据,画出在101.325kPa下水(A)-醋酸(B)系统气-液平衡的温度-组成图,如下图所示。
(2)由图查得xB=0.800的液相的泡点为110.2℃。
(3)由图查得yB=0.800的液相的露点为112.8℃。
(4)由图查得105.0℃时气-液平衡两相的组成为xB=0.544,yB=0.417。
(5)MA=60.052,MB=18.015,yB=0.417,xB=544
系统的总组成
系统总量n总=(30×
103/60.052+9×
103/18.015)mol=999.15mol
根据杠杆规则
6-7已知水-苯酚系统在30℃液-液平衡时共轭溶液的组成w(苯酚)为:
(苯酚溶于水),8.75%;
(水溶于苯酚),69.9%。
问:
(1)在30℃、100g苯酚和200g水形成的系统达到液-液平衡时,两液相的质量各为多少?
(2)在上述系统中再加入100g苯酚,又达到相平衡时,两液相的质量各为多少?
解
(1)系统总组成
根据杠杆规则:
(2)系统总组成
6-8水-异丁醇系统液相部分互溶。
在101.325kPa下,系统的共沸点为89.7℃。
气(G)、液(L1)、液(L2)三相平衡时的组成w(异丁醇)依次为:
70%、8.7%、85.0%。
今由350g水和150g异丁醇形成的系统在标准压力下由室温加热,问:
(1)温度刚要达到共沸点时,系统处于相平衡时存在那些相?
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那些相?
解:
系统总组成为:
150/(150+350)=30%
(1)存在液(L1)、液(L2)二相平衡,根据杠杆规则,得
(2)存在液(L1)、液(L2)二相平衡,根据杠杆规则,得
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(见教材p295),指出四个区域内平衡的相。
四个区域内平衡的相如图中标注。
6-10为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯,在86.0kPa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℃,80℃时水的饱和蒸气压为47.3kPa。
试求:
(1)气相的组成(含甲苯的摩尔分数);
(2)欲蒸出100kg纯甲苯,需要消耗蒸气多少?
(1)y甲苯=p甲苯/p=(86.0-47.3)/86.0=0.450
(2)
6-11A-B二组分液态部分互溶系统的液-固平衡相图如附图(见教材P296),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。
该图各个相区的相平衡关系如下图所标注。
mb线表示A(s)与L1两相平衡共存;
bd线表示B(s)与L1两相平衡共存;
dLe线表示L1与L2两液相平衡共存;
ef线表示B(s)与L2两相平衡共存。
有两条三相线,即:
abc线表示A(s)、B(s)及液相L1三相平衡共存,def线表示B(s)、液相L1及液相L2三相平衡共存。
有三个三相点即b、d、e点。
题6.11
6-12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(见教材p297)。
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的样品的泠却曲线。
各相区的相平衡关系及状态点为a、b的样品的泠却曲线如图所标注。
HN那条线为液相线(液态熔体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。
同理,NO那条线为液相线(液态熔体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。
图6.12附图
6-13低温时固态部分互溶、高温时固态完全互溶且具有最低熔点的A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p385)。
指出各相区的相平衡关系、各条线代表意义。
各相区的相平衡关系如图所注。
HIK线是固熔体S1与固熔体S2的两相平衡共存线,POQ那条线为液相线(液态熔体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。
题6.14附图
6-15二元凝聚系统Hg-Cd相图示意如附图(见教材p297)。
指出各个相区的稳定相,三相线上的相平衡关系。
各个相区的稳定相如图中标注。
两条三相线上的相平衡关系如下:
abc线:
;
def线:
(α,β,γ为不同组成的固溶体)。
6-16某A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p297)。
(1)指出各相区稳定存在的相;
(2)指出图中的三相线。
三相线上哪几个相成平衡?
三者之间的相平衡关系如何?
