题6.12
6-13 固态完全互溶、具有最高熔点的A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p297)。指出各相区的相平衡关系、各条线的意义,并绘出状态点为a、b的样品的泠却曲线。
解:各相区的相平衡关系及状态点为a、b的样品的泠却曲线如图所标注。HN那条线为液相线(液态熔体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。同理,NO那条线为液相线(液态熔体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。
6-14 低温时固态部分互溶、高温时固态完全互溶且具有最低熔点的A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p385)。指出各相区的相平衡关系、各条线代表意义。
解:各相区的相平衡关系如图所注。HIK线是固熔体S1与固熔体S2的两相平衡共存线,POQ那条线为液相线(液态熔体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。
题6.14附图 6-15 二元凝聚系统Hg-Cd相图示意如附图(见教材p297)。指出各个相区的稳定相,三相线上的相平衡关系。
解:各个相区的稳定相如图中标注。两条三相线上的相平衡关系如下: abc线:L ???;def线:L ??? (α,β,γ为不同组成的固溶体)。 6-16 某A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p297)。(1)指出各相区稳定存在的相;(2)指出图中的三相线。三相线上哪几个相成平衡?三者之间的相平衡关系如何?(3)绘出图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线,并注明各阶段时的相变化。
解:(1)各相区稳定存在的相如图所注。
(2)该图上有两条三相线,即efg线是α固熔体与γ固熔体和液相L相平衡,hij线是液相L与γ固熔体和β固熔体相平衡。
(3)图中状态点a、b、c三个样品的泠却曲线如图右所示,a→a1,组成为a的液态溶液降温,达到a1点时开始析出γ固熔体,进入两相平衡区,继续泠却达到a2时,开始析出第三相α固熔体,成三相平衡,直至液体全部凝结成α固熔体与γ固熔体后,即自a2后继续泠却进入α固熔体与γ固熔体平衡区;组成为b的液态溶液降温,达到b1点时开始析出γ固熔体和β固熔体,成三相平衡,继续泠却β固熔体消失,进入液体l和γ固熔体,当泠却达到b3时,直至液体消失,然后进入γ固熔体单相区;组成为c的液态溶液降温,达到c1点时开始析出β固熔体,进入两相平衡区,继续泠却达到c2时,开始析出第三相γ固熔体,成三相平衡,此后进入β固熔体与γ固熔体两相平衡区。 6-17 某A-B二组分凝聚系统相图如附图(见p297)。指出各相区的稳定相,三相线上的相平衡关系。
解:各相区的稳定相如6-17图中所标,α,β为不同组成的、固溶体。两条三相线上的相平衡关系为
abc线:L
???;efg线:Lf??
Lg
6-18 利用下列数据,粗略绘出Mg-Cu二组分凝聚系统相图,并标出各相区的稳定相。 Mg与Cu的熔点分别为648℃、1085℃。两者可形成两种稳定化合物,Mg2Cu,
L+Cu(s) MgCu2,其熔点依次为580℃、L 800℃。两种金属与两种化合
L+MgCu2(s) 物四者之间形成三种低共熔
混合物。低共熔混合物的组成L+Mg2Cu(s) (含Cu%(质量))及低共熔点对应为:Cu:35%,380℃;Cu:66%,560℃;Cu:90.6%,680℃。 L+Mg(s) 解:由题给的数据,绘出MgCu2(s) Mg-Cu二组分凝聚系统相图如+ Mg2Cu(s)+Mg(s) 右图所示。各相区的稳定相如Mg2Cu(s) 图所示。
6-19 绘出生成不稳定化合物系统液-固平衡相图(见p298)中状态点为a、b、c、d、e、f、g的样品的泠却曲线。
解:根据题意,作出各条泠却曲线,如图所示。 Cu(s)+MgCu2(s)
6-20 A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p298)。指出各个相区的稳定相,三相线上的相平衡关系。
解:各个相区的稳定相如图中标注。三相线上的相平衡关系如下:
abc线:Lb ghi线:L
A(s)?C1(s);def线:L C2(s)?B(s)
C1(s)?C2(s)
