И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Отложим на оси ординат (рис, 28) хс,н,он = 1, с.н,он = =-1,8370 10' Па. Соединим эту точку с началом координат хс,н,он =- =0 пунктирной линией. Эта прямая выражает зависимость парциального давления бутанола от состава и подчиняется закону Рауля. Аналогично отложим на оси ординат для хс,н,он =- 0 Рн,о =— = — 4,2064 104 Па. Соединим эту точку с началом координат хс,н,он = = ! пунктирной линией. Эта тбббб,л» ьлба л Ы бб' 'б прямая описывается законом Рауля и выражает зависимость парциального давления иоды от состава.
Так как по первому условию выбора стандартного состояния у- ! при х- 1, то приближенно можно принять, что в гомогенных областях зави- бт»ьл» 'и,бб б симости Р, = 7' (хб) совпадают с зависимостями, определяемыми по закону Рауля. Это соответствует на рис. 28 отрезкам Р!Оо а и Род!!„обб 0. Так как парциальные давления компонентов над гетерогенной областью не зависят от концентрации, то из точек а и 5 проведем горизонтальные прямые ас н Ы. Далее зависимости парциальных давлений в гомогенной области носят сложный характер, но они должны быть выпуклыми вверх.
Проведем приближенно этн кривые л(е и сб'. Общее давление равно сумме парциальных давлений. Проведем линию зависимости общего давления над системой от состава системы Р)ьо тп Рс,н,он, Над гетерогенной системой общее давление будет постоянным и равным 4,894 10' Па. Это означает, что составы от 0,0153 до 0,4091 С,Н,ОН прн давлении 4,894 ! 04 Г!а будут кипеть при 350 К. При концентрации Н,О 1- — 0,0153 = 0,9847 активность воды равняется концентрации, т. е. а!б,о — — 0,9847 и раствор подчиняется закону Рауля.
Коэффициент активности воды у' =- 0,9847,'0,9847 =- ! . Так как химический потенциал воды в равновесных фазах одинаков, то б б2 бб бб бб бб бдбе йб /бб»И»бв рблллр»лл й ы 7. рн =рб»! о+)2Т!па!1 о+б?Т!птб! о=рй о+72Т)пан о+)?Т)птн,о. Тогда коэ!(хрициент активности воды в растворе с концентрацией воды (1- — '1),4091) = 0,5909 будет уй,о = 0,9847!0,5909 = — 1,6664. Коэффициент активности больше единицы, наблюдается положительное отклонение от закона Рауля: Л)Р,„) 0; бто,м) О. 15.
Для очистки толуола его перегоняют с водяным паром при внешнем давлении 9,932 10' Па. При какой температуре будет происхо- дить кипение системы, если толуол практически не растворим в воде? Для расчета воспользоваться следующими данными: Т, К,..... 333 343 353 363 . 373 Рн о.10-4 Па . 2,058 3,219 4,893 7,244 10,469 Рс н„сн„'!0 ', Па 1,860 2,698 2,862 5,394 7,429 Р е ш е н и е.
Строим график зависимости давления насыщенного пара воды (1) и толуола (2) от температуры (рис. 29). Суммируя давления Рй,о и Рсчн,сн„согласно уравнению (Х1'ьг.б), получим общее давление насыщенного пара над гетерогенной системой (3). По графику находим температуру, при которой давление насыщенного пара над гетерогенной системой станет т - ' б р б,~ равным внешнему давлению 9,932 1О' Па. мгббб ---"-----'--- Система закипит при 358,3 К. ц б, 16. По зависимости давления насыщенного пара от температуры (рис. 29) определите расход водяного пара на перегонку 1 кг толуола при внешнем давлении баб! 9,932 1У Па.
дбб ббби 'Пл Р е ш е н и е. По графику находим давления насыщенного пара толуола и воды при 358,3 К. Они составляют для толуола хбб 4,800 104, а для воды 6,200 10' Па. Согласно уравнению(ХИ.11) на перегонку 1 кг толуола будет израсходовано Щб ббб ббб ббб ггб ТК и'н,о 6 200 !0» !8/14 800 10» 92) — 0,253 кг. ЗАДАЧИ Рвс. 29. Зависимость давлекия иасыптеивого пара от температуры для С»НбСН, (1), НаО (2) и системы НгО СаНбСНа (3) 1. Раствор бензола в толуоле можно считать совершенным.
При 300 К давление насыщенного пара над бензолом равно 1,603 1О' Па, а над толуолом — 0,489 10' Па. Постройте график зависимости парциальных давлений бензола и толуола и общего давления над системой бензол — толуол от состава раствора, выраженного в молярных долях. Определите давление пара над системой с молярной долей бензола 30 йа. Чему будут равны парцнальные давления и общее давление над раствором, содержащим по 0,1 кг каждого вещества? Вычислитеизменеииеэнтропии, свободной энергии в процессе образования 1 моль раствора с молярной долей бензола 30 % при 300 К.
