И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Вместе с изме!,сииелг состава жидкой фазы меняется и температура кипения. Измекенне состава жидкой фззы ведет и к изменению состава насыщенного ! зра, находящегося г рзв-!звесиз с жидкой фазой. На диаграмме изме!алия гсстзвае:;~' . -.: зггрззуры показаны стрел гамм, При 323,7 К 'зп гч пгиглз л о! ~чп !ся з.'пь ом са 'газу исходной жилкси системы. При лг н тем:ерзтуре исчезает последняя капля жидкой фазы.
Ее малярный :...сгзн 94 ';о С1!згТ'СНз. Далее система становится !сысое»зан " происходит нагревзчие лара. Состав счстемь1 при атом меняться ие будет. Охлаждение г ьс пал,,!а дг!зг) зиме кипения отражается изменением ,ззоншс состоим.",'„г; с',"емьг;: спрзтной последовательности. При "12! 7 К иачпнастсч кс;где лгзгигя системы. Малярный сасгзз пер!ай капли ксидеисз "' 94 ай ! г ССп Н ° Из "'зра гаечмусзесгз '.Иио 3 жндкуго фазу переходит зцег ч. Отсюгщ пид,га, что пар сбогагцзется сераугл ра.сы, Состав пгрз и !Смчсрп "урз конденсации мечяются.
Вместе с измеоолч!ез! составл чара мониот я и состав жидкой фазы. находя!пейся в 1лз!зчаггесчгг с гзргзы. 11ри 3! ',5 '.", Состав жидкой фазы становится таким .Лс, кзк н с!па!аз нсхажсга ггд!зв. Конденсации ззкзнчнвзегся. Системз сзлновится гсмогечнай. 8. Определлгте, какой кглкчсиент и в каком количестве следует добзз;ггь к системе С8з — - СН„С!У,Н з с молЯРной долей СНТСОСН.
80%, гтгагы налу ипь зз::,зз;„.!!И!ум! глесь, малярный состав катораи 37,4 СНзСОСН,. Масса системы 1 кг. Р е ш е и и е, Исходнаг! смесь беднее сероуглеродам, чем азеотропнаи...Ледсватель!Иь несб.алима добавлять к сис~еме сераугле!лсд, чтобы г!сг!учить из исход,а(системы азеотропную. Сначала рассчитаем ко,. Нчесз па молей в 1 кг исходной системы. Для этого определим срецнюю лкллекуля!аную масс! неладного !!затвора: ?Иср==?6 О 2+58.0.8=61,6. В 1 кг раствора содержится 1000/61,6 =- 16.234 моль. В 1 кг раствора 16,234 0,8 =: 12,99 моль СНз СОСН, и 16,234.0,2 = 3,247 моль СВз.
Тп! чзк добавлять следует сероуглерод, то количество молей ацеганз в системе останется без изменения и в азеотропном растворе !2,99 моль ацетона составят 37 %, Остальные 63 % должен составить ссрсуглерод: !2,99 моль- 37 за х= !2,99.63/37=22, 12 моль сероуглерола. моль — 63 ",з В растворе имеется 3,247 моль сероуглерадз. Слгумовзтелыга, дабзскть необходима 22,12 — 3,247 — — 18,873 моль, или 1 43 кг СВз.
9. Определите, какой компонент и сколько е а может быт! Ныл*лена из 1 кг сн1 тг мы с малярной долей ! !1; ОгС1! з 80 '.~ !пис. 26) рсмтнфикацлсй в чистом виде. Р Е ЬГ Е Н З Е. КОЛИЧЕСТВС МОЛЕЙ ЗПЕТОНЗ 3 СвглауГЛСраДЗ В ! КГ СИ- стемы.с малярным содержанием зцетокз 60 % сп1ледезггем па рис. 26: гсь — 3,247 моль п.н сгл г! .—..!2.9оз моль.
! зк ггзь Дзинь!8 состав находится сг!азиз г . ззеа!п>сгг!глгй .очка, -:: зь!Делить ректификацней в чистом виде можно талл .а зцетап. Весь герауглерод (3,247 моль) перейдет в ззес ропную сл.пгь с малярным содержанием 63 %. Остальные 37 % в азеатропнам растворе составит ацетон: 3,247 моль — 63 зз .г=3,247.37?63= ! „907 моль. х лголь — 3? зйз Следовзтелыю, в азестроп перейдет 1,г!07 мсэь зггл гаггз, з в чистом виде можно вьщелигь 12,98-1,097-=11,08 мсяь, или 11,08.58 10 '=— = 0,643 кг ацетона. 10.
Определите активность и коэффициент зкгтзвпостг) серсуглсрада и ацетона в растворе СБз — СН зСОСН з з -.мэром малярная доля СН,СОСНз 80 % (рис. 26) при 317з5 К Р е ш е н и е. Активность обоих ксмгаиентаз определим по уравнению (Х1Ч.З). Общее давление постоянна и равно 1,0133 10' Пз. Давление насыщенного пара нзд чистыми веществами определяем па урзв. нению (ХП.8): Рз 3?Г !я Рз 2,3026Я ( Т, Т, ~ По известным значениям давлений пзсып,ел!па!а г зря при двух температурах рассчитаем теплоту испарения: о Опсп ?л !" гзл 2,3026?7 Т, — Тз Р Давление насыщенного пара находим посправачииггу !М.1. Определяем давление насыщенного пара чистого вен!ества при третьей зелгггерзтуре: зос ! ! ! ' т (т — т) 2 3026?7 ~ Тл ?з / 7з !Тз — Тз! Р1' Полученные значения сводим в таблицу: СНзСОСНз 0,5333 1 3 ! 2, 5 1,И 32 329,2 3! 7,5 0,64!Ил Сзз 0,5333 ) 301,0 ) 1,0132 ! 319,2 ) 3!7,5 ~ 0,9425 2!7 Состав пара определяем по диаграмме кипения (рис.
