Л. Лабовиц, Дж. Аренс - Задачи по физической химии с решениями (1134453), страница 13
Текст из файла (страница 13)
б) Проведите кривую охлаждения для составов хь хг и х, от темпе- ратуры 1; до температуры !ь в) Каким будет максималыгый вес чистого Р (не за- грязненного другими твердыми веществамн), полу- ченного кристачлизацией !50 г расплавленнон смеси„ содержащей 90 вес.% Р? еоа о го со во 50 !00 с 0 ае; в.а На рисунке изображена диаграмма «состав — температура» бинарной системы А — В.
! Глава ГХ Правило фаз а) Обозначьте все области. б) Начертите кривые охлаждения системы, указанной цифрами 1, 2, 3. Используя приведенные ниже данные, постройте диа- грамму для системы хлористый натрий (5) — вода (Ф). Примите, что твердые растворы ие образуются. Обо- значьте все области. 1Х-1-8. 1Х-1-10. Температура замерзания. с Состав насиженного раствора, вес. к Као! Тверяая фаза о Вес % 1Х-1-9.
Следующие данные получены для температуры замер- зания (начало замерзания) смесей этиленгликоля (К) и воды (Ф) (54): Состав раствора, мов. и К Температура замерзания, с Тверязв фаза ! Х-1-11. "мГ+ К ° 2йг К ° 2иг К ° 2'т)У К 2зт' К ° 2"йг + ЗК ° 2ЦГ ЗК ° 21)Г ЗК . 2'мг ЗК 2Цг+К К К К К ! Х-1-12 0 — 0,4 — 0,8 — 2,86 — 3,42 — 6,6 — 9,25 — 12,7 — 16,66 — 21,12 (эитектнкв) — 14 + 0,1 (перитектика) 10,0 15,0 20,0 30,0 40,0 60,0 80,0 100,0 0 — 14,1 — 20,9 — 28,3 — 41,8 — 51,2 -49,6 — 49,6 — 58,6 — Я,З -54,6 -40,7 — 49,4 — 45,3 — 36,4 -22,4 — !2',8 0 10,5 14,! 18,! 24,9 28 31,8 34,1 44,0 47,5 50,2 60,9 66,0 67,8 75,3 90,1 !00 0 0,69 1,35 4,7 5.53 9,90 13,0 16,7 20,0 23,1 24,6 26,3 26,34 26,34 26,40 26,52 26,67 27,07 27,55 28,! 5 )(! Ф цг цг цг ц! ц! Ф ург (Тт'+ 8 ° 201) 8 2м! 8 ° 201+ 8 8 8 8 8 8 8 8 а) Постройте диаграмму «состав — температура», приняв, что твердые растворы не образуются.
Обозначьте все области. б) Какой состав смеси К и зй), не замерзающей при — 1О'С? в) Какого состава наиболее низко замерзающую смесь можно прнготовнтьг См. рисунок. а) Какие фазы находятся в равновесии в области пйс? б) Дайте эмпирическую химическую формулу любого бинарного или тройного соединения, существующего в системе. Молекулярные веса: НзО 18, Р 25, О 36.
в) Изобразите схематически кривую зависимости количества воды в жидкой фазе (вес.%) от веса испарившейся воды для испарения воды из смеси исходного состава х. Тройная система Рз — Оз — Оз была исследована для использования в качестве окислителя в ракетных двигателях (55). Жидкие Оз и Оз способны только к частичному смешиванию при 77,4'К; два насыщенных раствора имеют состав 7 и 84 вес.% Оз. Известно, однако, что Рз полностью смешивается с Оз и Оз. а) Постройте треугольную фазовую диаграмму системы. б) Проведите на диаграмме несколько линий, основываясь на предположении, что Рз распределяется между Оз и Оз так, что его концентрация больше в фазе, богатой Оз (не известно, справедливо ли это предположение).
Для системы бензол — уксусная кислота — вода при 25'С получены данные 156), приведенные ниже. Вэтой системе две несмешивающиеся жидкости (1.! и Ьз) Правило 4ав Глава !Х 1Х-2-1. 1Х-2-2. Конценерецнн. нее. и Нонн № с,н, сн,сооп си,ооон ! Х-2-4. ! Х-1-13. б 8 1Х-2-5. д с "П "г Ав 8 внн. %8 8(те С С Рнн) ° Ь находятся в равновесии.
