物理化学习题解答（中药）

即

??rHm?16.74T?56508

??rHm?16.74T?56508?dTlnK??dT??8.314T2RT2不定积分

6796.7?2lnT??IT 679.76ln1.5?2ln50?0?I500500K时 ，解得 I = 1.57

6796.7??lnK?T?2lnT??1.57pT∴ 关系式是

?p6796.7????K?600?exp2ln600??1.57?20.8p??600??600K时

第三章 相平衡习题解答

1．根据相律，指出单组分体系的相图中“点、线、面”的自由度各是多少？ 解：三相点O：K＝１，ф＝３，f＝０，但临界点相数为1，自由度为0

三条曲线：K＝１，ф＝２，f＝１ 三个面： K＝１，ф＝１，f＝２ 2．组分数与物种数有何区别？

解：在相平衡时，组分数为“独立组分数”的简称。能够说明在各相中分布情况的最小数目的独立物质称为组分数，体系中化学构成相同的物质称为一个物种。根据体系中有否浓度限制条件，有否化学平衡而有区别。

3．什么是自由度？

解：相平衡体系中可以独立变动而不影响体系相的数目及相的形态变化的独立变数。 4．下列平衡体系的独立组分数和自由度数各为多少？ (1) NH4Cl(s)部分分解为NH3(g)和HCl(g) (2) 若在上述体系中额外再加入少量的NH3(g) (3) NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g) 平衡

(4) C(s)，O2(g)，CO(g)，CO2(g)在100℃时达平衡 解：（1）S=3 ,K=3-1-1=1,f=1-2+2=1 （2）S=3 ,K=3-1-0=2,f=2-2+2=2 （3）S=3 ,K=3-1-0=2,f=2-2+2=2

（4）C(s) ＋2O2(g)= CO(g) C(s) ＋O2(g) = CO2(g)

CO(g)＋2O2(g) = CO2(g) CO2(g)＋C(s) = 2 CO(g) S=4 ,K=4-2-0=2 ,f=2-2+1=1

5．试确定H2(g) + I2(g) = 2HI(g)平衡体系中，在上述情况下的独立组分数： (1) 反应前只有HI(g)；

11 29

(2) 反应前有等物质的量的H2(g)和I2(g)； (3) 反应前有任意量的H2(g)和I2(g)。 解：(1) S=3，R=1，R′= 1

K＝S-R-R′=3-1-1= 1

(2) S = 3，R = 1，R′=１ K＝S-R-R′=3-1-1= 1 (3) S=3，R=1，R′= 0 K＝S-R-R′=3-1-0= 2

6．将AlCl3溶于水中形成不饱和溶液，试说明下列情况时体系的组分数是多少？ (1)该不饱和液形成后不发生水解；

(2)形成不饱和溶液后发生水解生成一种氢氧化物的沉淀. 解：(1)K=2

(2)AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 +3HCl S=4 ，R=1，K=4-1=3

7．试求下述体系的自由度数，如f≠0则指出变量是什么。 (1) 在标准压力pθ下，水与水蒸气平衡。 (2) 水与水蒸气平衡。

(3) 在标准压力pθ下，I2在水中和在CCl4中分配已达平衡，无I2（s）存在。 (4) NH3(g)、H2(g)和N2(g) 已达平衡。

(5) 在标准压力pθ下，H2SO4水溶液与 H2SO4·2H2O（s）已达平衡。 解：（1）K=S=1，φ=2，f=1-2+1=0，即温度与压强均由体系自定；

（2）K=S=1，φ=2，f=1-2+2=1，两相平衡时，沸点与蒸气压仅有一个可独立改变

（3）K=S=3，φ=2，f=3-2+1=2，两相浓度和温度三个量中有两个独立可变

（4）S=3，K=3-1-0=2，φ=1，f=2-1+2=3，三个物质的分压、温度和压强中取三个 (5) S=3，K=3-1-0=2，φ=2，f=2-2+1=1，温度与溶液浓度中取一个。 8．在二组分相图上，当体系处于下列各点时，各存在几个相： (1)恒沸点 (2)熔点 (3)临界点 (4)低共熔点

