中国科学技术大学物理化学考研笔记(8)

中国科学技术大学 /2007-11-15

    即温度和压力只有一个可变,一旦温度确定,蒸气压也就确定;反之亦然。

    一、水的相图

    相图的利用

    n 利用相图可以指出,体系的某个变量在变化时,状态将发生什么变化。 例如:Py(760mmHg)下,将温度为T1的冰加热到T2(如图),体系将发生什么变化呢?

    二、硫的相图

    §2、二组分体系

    n 完全互溶双液体系的蒸气压-组成图

    分馏原理

    分馏:采用反复蒸馏的方法将溶液中的组分分开。通常所采用的蒸馏步骤是将所形成的蒸气尽可能快地通过冷凝器凝聚而移去(收集)。

    图中即为水-酚体系在恒压下的温度-组成图

    n 有时液体的互溶度随着温度的降低而增大(如:水-三乙基胺),这种情况的相图就如把上图倒过来一样。

    不互溶体系的蒸气压-组成图和沸点-组成图:

    硫酸铵和水构成的二组分体系的相图

    合金体系和化合物体系

    (1)在合金体系(如Bi-Cd,Pb-Sb)和化合物体系(如:KCl-AgCl,C6H6-CH3Cl)中也有类似的相图。以Bi-Cd体系为例,其相图如图。

    (2) CuCl·FeCl3体系

    虽然比较复杂,但可看作是由两个简单低共熔点的相图拼合而成。左侧是化合物AB和A之间有一简单低共熔混合物E1,右侧是化合物AB和B之间有一简单共熔混合物E2。

    (3)H2O-Mn(NO3)2体系:

    有时在两个组分之间形成不止一个稳定化合物,特别在水-盐体系中。例如,H2O-Mn(NO3)2体系的相图(如图)。利用这类相图,可以看出欲生成某种水合物时的合理步骤。

    不稳定化合物生成的体系

    NaI-H2O体系

    n 两个纯组分之间有时可能生成不止一个不稳定化合物,如图:

    KNO3-TlNO3体系相图

    2003年部分考研题

    n 例1

    n 用碳在高温下还原 ZnO,达到平衡后体系中有 ZnO(s),C(s),Zn(g),CO2(g)和 CO(g) 五种物质存在,试问:

    n (1) 这些物质之间可存在哪些关系?

    n (2) 体系的自由度是几?

    n (3) 独立变量可能是什么?

    [答]

    (1) 能独立存在的化学反应有两个:

    n ZnO(s) + C (s) = Zn(g) + CO(g)

    n 2CO (g) = CO2 (g) + C (s)

    n 压力关系为:

    n p(Zn) = p(CO) + 2p(CO2)

    (2) f = C+ 2 -Φ

    n = 2 + 2 - 3 = 1

    ( C= 化合物数 - 元素数 = 5 - 3 = 2 )

    (3) 独立变量可以是温度,也可以是压力。

    n 例2

    n 一个平衡体系如图所示,其中半透膜 aa’ 只能允许 O2(g)通过,bb’ 既不允许O2(g)、N2(g) 通过,也不允许H2O(g) 通过。

    n [答]

    n (1) C = 6 - 1 = 5

    n (2) 共有六相 Ca(s) , CaO(s) , O2(g) ,H2O (l)

    O2(g) + HCl(g) 混合气 , H2O(g) + N2(g) 混合气 , (3) 化学平衡 Ca(s) + (1/2) O2(g) = CaO(s)

    n 相平衡 H2O(l) = H2O(g)

    n 浓度 p(O2),左= p(O2),右

    n 温度 T1=T2=T3=T

    n (4) f = C –Φ + 4 = 5 - 6 + 4 = 3

    第六章 化学平衡

    液相反应

    §2、气相反应中平衡混合物组成的计算

    一、反应前后分子数不变的反应

    二、反应前后分子数有变化的反应

    三、平衡常数的组合

    四、压力和惰性气体对平衡混合物组成的影响

    五、多相化学平衡

    六、促进或阻止反应进行的方法

    例1:将一体积为1055ml的石英容器抽空,在297.0K时引入NO,直到其压力为181.0mmHg为止,将NO在容器的一端冻结,然后再引入704.0mg的Br2,使温度升高到323.7K,当此两物质发生反应并达到平衡后,容器中的压力为231.2mmHg。求在323.7K下NO和Br2形成NOBr这一反应的KP。

    2 NO + Br2 ⇌ 2 NOBr

    当达到平衡时,各组分的摩尔数分别为 nNO、nBr2、nNOBr, 则由物料平衡: nNO0 = nNO+ nNOBr

    nBr20 = nBr2 + ½ nNOBr

    由于各组分所处的 R、T、V 相同,故 ni µ Pi

    即: PNO0 = PNO + PNOBr = 197.3 (1)

    PBr20 = PBr2 + ½ PNOBr = 84.3 (2)

    又 PNO + PNOBr + PBr2 = P = 231.2 (3)

    联列 (1)、(2)、(3)解得: PNO = 96.5 mmHg,

    PBr2 = 33.9 mmHg,


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