(3)绘出图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线,并注明各阶段时的相变化。
(1)各相区稳定存在的相如图所注。
(2)该图上有两条三相线,即efg线是α固熔体与γ固熔体和液相L相平衡,hij线是液相L与γ固熔体和β固熔体相平衡。
(3)图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线如图右所示,a→a1,组成为a的液态溶液降温,达到a1点时开始析出γ固熔体,进入两相平衡区,继续泠却达到a2时,开始析出第三相α固熔体,成三相平衡,直至液体全部凝结成α固熔体与γ固熔体后,即自a2后继续泠却进入α固熔体与γ固熔体平衡区;
组成为b的液态溶液降温,达到b1点时开始析出γ固熔体和β固熔体,成三相平衡,继续泠却β固熔体消失,进入液体l和γ固熔体,当泠却达到b3时,直至液体消失,然后进入γ固熔体单相区;
组成为c的液态溶液降温,达到c1点时开始析出β固熔体,进入两相平衡区,继续泠却达到c2时,开始析出第三相γ固熔体,成三相平衡,此后进入β固熔体与γ固熔体两相平衡区。
6-17某A-B二组分凝聚系统相图如附图(见p297)。
指出各相区的稳定相,三相线上的相平衡关系。
解:
各相区的稳定相如6-17图中所标,α,β为不同组成的、固溶体。
两条三相线上的相平衡关系为
efg线:
6-18利用下列数据,粗略绘出Mg-Cu二组分凝聚系统相图,并标出各相区的稳定相。
L+Mg2Cu(s)
L+MgCu2(s)
L+Cu(s)
L
Mg与Cu的熔点分别为648℃、1085℃。
两者可形成两种稳定化合物,Mg2Cu,MgCu2,其熔点依次为580℃、800℃。
两种金属与两种化合物四者之间形成三种低共熔混合物。
低共熔混合物的组成(含Cu%(质量))及低共熔点对应为:
Cu:
35%,380℃;
L+Mg(s)
66%,560℃;
90.6%,680℃。
MgCu2(s)
+
Mg2Cu(s)
Mg2Cu(s)+Mg(s)
由题给的数据,绘出Mg-Cu二组分凝聚系统相图如右图所示。
各相区的稳定相如图所示。
Cu(s)+MgCu2(s)
6-19绘出生成不稳定化合物系统液-固平衡相图(见p298)中状态点为a、b、c、d、e、f、g的样品的泠却曲线。
根据题意,作出各条泠却曲线,如图所示。
6-20A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p298)。
三相线上的相平衡关系如下:
ghi线:
6-21某A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p298)。
标出各个相区的稳定相,并指出图中三相线上的相平衡关系。
各相区的稳定相如图中所注。
该相图有两条三相线,即abc线和def线,abc线代表L+αC(s)三相平衡,def线代表L+βC(s)三相平衡。
6-22指出附图(教材p298)中二元凝聚系统相图如内各相区的稳定相,并指出三相线及三相平衡关系。
各相区的稳定相如图所注:
C1=C1(s),C2=C2(s),B=B(s)。
该相图有三条三相线,即EFG线、HIJ线及NOP线:
EFG线表示L+αC1(s)三相平衡,HIJ线表示L+C1(s)C2(s)三相平衡,NOP线表示L+B(s)C2(s)三相平衡。
图6-22
6-23指出附图(教材p387)中二元凝聚系统相图如内各相区的稳定相,并指出三相线及三相平衡关系。
该相图有三条三相线,即abc线、def线及ghi线:
abc线表示L+αC1(s)三相平衡,def线表示L+C2(s)C1(s)三相平衡,ghi线表示L+B(s)C2(s)三相平衡。
6-2425℃时,苯-水-乙醇系统的相互溶解度数据(%(质量))如下:
苯
0.1
0.4
1.3
4.4
9.2
12.8
17.5
20.0
30.0
水
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
35.0
27.7
20.5
乙醇
19.9
29.6
38.7
45.6
50.8
52.2
52.5
52.3
49.5
53.0
90.0
95.0
15.2
11.0
9.8
7.5
4.6
2.3
0.8
0.2
44.8
39.0
37.2
32.52
25.4
17.7
4.8
(1)绘出三组分液-液平衡相图;
(2)在1kg质量比为42∶52的苯与水的混合液(两相)中加入多少克的纯乙醇才能使系统成为单一液相,此时溶液组成如何?
(3)为了萃取乙醇,往1kg含苯60%、乙醇40%(质量)的溶液中加入1kg水,此时系统分成两层。
上层的组成为:
苯95.7%,水0.2%,乙醇4.1%。
问水层中能萃取出乙醇多少?
萃取效率(已萃取出的乙醇占乙醇的总量的百分数)多大?