По этим данным а) постройте треугольную диаграмму и проведите иоды; б) оцените состав в точках смешивания жидкостей; в) определите равновесные состав и веса фаэ, получающихся при смешивании 30 г СНнСООН с бО г СаНа и 10 г воды при данной температуре. 0,46 99,52 9,4 0,18 3,1 96,75 28,2 0,53 7,0 92,66 43,9 1.5 8,9 90,67 49,5 1,93 16,3 82,9! 61,4 6,1 22,8 76, 10 65,0 10,0 32,8 64,76 65„0 17,8 52,8 39,6 52,8 39,6 Укажите все ошибки или противоречия, которые встречаются в следующих фазовых диаграммах.
Любая из диаграмм может содержать О или 1 ошибку. В каждом случае укажите принцип или условие, которые нарушены, и покажите, как должны выглядеть правильные диаграммы (1. — жидкость). РАЗДЕЛ 1Х-2 Укажите точно условия, при которых справедлива формула К+!=и+ 2, где К вЂ” число фаз, ) — число степеней свободы и л — число компонентов в системе.
Почему ошибочно применение формулы ре 1п — '= — ! — — — ) Р, !7 '!Те Т,) к фаэовому превращению алмаз — графит? Докажите, что на диаграмме «да-ление — темпера- туран линия равновесия жидкое!ь — пар (1. — Ч) в однокомпонентной системе всегда должна иметь положительный наклон. Докажите, что для системы, изображенной на рисунке, при равновесии Вн х — х. ~~и хг — х А х хх в Ю, — вес фазы 1, У'х — вес фазы 2, х! — вес.Ян В в фазе 1, хн — вес.% В в фазе 2; хт — вес.% В во всей системе.
Согласно рисунку, покажите соотношение величин удельной энтропии з и удельного объема о для фаз вблизи тройной точки !-2-3. Глава !Х Правило фаз ! Х-2-6. ! Х-2-9. дава«иве. атм температура, с Фазы 10 Я,й,пар 10 й, жидкость, пар 1000 !1, й, жидность 1О 60 ! Х-2-10. даваеппе, атм температура, с фаза + 0,008 -22,0 -34,7 1Х-2-7.
! Х-2-8. !Х-2-!1. 3 Некоторое вещество существует в двух твердых фор- мах Я и тс, а также в виде жидкости и пара. В сле- дующих тройных точках наблюдалось устойчивоерав- новесне. а) Изобразите фазовую диаграмму «давление — температура» этого вещества. Обозначьте фазу (или фазы) в каждой области диаграммы. б) Если вы имеете достаточную информаци!о для решения, из каждой следующей пары выберите форму с большей плотностью вблизи 50'С и 100 атм: () и !(; тс и жидкость; Я и жидкость. Если не можете решить, объясните, почему.
Простое вещество Х существует в трех твердых аллотропных модификациях 1, 2 и 3 соответственно. Вблизи тройной точки 1-2-3 эг ) зз ) зз и оз ) от ) оз (э — удельная энтропия, о — удельный объем). Начертите три линии, соответствующие двухфазному равновесию вблизи тройной точки 1-2-3, на диаграмме «давление — температура», согласующиеся с приведенными данными. Обозначьте нсе линии и области. В соответствии с рядом условий, приведенных ватой задаче, простое вещество т' существует в виде пара Ч, жидкости (.. а в твердом состоянии — в трех аллотропных модификациях 1, 2 и 3. Закончите приведенную фазовую диаграмму и обозначьте все линии и области.
Система имеет только три тройные точки 1-2-3(1), 2-3-Ч(2), 3-1.-Ч(3). На диаграмме показано их расположение. Некоторое вещество существует в двух твердых модификациях а и р, а также в виде жидкости и пара. Под давлением ! атм при низкой температуре а устойчивее, чем (1, а р при более высокой температуре переходит в жидкость; а имеет плотность больше, а р меньше, чем жидкость. Метастабильного равновесия не наблюдается.