解：恒沸点存在二个相，熔点存在二个相，临界点存在一个相，低共熔点存在三个相 9．有一水蒸气锅炉，能耐压15×P，问此锅炉加热至什么温度有爆炸的危险？已知水的汽

-1

化热是40.64kJ·mol 。

解：运用克-克方程：

lnp2?vHmT2?T140640T2?373.2?()?()?ln15p1RT2T18.314T2?373.2

得：T2=470.5K

10．假定汞服从特鲁顿规则，已知汞的正常沸点为630.05K，试计算298.15K时汞的蒸气压。 解：已知汞的正常沸点Tb=630.05K， 由特鲁顿规则：

?1?g?K?1lHm?88kJ?mol，Tb=88×630.05=55.44 kJ·mol

-1

ln∵

p2?vHmT2?T155440298.15?630.05?()?()??11.78p1RT2T18.314298.15?630.05?6p?p7.642?10?0.774Pa 21

∴

11．一批装有注射液的安瓿放入高压消毒锅内加热进行消毒，若用151.99?103Pa的饱和水蒸气进行加热，问锅内的温度有多少度？已知

p2?7.642?10?6p1?vapHm?40.67kJ.mol?1。

30

T2=385K=112℃

40670(T2?373)151.99?103ln?101.325?1038.314?373?T2

lgp??12．氯甲烷的蒸气压在226K至263K间可以下式表示：体此温度间的摩尔汽化热。

解：将所给式子与克-克方程的不定积分式比较可得：

1149?8.606T 试计算该液

?vHm?11492.303R

?vHm?1149?2.303?8.314?22000J?mol?1?22kJ?mol?1

lgp??13．乙酰乙酸乙酯是有机合成的重要试剂，它的蒸气压温度方程为：

中压力单位为Pa，该试剂在正常沸点454.2K时部分分解，但在343.2K以下稳定。如用减压蒸馏法提纯时，压力应为多少？

2588?BT 式

lgp??解：

已知T=454.2K，p=101325Pa

2588?BT

lg101325?则

当T=343.2K时

?2588?B454.2 B=10.70

lgp?则

14．在333.15K时酚与水二组分体系呈两个共轭液相，其中水相含酚的质量分数为0.168，酚相中含酚的质量分数为0.551，假如该体系含有水0.09kg，和酚0.06 kg，问各相的质量是多少？

解：设水相质量为m1 kg，酚相质量则为0.15-m1kg

根据杠杆规则有：m1×0.168 + (0.15-m1)×0.551=0.06 解得m1=0.0591kg，酚相质量则为0.091kg。

?2588?10.70?3.159343.2 p≤1443Pa

15．CuSO4-H2O体系的T-x相图如下：今在50℃时组分为xA的250kg CuSO4水溶液，冷却至

31

4?H2O结晶（xB）25℃析出CuSO，与此结晶成平衡的饱和溶液组成为xC，求该过程析出的

CuSO4?H2O结晶和剩余溶液各为多少kg？由相图给出CA∶AB=1∶4

CA1?4 AB解：由杠杆规则：

∵原溶液A点质量为250kg ∴析出的CuSO4?H2O结晶量为

250?1?50kg1?4

250?剩余溶液量为

16．某有机酸在水和乙醚中的分配系数在20℃时为0.08。该有机酸5g溶于0.1L水中构成溶液。(1) 若用0.04L的乙醚一次萃取，问水中剩余有机酸多少克？

(2) 若每次用0.02L的乙醚萃取两次，问水中剩余有机酸多少克？

4?200kg1?4

m1?m(解：（1）

KV10.08?0.1)?5?()?0.833gKV1?V20.08?0.1?0.04KV1)nKV1?V2

?m1?m(（2）

m2?m( ∴

θ

17．下列数据是乙醇和乙酸乙酯的混合溶液在标准压力p及不同温度时乙醇在互呈平衡的气、液两相中的摩尔分数： t(℃) x（乙醇液相） y（乙醇气相） 77.15 0.00 0.00 KV10.08?0.1)2?5?()2?0.408gKV1?V20.08?0.1?0.0275.0 0.100 0.164 71.8 0.360 0.398 71.6 0.462 0.462 72.8 0.710 0.605 76.4 0.942 0.880 78.3 1.00 1.00 （1） 以t对

xC2H5OH作沸点组成图，（2） 画出气-液平衡曲线。

(2)当溶液的组成为C2H5OH=0.75时，最初馏出物的组成是什么？经分馏后剩下液体的组成

是什么？上述溶液能否用分馏法得到纯乙醇和纯乙酸乙酯？

x 32