(1)由题给的数据,在等边三角形坐标纸上,绘出苯-水-乙醇三组分系统液-液平衡相图,如下图所示。
(2)在苯-水坐标上找出苯与水的质量比为42∶52的D点,将CD联成直线与曲线相交于E点。
在1kg质量比为42∶52的苯与水的混合液中加入纯乙醇,溶液的总组成沿着DC线变化,当加到E点时,系统开始澄清成为一相。
E点的组成为:
苯19.6%,乙醇52.4%,水28.0%。
所以m乙醇=1kg=1.101kg
图6.24
(3)因1kg含乙醇40%,苯60%的溶液中乙醇量为0.4kg,苯量为0.6kg,加入1kg水后形成的系统总量为2kg,故系统的总组成为{乙醇20%,苯30%,水50%},在图中为N点,此时系统分为共轭的液层:
已知上层(苯层)的组成为{乙醇4.1%,苯95.7%,水0.2%},以F点表示;
将FN联一直线与曲线交于G点,此点的组成即下层(水层)的组成为{乙醇27.2%,苯0.3%,水72.5%}。
m下层(30-0.3)=(2kg-m下层)(95.7-30)∴m下层=1.38kg
下层(水层)中含乙醇的量m乙醇=1.38kg×
27.2%=0.375kg
萃取效率=
增加题在325℃时,Hg的蒸气压为55.49kPa,同温度下Tl-Hg合金中Hg的分压及摩尔分数如下:
xHg
0.957
0.915
0.836
0.664
0.497
pHg/kPa
55.49
53.00
50.00
44.55
33.40
24.03
求对应于各浓度时汞的活度及活度因子(系数)。
选择纯Hg在325℃时的状态=55.49kPa作为标准态最为合适,活度及活度系数就可用下两式求出,结果列在下表。
,
aHg
1
0.9551
0.9011
0.8028
0.6019
0.4331
γHg
0.9980
0.9848
0.9603
0.9065
0.8713
第七章电化学
7.1用铂电极电解CuCl2溶液。
通过的电流为20A,经过15min后,问:
(1)在阴极上能析出多少质量的Cu?
(2)在的27℃,100kPa下阳极上能析出多少体积的的Cl2(g)?
电极反应为:
阴极:
Cu2++2e-→Cu阳极:
2Cl--2e-→Cl2(g)
则:
z=2
根据:
Q=nzF=It
因此:
m(Cu)=n(Cu)×
M(Cu)=9.326×
10-2×
63.546=5.927g
又因为:
n(Cu)=n(Cl2)pV(Cl2)=n(Cl2)RT
7.2用Pb(s)电极电解PbNO3溶液。
已知溶液浓度为1g水中含有PbNO3
1.66×
10-2g。
通电一定时间后,测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g的银沉积。
阳极区的溶液质量为62.50g,其中含有PbNO31.151g,计算Pb2+的迁移数。
解法1:
解该类问题主要依据电极区的物料守恒(溶液是电中性的)。
显然阳极区溶液中Pb2+的总量的改变如下:
n电解后(Pb2+)=n电解前(Pb2+)+n电解(Pb2+)-n迁移(Pb2+)
n迁移(Pb2+)=n电解前(Pb2+)+n电解(Pb2+)-n电解后(Pb2+)
n电解(Pb2+)=n电解(Ag)=
n迁移(Pb2+)=6.150×
10-3+1.537×
10-3-6.950×
10-3=7.358×
10-4mol
解法2:
显然阳极区溶液中的总量的改变如下:
n电解后()=n电解前()+n迁移()
n迁移()=n电解后()-n电解前()
n电解后()=
n电解前()=
n迁移()=6.950×
10-3-6.150×
10-3=8.00×
t(Pb2+)=1-t()=1–0.521=0.479
7.3用银电极电解AgNO3溶液。
通电一定时间后,测知在阴极上析出0.078g的Ag,并知阳极区溶液中23.376g,其中含AgNO30.236g。
已知通电前溶液浓度为1kg水中溶有7.39g
AgNO3。
求Ag+和迁移数。
显然阳极区溶液中Ag+的总量的改变如。
n电解后(Ag+)=n电解前(Ag+)+n电解(Ag+)-n迁移(Ag+)
n迁移(Ag+)=n电解前(Ag+)+n电解(Ag+)-n电解后(Ag+)
