И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 38
Текст из файла (страница 38)
22). Как видно из рис. 22, зависимости парциальных давлений СвНвОН и С,Н, С!в и общего давления нелинейные. Значения опытных давлений для всех составов больше давления, рассчитанного по закону Рауля. Отсюда можно сделать заключение, что раствор состава С,НьОН— — СвН»С!о несовершенный, имеет положительное отклонение от закона Рауля. Коэффициенты активности компонентов раствора при всех концентрациях больше единицы. Следовательно, при образовании такого раствора объем раствора больше суммы объемов его компонентов; тепловой эффект ЛН,и положительный, теплота поглощается системой ири образовании раствора.
3. При изучении равновесия системы хлороформ — дизтнловый эфир при 298 К были получены следующие парциальные давления насыщенного пара: "с,н,ос,н, 0 0 2 0 4 0,6 0,8 1,0 РС,Н,ОС Н,'10 °, Пв . 0,000 0,460 1,287 2,666 4,093 5,333 Р нс4, ° 1О-в, Пв ... 1,933 1,480 0,920 0,460 0.165 0,000 "с,н, . 0,130 0,695 0,792 0,875 - д'с.н,с<, 10 , Па . . . 1,791 0,664 0,429 0,247 Рс,н,'10' Па ° ° 0 292 1,663 1,933 2,140 При 313 К давления паров днхлорзтана н бензола равны 2,066х х10' н 2,433 10' Па соответственно.
Р е ш е н н е. По уравнению (Х1У.1) вычислим состав пара, задаваясь определенным составом жидкой фазы. Общеедавленне над системой рассчитаем по уравнению Дальтона как сумму парцнальных давлений: 0,257 0,560 1,507 0,933 0,648 1,347 Ф с,н, е 'с,н, Р.10-е, Г!е 0,89! 2,387 На основании полученных данных стронм-график зависимости состава пара от состава жидкой фазы х~~н, = ! (хс,н,) (рнс. 24). Из графика видно, что в парах концентрация бензола больше, чем в жидкой фазе. На различии составов жидкой фазы н вара основано разделение двух компонентных растворов. Рснс! сис1,<0 ап 00 а» аг 0 00 аг а» Оп 00 Рп<С,ие1,0 Иояяряпя доля, /, <я(0 ОФ аб ае аг 00 ап ап !04<406 Иояярягя доля, % Рнс.
23. Завясямость парпнальных н общего давления пара от состава системы СНС<е — (СеНе)яО прн 298 К Рнс, 22. Зависимость парпнальных н общего давления пара от состава системы С«Н«С!я— СяНеОН прн 313 К дпп и гп еп 00 00 амсс< (Вне<оп юп 00 бп 40 гп 0 Мелло«оя доля, '/, аг ае аб Од 00 Мол«рооп доля С Н, лед«об ноя я,,ь«, Рнс. 24. Зависимость состава пара от состава жидкой фазы для системы С»Не — СяН«С1я прн 313 К Рнс.
25. Ляаграмма кипения системы (СяНе)яΠ— СС1« прн 1,0133 16» Па 5. Проанализируйте фазовое состояние системы СС1, — С,НеОСеНе на основании диаграммы кипения (рнс. 26). Проведите анализ процесса нагревания системы с молярной долей СС1, 60 е/е. Р е ш е н н е. Выше кривой'аЬс состава насыщенного пара все системы находятся в состоянии пара. Системы гомогенные, однофаз- 213 212 Постройте графики зависимости парцнальных н общего давления насыщенного пара от состава раствора. Сделайте заключение относительно характера отклонения от закона Рауля, о коэффициентах активности компонентов раствора прн всех концентрациях, изменении объема при образовании раствора н о тепловом эффекте смешения.
Р е ш е н н е. На основании приведенных парцнальных давлений вычислим общее давление и построим графики Рсн с!. = ! (х) Рс,н,ос,н, = ! (х), Р = — 1 (х), где хв молярная доля эфира (рис. 23). По характеру кривых видно, что растворы Ф прн всех концентрациях не подчнняются закону Рауля. Наблюдается отрицательное отклонение от закона Рауля. Отрицательное отклонение от Д линейной зависимости уменьшается н стремится к нулю прн приближении концентрации компонента раствора к единице. Коэффициенты активности компонента раствора прн всех концентрациях меньше единицы. Следовательно, прн образовании растворов объемы нх меньше суммы объемов компонентов; прн образовании рстворов выделяется теплота (ЛНем ( О).
4. Постройте график зависимости состава пара от состава жидкой фазы для системы днхлорэтан — бензол прн 3!3 К, если известны следующие экспериментальные данные: 00 , пб ае дд аг 0 0,130 0,257 0.560 0,695 0,792 0,875 0,152 0,290 0,598 0,727 0,816 2,083 2,155 2,280 2,327 2,362 ные. Ниже кривой Ыс состава кипящей жидкости все системы находятся в жидком состоянии. Системы гомогенные, однофазные. Между кривыми аЬс и ада система гетерогенная, две фазы, жидкость и пар. Для определения состава равновесных фаз через точку заданного состояния необходимо провести изотерму, так как фазы, находящиеся в 'равновесии, должны иметь одинаковую температуру.
Пересечение изотермы с кривой Ыс состава кипящей жидкости дает состав жидкой фазы, который определяется по оси абсцисс. Пересечение изотермы с кривой аЬс насыщенного пара дает состав пара. Так, система с молярным содержанием СС14 40% при 338 К вЂ” гетерогенная (точка е), Она содержит две фазы, находящиеся в равновесии. Одна фаза — кипящая жидкость с молярным содержанием СС!, 50%, другая — насыщенный пар с молярным содержанием СС14 24 %. Если жидкую систему с молярным содержанием СС! 50",е (точка 7) нагреть до 338 К, то начнется кипение системы.
