1、1第六章 相平衡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 = 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 = 2.26.2 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 的甲苯-苯混合物 5 mol，在 90 C 下成气-液两相平衡，若气相组成为 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
3、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。3试用相律分析途中各点、线、面的相平衡关系及自由度。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 54.22 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 90C 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
4、气相的组成如何？4（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 92.00 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5（3）根据（2）的结果由杠杆原理知，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 12.90 2.59 2.37 2.07 1.89 1.81 1.44 0.67 00 1.08
5、 1.79 2.65 2.89 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 的系统在平衡压力 下，气-液两相平衡，求平衡时气相组成 及液相组成 。6（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 下达平衡时，气相、液相的质量各为多少？解：（略）6.6 101.325 kPa 下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下。100 102.1 104.4 107.5 113.8 118.10 0.300 0.500 0
6、.700 0.900 1.0000 0.185 0.374 0.575 0.833 1.000（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） 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7（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86.7 已知水-苯酚系统在 30 C 液
7、-液平衡时共轭溶液的组成 为：L1（苯酚溶于水），8.75 %；L 2（水溶于苯酚），69.9 %。（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 89.7 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
8、101.325 kPa压力下由室温加热，问：9（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 L1共存，因此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。10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：40 50 60 70 80 90