2. Экспериментально определены парциальные давления над системой ацетон — хлороформ при 308,2 К в зависимости от состава: 22! 1,О З.9ОО 06 08 1,973 3,000 1 ЗОО О,ОЗО 0,2 9,4 0,463 1,093 З,ООО 2,44О 313 2,466 8,226 »о2 «сне!, о,о Рснс! 'Ш Па ° ° ° ° О ' » о 1снсосн '1Π— », Па .. 4,686 На основании этих данных постройте график зависимости парциальоб давлений над системой от состава.
Сопоставьте получен- ных и щего д в ю ихся зако- ные зависи мости с зависимостями для растворов, подчиняющ кипеть сие- ну Рауля. Определите, при каком общем давлении начнет ки тема м е а с малярной долей хлороформа 50 о4 при 308, 2 К. При каком давм? ленин о на кипела бы, если бы раствор был совершенны ления над сис- 3, Экспериментально определены парциальные давле д темой ацетон — сероуглерод при 308,2 К при разных составах: О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 «сэ Рсэ !О-», Па,,... 0 3,733 6,040 6,666 6,133 6,826 ° 10-», Па ..
4,686 3.866 3,400 3,066 2,633 0 "сн, Постройте график зависимости парциальных сбщ» х и общего давления над системо емой от состава, выраженного в молярны д х олях. Сопоставьте зависимость с зависимостью, полученной по закону у д Ра ля ля соверв. Оп еделите, при каких составах системы общее шенных растворов. преде давление пара над ней при 308,2 К будет , а. ак наблюдалось бы над этими системами, если бы раствор был совершен- 4.
Вычислите общее давление паров над системой, содержащей 0,078 кг бензола и 0,076 кг сероуглерода, при каждой из температур, если раствор считать совершенным: Т, К К . °.......... 293 363 Ро 10 — », Па .. 1020 10,066 Р58 10-», Па........ 3,960 27,064 Экспериментально определенные общ д ие авления и и этих темпера- турах соответственно равны 2,746 10; 5,760 1О' и 19,655 10' Па. ы- числитс отклонения давления от давления над идеальным раствором для каждой температуры. огда К поведение раствора ближе к идеальноат е? му — при л — бо ее высокой или при более низкой температуре. 5. Рост ойте график зависимости содержания бензол р а в па е от сокой фазе. Оп еделите содержание бензола в держания бензола в жидко ф~ж р паре если в жидкой Фазе его молярная доля ензол 3 К образуют растворы, близкие по свойствам д . р к и еальным.
При 29 дав- ления паров бензола и толуола соответственн р о явны 1,02 ° и 6. Давления паров веществ А и В при 323 К соотв р етственно анны ° 104 и 10,132 10' Па. Вычислите состав пара, равновесного с раст- 4,666 1 и, а. вором, считая, что раствор, полученный р й п и смешении 0,5 моль А и 0,7 моль В, ндеалыг»й. 7. Вычислите в молярных долях состав раствора, кипящего при 3?3 К и 10,133 ! 04 Па, если СС1, и БпС!, образуют идеальные растворы. Давления паров СС14 и бпС14 при 373 К соответственно равны 19,332 х х 10' и б,ббб 104 Па.
Определите состав в молярных долях первого пузырька пара. Какой состав будет иметь последняя капля жидкости, если раствор полностью перевести в пар? 8. Рассчитайте состав пара над раствором, содержащим по 0,5 моль бензола и толуола, по зависимости давления насыщенного пара от температуры для бензола и толуола: Т, К ро ° !Π— », Па с„н, ро .!О-». Па с,н,сн» ЗЗО 350 ЗЗО 420 6,2 9,3 21,3 35,6 1,6 3.8 9,3 26,8 Дайте заключение о применимости первого закона Вревского. При расчете раствор считать идеальным.
9*. Считая раствор и-гептана и и-октана идеальным, постройте диаграмму кипения, используя справочные данные о теплотах испарения и температурах кипения 1С.Х., т. 1!. 10. Определите массу пара и жидкой фазы, которые будут находиться в равновесии, если 1 кг раствора С,НоОС,Н, — СС1, смолярноч долей СС1, 30% нагреть до 333 К. Молярная доля жидкой фазы 37 % СС14, пара 16 % СС1,. Диаграмма кипения приведена в справочнике !М.1. 11. Какой компонент и сколько его следует добавить к 1 кг системы 'Нй!Оа — Н,О с молярной долей НИОа 60 %, чтобы получить азеотропную смесь. Диаграмма кипения приведена в справочнике.
12. Парциальное давление СН,ОН над раствором СН,ОН в НаО с моляриой долей хсн,он — — 0,25 при 313,1 К составляет 12,5 10а Па, а при 332,6 К вЂ” 30,5 10а Па. Определите парциальную молярную теплоту испарения СН,ОН из раствора хсн,он = 0,25. 13, Определите парциальную молярную теплоту растворения СН,ОН в растворе СН,ОН вЂ” Н,О с хсн,он = 0,25 при 332,6 К, если парциальная молярная теплота испарения СН,ОН из раствора СН,ОН в Н,О с молярной долей хсн,он = 0,25 при 332,6 К равна 39,6 кДж/моль, тейлоту испарения чистого метанола см. в справочнике 1М.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