26): сз,=" 38' "сн.сосна=о 62' асз = 0,38 1,0!32 !Оа/(0,9425 ! Оа) =0,409; тсз =0,409/0,200=2,045; аСН СОСН = 0,62 1 0132 10з/(0,6406 ! 0') =0 9Ы1 ~Ы.Ысна— тон соси = 0,981/0,800=-1,22ь 11. Бутнловый спирт ограниченно растворим в воде. Проанализируйте фазовое состояние системы С4Н,ОН вЂ” НзО на основании диаграммы фазового состояния (рис. 27) при постоянном давлении, превышающем давления насыщенного пара над чистыми компонентами и над системой. Проследите изменение фазового состояния при охлажде- нии системы с массовым содержанием к С,НаОН 68 %. Р е ш е н и е.
Так как внешнее давление превышаег давление насыщенного пара над системой, то не будет наблюдаться кипения системы. эпп / Рассмотрим сначала фазовое со- РЭП е стояние систем. Выше кривой аАЬ 34п все системы гомогенные, одна фаза— ээп жидкий раствор, состоящий из воды эгп и бутанола. Системы внутри кривой эгп а и гп 4П па ПП иПС/ьан аКЬ гетерогенные, две жидкие фазы. Ь и,пмп пп йй дп гп и Кривая аК показывает составы растмассспал /зая, /. воров бутанола в воде, кривая ЬК— растворов воды в бутаноле. Для опРпе.
27. Диаграмма фазового еоетопввв еветемы НзΠ— С,Н,ОН с РеДелении составов сосУЩествУющих огравичеииоа растворимостью ком- в равновесии жидких растворов через паиептов точку, соответствующую заданному составу при заданной температуре, следует провести нзотерму. Пересечение изотермы с кривыми аК и ЬК дает составы растворов. При охлаждении системы с массовым содержанием С„Н,ОН 68 % до 370 К вЂ” система гомогенная. При 370 К появится вторая жидкая фаза и система расслоится на два раствора.
Массовый состав появив-. шейся новой фазы 10 % С,Н,ОН. При охлаждении системы растворимость понижается. Составы равновесных фаз изменяются, как зто показано, стрелками на диаграмме, При 350 К массовые составы фаз 6% и 74 % С,Н,ОН. 12. Проверьте применимость к системе бутанол — вода (рис. 27) правила прямолинейного диаметра Алексеева.
Р е ш е н и е. Если отрезки, отсекаемые от изотерм 350 и 370 К кривыми аК н ЬК, разделить пополам и через центры с н / провести пря- 218 мую линию, то зта прямая пройдет через все аналогичные центры е, с( и т. д. и пересечет кривую фазового равновесия в критической точке К. 13. Определите массы Н,О и С4Н,ОН в растворах бутанола в воде и воды в бутаноле, если 1 кг системы с массовой долей С,Н,ОН 68 % охладить до 350 К.
Р е ш е н и е. Число сосуществующих фаз определяем по правилу рычага. Так как на оси абсцисс отложена массовая доля в процентах, то правило рычага выражается уравнением (Хт/1. 4). Составы сосуществующих фаз при 350 К определим по рнс. 27: зп, /пз =- (74 — 68) /(74 — 6), где и, — масса 1-й фазы; и — общая масса системы; и =- 1 кг; и, = 0,088 кг; и, = 1 — 0,088 = 0,912 кг.
Отсюда масса воды и бутанола в 1-й и 2-й фазах будет: Массовая деля, тз Фаза Кваямс н,о с,н,он а)1 Ь/( 1-я 2-я 94 26 Масса, аг Фаза с,и,он ! н,о ! 0 088. 0,94 = 0,0827 0,9! 2 0,26 = 0,2371 !.я 2-я 0,088 0,06=0,0053 0,9! 2. 0,74 = 0,6749 Общая-масса системы: 0,0053+0,0827+ 0,6749+0,2371=1,000 кг. 14. Постройте приближенно диаграмму давление насыщенного пара — состав системы С,Н,ОН вЂ” Н,О при 350 К на основании диаграммы фазового равновесия (см. рис. 27). Вычислите активность н козффициент активности Н,О в сосуществующих фазах при 350 К.
Р е ш е н и е. По уравнению Клапейрона — Клаузнуса (ХП.8) на основании справочных данных [М.[ определяем давление насыщенного пара над чистым бутанолом при 350 К: Т, )( ..:.... 343,1 357,3 Рсе н, н'10 а, Па О,!333 0,2666 Ра 1КРа ! тз (тз — тз) Рза 16 —, 357,3 (350 — 343, 1) О, 2666.! Оа = 4, 1248+ ' ' 16 4,1999; 350 (357,3 †3,1) 0,1333 !Оз Р'=1,5845 !Оа Па.
Давление насыщенного пара воды определяем по справочнику [М.[ при 350 К Ре —.— 1,5845. 1О' Па. Пересчитаем массовые доли фаз гетерогенной области при 300 К на молярные доли: для водного слоя 6 % С,Н,ОН соответствуют хс,н,он =- 0,0153; для спиртового слоя 74,0 % С4НаОН вЂ” хс,н,он— = 0,4091.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