Молярный состав пара, находящегося в равновесии с кипящей жидкостью, будет 24 % СС14. Состав пара беднее тетрахлорндом углерода, чем жидкость. Из жидкой фазы в пар преимущественно уходит днэтиловый эфир. Отсюда жидкая фаза обедняется С,Н,ОС,Н, и ее состав меняется, как зто показано стрелками на рис, 25. Вместе с изменением состава кипящей жидкости меняется и состав пара, находящегося в равновесии с ней. Изменение состава пара показано стрелками на кривой аЬс.
Прн 342 К в равновесии будут находиться пар и жидкость. Молярные составы жидкой фазы СС!, 65 % и пара СС!, 35 %. Изменение состава жидкости и пара и температуры фазового равновесии будет происходить до тех пор, пока состав пара не станет равным составу исходной жидкости 7. При 345,4 К молярный состав пара будет 50% СС1„ вся жидкая фаза превратится в пар. Система станет гомогенной.Молярный состав последней капли жидкости 84 % СС1,.
При дальнейшем нагревании состав пара меняться не будет. Процесс охлаждения системы с молярной долей СС14 50 % будет обратным разобранному. Пусть исходная система имеет малярный состав 50 % СС1,. При 350 К эта система (точка хг) находится в состоянии пара. При охлаждении ее до 345,4 К система станет гетерогенной, появится первая капля жидкой фазы.
Ее молярный состав 84 % СС!,. Так как из пара в жидкую фазу преимущественно уходит СС14, то пар обедняется СС1, и его состав изменяется по кривой аЬс. Вместе с изменением состава пара меняется и состав жидкой фазы, находящейся с паром равновесии. Изменение состава кипящей жидкости происходит по кривой асс. Изменение составов жидкой и паровой фаз приводит к изменению температуры конденсации. При 338 К состав жидкой фазы станет равным составу исходного пара.
При этой температуре система станет гомогенной, исчезнет последняя порции пара. При дальнейшем охлаждении состав жидкой фазы не изменяется. 6. Определите массу СС1, и С,НаОС,Н, в жидкой фазе и в парах (рис. 25), если 1 кг системы с молярным содержанием СС1, 50 % нагреть до 342 К. 214 л"=8,7?2 (0,6! — 0,50)/(0,6! — 0,35) =3,7!! моль, и"" = 8, 772 — 3, 7! 1 = 5, 061 моль.
По составам фаз определим число молей компонентов в каждой фазе н массу компонента в базе: АСС!, кг ес,и,ос,н,, кг "с н ос н Фккв Жидкая Пар 1,974 1,146 0,179 5,06! 3,087 3,71! ! 1,299 0,475 0,200 В сумме получим: 0,475+0,200+0,146+0,179=1,000 кг. 7. Проанализируйте фазовое состояние системы СБя — СН,СОСН а на основании диаграммы кипения (рис.
26) и процесса нагревания систе- мы с молярной долей СН,СОСН, 80 %. Р е ш е н и е. Система СЗа— СН,СОСН, характеризуется поло- г жительным отклонением от закона Рауля. В этой случае коэффициенты активности компонентов раствора б?7 больше единицы, при образовании а раствора объем увеличивается, теп- 718 лота поглощается, Л Ус„) О, Лб У Выше кривой аЬсй' состава пасы- з)б П1ЕНПОГО ПаРа СИСтЕМа ГОМОГЕипа, фаЗа б ж Ы бб б Гббгя,цдна одна — пар. Ниже кривой айгс~е соЫ~ 140 бб бб бб гб д станов кипящей жидкости система гомогенна, фаза одна †жидк, Между кривыми аЬ (е и йс)е система гете- Рис. 26. ДиагРамма киаевна састемм С8г-СНаСОСНа аря рогенна, В равновесии находятся 1,0133 10а Па 215 Р е ш е н и е, Рассчитаем количество веществ, находящихся в жидкой и паровой фазах, по правилу рычага.
Так как на диаграмме (рнс. 25) молярный состав выражен в процентах, то необходимо воспользоваться уравнением (Х1Ч. 5). Сначала определим количество молей вещества, которое содержится в системе массой 1 кг. Для этого вычислим среднюю молекулярную массу: Мер — -154 0,5+?4 0,5=114. В 1 кг системы содержится 1000/1!4=8,772 СС!4 и СгНаОСяНа. Молярные составы сосуществующих фаз при 342 К (%): жидкая СС1,— 61; С,Н,ОС,Н, — 39; парообразная СС14 — 35, С,Н,ОСаН, — 65. По уравнению (Х1ьг.б) находим жидкость и пар. Состав пара определяется по кривой аЬсг(з, состав жидкой фазы определяется па кривой аде!с.
Тачка с — азеотропная. смесь. Эта точка хзрзгсозоизуется од!!иаковым составом жидкой фазы и пара (!раслезим гь.'. :.;.резания системы с малярнаи долей :".:1..'.;г.С1-1., 60 '"' :.-:::- „ "-, .:з 3!7,5 К система жидкая, гсмсгенная. й,, бо С'('!.СО?С1',. Так пдзк нг" гсзгзче сегзаоглерсдсм. чем жидкость. та жидкая з" ° и 3. г, ".! ° ' .Дгьггось 'о!з'уг. -рсдэи и ее ггкгзв изменяется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