n电解(Ag+)=
n迁移(Ag+)=1.007×
10-3+7.229×
10-4-1.389×
10-3=3.403×
t()=1-t(Ag+)=1–0.471=0.53
n迁移()=1.389×
10-3-1.007×
10-3=3.820×
t(Ag+)=1-t()=1–0.528=0.47
7.4在一个细管中,于0.3327mol·
dm-3的GdCl3溶液的上面放入0.073mol·
dm-3的LiCl溶液,使它们之间有一个明显的界面。
令5.594mA的电流直上而下通过该管,界面不断向下移动,并且一直是很清晰的。
3976s以后,界面在管内向下移动的距离相当于1.002cm-3的溶液在管中所占的长度。
计算在实验温度25℃下,GdCl3溶液中的t(Gd3+)和t(Cl-)。
此为用界面移动法测量离子迁移数。
1.002cm-3溶液中所含Gd3+的物质的量为:
n(Gd3+)=cV=0.03327×
1.002×
10-3=3.3337×
10-5mol
所以Gd3+和Cl-的的迁移数分别为:
t(Cl-)=1-t(Gd3+)=1-0.434=0.566
7.5已知25℃时0.02mol·
dm-3KCl溶液的电导率为0.2768S·
m-1。
一电导池中充以此溶液,在25℃时测得其电阻为453W。
在同一电导池中装入同样体积的质量浓度为0.555mol·
dm-3的CaCl2溶液,测得电阻为1050Ω。
计算
(1)电导池系数;
(2)CaCl2溶液的电导率;
(3)CaCl2溶液的摩尔电导率。
(1)电导池系数为
Kcell=0.2768×
453=125.4m-1
(2)CaCl2溶液的电导率
(3)CaCl2溶液的摩尔电导率
7.6.已知25℃时,。
试计算及。
离子的无限稀释电导率和电迁移数有以下关系
或
=-=0.012625-6.195×
10-3=6.430×
10-3S·
m2·
mol-1
7.725℃将电导率为0.14S·
m-1的KCl溶液装入一电导池中,测得其电阻为525W。
在同一电导池中装入0.1mol·
dm-3的NH3·
H2O溶液,测得电阻为2030W。
利用表7.3.2中的数据计算NH3·
H2O的解离度及解离常熟。
查表知NH3·
H2O无限稀释摩尔电导率为
=73.5×
10-4+198×
10-4=271.5×
10-4S·
7.825
℃时水的电导率为5.5×
10-6S·
m-1,密度为997.0kg·
m-2。
H2O中存在下列平衡:
H2OH++OH-,计算此时H2O的摩尔电导率、解离度和H+的浓度。
L(H+)=349.65×
mol-1,L(OH-)=198.0×
mol-1。
7.9已知25
℃时水的离子积Kw=1.008×
10-14,NaOH、HCl和NaCl的分别等于0.024811S·
mol-1,0.042616S·
mol-1和0.0212545S·
(1)求25℃时纯水的电导率;
(2)利用该纯水配制AgBr饱和水溶液,测得溶液的电导率κ(溶液)=1.664×
10-5S·
m-1,求AgBr(s)在纯水中的溶解度。
L(Ag+)=61.9×
mol-1,L(Br-)=78.1×
(1)水的无限稀释摩尔电导率为
纯水的电导率
即有:
(2)κ(溶液)=κ(AgBr)+κ(H2O)
即:
κ(AgBr)=κ(溶液)-κ(H2O)
=1.664×
10-5–5.500×
10-6=1.114×
m-1
7.10应用德拜-休克尔极限公式计算25℃时0.002mol·
kg-1CaCl2溶液中γ(Ca2+)、γ(Cl-)和γ±
。
离子强度
7.11现有25℃时,0.01mol·
kg-1BaCl2溶液。
计算溶液的离子强度I以及BaCl2的平均离子活度因子γ±
和平均离子活度。
7.1225℃时碘酸钡Ba(IO4)2在纯水中的溶解度为5.46×
10-4mol·
dm-3。
假定可以应用德拜-休克尔极限公式,试计算该盐在0.01m
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- 天津大学 第五 物理化学 下册 习题 解答