習題答案(科學出版社)

甲苯的密度第四章相平衡思考題1.什么叫自由度？相律的內(nèi)容是什么？它能夠解決什么問題？答：在不引起舊相消失和新相形成的前提下，可以在一定范圍內(nèi)獨立變動的強度性質(zhì)稱為系統(tǒng)的自由度。相律就是在平衡系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)相數(shù)、組分數(shù)、自由度數(shù)及影響物質(zhì)性質(zhì)的外界因素（如溫度、壓力、重力場、磁場、表面能等）之間關(guān)系的規(guī)律。相律是一個定性規(guī)律，可以指示相平衡體系中有幾個相，可以指導如何去識別由實驗繪制的相圖。2.水的三相點與冰點是否相同?答：不相同。純水的三相點是氣-液-固三相共存，其溫度和壓力由水本身性質(zhì)決定，這時的壓力為610.62Pa，溫度為273.16K。熱力學溫標1K就是取水的三相點溫度的1/273.16K。水的冰點是在大氣壓力下，水的三相共存點的溫度。由于冰點受外界壓力影響，在105Pa壓力下，溫度下降0.00747K，由于水中溶解了空氣，溫度又下降0.0024K，所以在大氣壓力為105Pa時，水的冰點為273.15K。3.相點與物系點有什么區(qū)別?答：相點是相圖中表示某平衡相組成的點。從相點位置可看出該相的狀態(tài)、組成、溫度、壓力等。相點位置可隨壓力、溫度的改變而改變。在單組分系統(tǒng)的相圖上，所有點全部是相點。物系點是在多組分系統(tǒng)的相圖上表示系統(tǒng)總組成的點，在單相區(qū)，物系點可與相點重合，而在兩相區(qū)內(nèi)只有物系點。該物系所對應的兩個相組成由兩個相點表示。在T-x圖上，物系點可沿著與溫度坐標平行的直線上下移動；在水鹽系統(tǒng)圖上，隨著水的含量不同，物系點可沿著與組成坐標平行的直線左右移動。4.單組分系統(tǒng)的三相點與低共熔點有何異同點?答：共同點：都是三相共存。不同點：單組分系統(tǒng)的三相點是氣-液-固三相共存，這時的自由度為零，它的壓力、溫度由系統(tǒng)自身性質(zhì)決定，不受外界因素影響。而二組分系統(tǒng)的低共熔點在等壓的條件下自由度為零。外壓改變，低共熔點的溫度和組成也會隨之而改變。5.米粉和面粉混合得十分均勻。再也無法彼此分開，這時混合體系有幾相？答：兩相6.金粉和銀粉混合后加熱，使之熔融后冷卻，得到的固體是一相還是兩相？答：一相7.低共熔物能不能看作是化合物？答：不能。低共熔物不是化合物，它沒有確定的熔點，壓力改變，低共熔物的熔化溫度和組成都會改變。雖然低共熔物在金相顯微鏡下看起來非常均勻，但它仍是兩個固相的混合物，由兩相組成。習題1.下列說法對嗎？為什么？(1)在一給定的體系中，獨立組分數(shù)是一個確定的數(shù)。(2)單組分體系的物種數(shù)一定等于1。(3)相律適用于任何相平衡體系。(4)在相平衡體系中，如果每一相中的物種數(shù)不相等，則相律不成立。解：(1)對(2)錯，組分數(shù)等于1(3)錯。在有電場、重力場、磁場、或滲透質(zhì)存在時，不適用，必須加以修正。(4)錯，由相律得出的結(jié)論與每一相中的物種數(shù)無關(guān)。2.請論證(1)在一定溫度下，某濃度的NaCl水溶液只有一個確定的蒸氣壓；(2)在一定溫度下，草酸鈣分解為碳酸鈣和一氧化碳時只能有一個確定的CO壓力。解：(1)濃度、溫度一定，=1則f=1-1+1=1(2)f=2-3+2=1當T一定時，f=03.純的碳酸鈣固體在真空容器中分解，這時獨立組分數(shù)為多少?CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)答：獨立組分數(shù)為2。因為物種數(shù)為3，有一個平衡限制條件，但沒有濃度限制條件。因為氧化鈣與二氧化碳不處在同一個相，沒有摩爾分數(shù)累加和等于1的限制條件，所以獨立組分數(shù)為2。4.制水煤氣時有三個平衡反應，求獨立組分數(shù)？(1)H2O(g)+C(s)=H2(g)+CO(g)(2)CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)(3)CO2(g)+C(s)=2CO(g)答：三個反應中共有5個物種，方程(1)可以用方程(3)減去(2)得到，因而只有兩個獨立的化學平衡。沒有明確的濃度限制條件，所以獨立組分數(shù)為3。5.在抽空容器中，氯化銨的分解平衡，指出該系統(tǒng)的獨立組分數(shù)、相數(shù)和自由度？NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)答：反應中有三個物種，一個平衡限制條件，一個濃度限制條件，所以獨立組分數(shù)為1，相數(shù)為2。根據(jù)相律，自由度為1。即分解溫度和分解壓力只有一個可以獨立發(fā)生變化。6.碳和氧在一定條件下達成兩種平衡，指出該系統(tǒng)的獨立組分數(shù)、相數(shù)和自由度？C(s)+1/2O2(g)=CO(g)CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)答：物種數(shù)為4，有兩個化學平衡，無濃度限制條件，所以獨立組分數(shù)為2，相數(shù)為2，自由度為2。7.試求下述體系的自由度并指出變量是什么？(1)在一定壓力下，液體水與水蒸氣達平衡；(2)液體水與水蒸氣達平衡；(3)25℃和一定壓力下，固體NaCl與其水溶液成平衡；(4)固態(tài)NH4HS與任意比例的H2S及NH3的氣體混合物達化學平衡；(5)I2(s)與I2(g)成平衡。解：(1)f=1-2+1=0,(2)f=1-2+2=1溫度或壓力(3)f=2-2+0＝0(4)f=2-2+2=2,溫度和壓力(5)f=1-2+2＝1溫度或壓力2CO3與水可形成三種水合物Na2CO3?H2O(s)，Na2CO3?7H2O(s)和Na2CO3?10H2O(s)。問這些水合物能否與Na2CO3水溶液及冰同時平衡共存？解：不能，只能與冰或水或水溶液共存。9.在1949～2054K之間，金屬Zr的蒸氣壓方程為請得出Zr的摩爾升華焓與溫度T的關(guān)系式。并估算Zr在溶點2128K時的摩爾升華焓和蒸氣壓。答案：,573.79kJ?mol-1,1.69×10-3Pa10.某物質(zhì)的固體及液體的蒸氣壓可分別用下式表示：（固體）(1)（液體