6-21 某A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p298)。标出各个相区的稳定相,并指出图中三相线上的相平衡关系。
解:各相区的稳定相如图中所注。该相图有两条三相线,即abc线和def线,abc线代表L+αC(s)三相平衡,def线代表L+βC(s)三相平衡。
6-22 指出附图(教材p298)中二元凝聚系统相图如内各相区的稳定相,并指出三相线及三相平衡关系。
解:各相区的稳定相如图所注:C1=C1(s),C2= C2(s),B= B(s)。该相图有三条三相线,即EFG线、HIJ线及NOP线:EFG线表示L+αC1(s)三相平衡,HIJ线表示L+ C1(s)C2(s)三相平衡,NOP线表示L+ B(s)C2(s)三相平衡。
6-23 指出附图(教材p387)中二元凝聚系统相图如内各相区的稳定相,并指出三相线及三相平衡关系。
解:各相区的稳定相如图所注:C1=C1(s),C2= C2(s),B= B(s)。该相图有三条三相线,即abc线、def线及ghi线:abc线表示L+αC1(s)三相平衡,def线表示L+ C2(s) C1(s)三相平衡,ghi线表示L+ B(s)C2(s)三相平衡。 6-24 25℃时,苯-水-乙醇系统的相互溶解度数据(%(质量))如下: 苯 水 乙醇 苯 水 乙醇
0.1 80.0 19.9 40.0 15.2 44.8
0.4 70.0 29.6 50.0 11.0 39.0
1.3 60.0 38.7 53.0 9.8 37.2
4.4 50.0 45.6 60.0 7.5
9.2 40.0 50.8 70.0 4.6
12.8 35.0 52.2 80.0 2.3 17.7
17.5 30.0 52.5 90.0 0.8 9.2
20.0 27.7 52.3 95.0 0.2 4.8
30.0 20.5 49.5
图6-22 32.52 25.4
(1)绘出三组分液-液平衡相图;(2)在1kg质量比为42∶52的苯与水的混合液(两相)中加入多少克的纯乙醇才能使系统成为单一液相,此时溶液组成如何?(3)为了萃取乙醇,往1kg含苯60%、乙醇40%(质量)的溶液中加入1kg水,此时系统分成两层。上层的组成为:苯95.7%,水0.2%,乙醇4.1%。问水层中能萃取出乙醇多少?萃取效率(已萃取出的乙醇占乙醇的总量的百分数)多大?
解:(1)由题给的数据,在等边三角形坐标纸上,绘出苯-水-乙醇三组分系统液-液平衡相图,如下图所示。
(2)在苯-水坐标上找出苯与水的质量比为42∶52的D点,将CD联成直线与曲线相交于E点。在1kg质量比为42∶52的苯与水的混合液中加入纯乙醇,溶液的总组成沿着DC线变化,当加到E点时,系统开始澄清成为一相。
E点的组成为:苯19.6%,乙醇52.4%,水28.0%。
所以 m乙醇=52.4?1kg=1.101kg
47.6(3)因1kg含乙醇40%,苯60%的溶液中乙醇量为0.4kg,苯量为0.6kg,加入1kg水后形成的系统总量为2kg,故系统的总组成
图 6.24 为{乙醇20%,苯30%,水50%},在图中为N点,此时系统分为共轭的液层:已知上层(苯层)的组成为{乙醇4.1%,苯95.7%,水0.2%},以F点表示;将FN联一直线与曲线交于G点,此点的组成即下层(水层)的组成为{乙醇27.2%,苯0.3%,水72.5%}。根据杠杆规则:
m下层(30-0.3)=(2kg- m下层)(95.7-30) ∴ m下层=1.38kg 下层(水层)中含乙醇的量 m乙醇=1.38kg×27.2%=0.375kg
萃取效率=
0.375?100%?93.8% 0.4增加题 在325℃时,Hg的蒸气压为55.49kPa,同温度下Tl-Hg合金中Hg的分压及摩尔分数如下: xHg pHg/ kPa 1.000 55.49 0.957 53.00 0.915 50.00 *0.836 44.55 0.664 33.40 0.497 24.03 求对应于各浓度时汞的活度及活度因子(系数)。
解:解:选择纯Hg在325℃时的状态pHg=55.49kPa作为标准态最为合适,活度及活度系
*数就可用下两式求出,结果列在下表。 aHg?pHg/pH,?Hg?aHg/xHg gxHg pHg/ kPa aHg γHg 1.000 55.49 1 1 0.957 53.00 0.9551 0.9980 0.915 50.00 0.9011 0.9848 0.836 44.55 0.8028 0.9603 0.664 33.40 0.6019 0.9065 0.497 24.03 0.4331 0.8713