Изобразите фазовую диаграмму «давление — температура», указав значение каждой точки, линии и области. Включите в диаграмму каждую тройную точку, которая может наблюдаться. В исследовании воды прн давлениях вплоть до 3000 атм получены следующие тройные точки: 6,1 ° 10 Пар, жидкость, лед ! 2480 Лед 1, лед Ш, жидкость 2100 Лед 1, лед П, лед 1!! Под давлением в !660 атм лед 1 и лед И находятся в равновесии при — 60'С.
Лед И имеет плотность больше, чем у льда И1, который плотнее жидкости. а) Изобразите схематически фазовую диаграмму давление — температура для воды в области от — 60 до 0'С и от 0 до 3000 атм. Обозначьте кажду!о область. Покажите наклон каждой кривой. Пренебрегите кривыми, которые неразличимы в масштабедиаграммы. б) Какая фаза в каждой из перечисленных ниже пар имеет большую мольную энтальпию: лед 1 или лед И; лед 1 или лед И1; лед И или лед И17 Некоторое вещество Х имеет нормальную температуру замерзания 300'К.
При 300'К его теплота плавления (ЛН) равна 3000 кал.моль '. Теплоеыкости твердого и жидкого Х: Ср(тв) =20,0 кал 'К ' моль ', Ср(ж) =25,0 кал 'К ' моль '. а) Какова величина!ьеу плавления Х при 290'К: положительная, отрицательная или равна нулю? Объясните. Определите: б) ЬН при 290'К, в) Я для плавления 1 моля твердого Х при 300'К; г) Л5 плавления 1 моля твердого Х при 290'К; д) Ьб плавления 1 моля твердого Х при 290' К (сравните с результатом, полученным в пункте (а)). //раапло фаз Глава /К !Х-2-12. ! Х-2-! 5. /50 14 а Р ма /га ! Х-2-13. яа 1Х-2-14. 1Х-2-18.
Парцнальное давленве паров, мм рт. ст, ацетон вола Мольпав дола ацетона в жндкостн 24 23 23 22 22 !7 о 0 38 106 146 164 192 229 0 0,0333 0,117 0,236 0,420 0,737 1,00 в 4 Зак. 1РГВ Давление пара некоторой чистой жидкости Р описы- вается уравнением 10 Р„= А + В„!п Т + С )Т. Давление пара соответствующего твердого тела выражается мак !и Р„= Л„+ В„!и Т+С„~Т. а) Выразите мольную теплоту испарения жидкости АН и твердого тела АНта через одну или несколько величин: А,н, Врь С, А„, В,н, С„и Т. 6) Определите мольну1о теплоту плавления через те же величины, в) Определите разность мольных теплоемкостей жидкости и твердого вещества (ССя(ж) — Ср(тв)). г) Напишите уравнение для определения температуры плавления вещества, включающее Аж, А„, В и другие известные величины.
При данной температуре давление паров чистых С н 1/ равно 550 н 250 мм рт. ст. соответственно, С помощью простого графического построения определите: а) общее давление пара над раствором, содержащим 25 мол.% О; б) парцнальное давление 11 в смеси; в) состав раствора, давление пара которого равно 500 мм рт. ст. Примите, что раствор идеальный. В таблице приведены давления паров воды и ацетона, находящихся в равновесии с растворами различного состава, при 25' С: а) Постройте фазовую диаграмму, показывающуюзависимость общего давления пара раствора ацетона в воде от мольной доли ацетона в жидкости и в паре.
Обозначьте на диаграмме каждую область, указав фазы, если давление и общий состав системы будут представлены точкой в этой области. 6) Вычислите (настолько точно, насколько позволяют приведенные данные) постоянную Генри для ацетона, растворенного в воде. в) Найдите коэффициент активности ацетона в растворе, в котором мольная доля ацетона равна 0,420, 1) приняв чистый ацетон за стандартное состояние, 2) считая ацетон растворенным веществом в чистой воде так, что его коэффициент активности в пределе становится равным 1.
В обоих случаях используйте мольпую долю для определения состава. Фазовая диаграмма системы, состоящей из двух частично смешивающихся жидкостей А и В, дана на рисунке. 30 г чистой А смешаяы с 70 г чистой В. !Ба ма а /и гп за 40 Ба Ба 70 ва ва ~ав вас.% В а) Определите температуру кипения смеси при 1 атм. б) Определите состав пара, находящегося в равновесии с жидкостью, когда смесь начинает кипеть при 1 атм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
