第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用(3)

2019-04-22 15:10

?TbMB?m(A)1.17?1.28?10?3?5.0kb???2.34(kg?K?mol?1)

m(B)3.20(2)稀溶液,若?vapHm与温度无关。

R(Tb*)28.314?(319.45)2?MAkb??MA??2.41(kg?K?mol?1)

?vapHm,A351.9?MA?vapHmdp(3)Clapeyron方程式:,液体体积与气体相比,可忽略不计 ?dTT??vapVmdp?vapHm?vapHm???p 2dTT?VgRTR(Tb*)2p?MA101.325?76.1kb??MA???2.34(kg?K?mol?1)

dp?vapHm,A3293dT20、在300K时,将葡萄糖(C6H12O6)溶于水中,得葡萄糖的质量分数为0.044的溶液。试求

(1)该溶液的渗透压;

(2)若用葡萄糖不能透过的半透膜,将溶液和纯水隔开,试问在溶液一方需要多高的水柱才能使之平衡,设这时溶液的密度为1.015kg?m?3。

解:(1)设溶液质量为1kg。

?V?nBRT

nBRT1/0.18?0.044?8.314?300?1.015?103????618.83(kPa)

V1(2)需要水柱的高度为?水gh??

h?

?618.83??63.15(m) 3?水g1.0?10?9.821.(1)人脑血浆的疑固点为?0.5oC?272.65K?,求在37oC?310.15K?时血浆的渗透压。已知水的疑固点降低常数kf?1.86K?kg?mol?1,血浆的密度近似等于水的密度,为

1?103kg?m?3;

(2)假设某人在310K时其血浆的渗透压为729kPa,试计算葡萄糖等渗溶液的质量摩尔浓度。

解:(1)?V?nBRT

??

nBRT?mB?RT??Am(A)/?A?Tfkf

?Tf?kf?mB即mB????Tfkf?RT??A?0.5?8.314?310.15?1?103?693.17kPa1.86(2)

??nBRT?mB?RT??Am(A)/?A?729??0.283mol?kg?1 3RT??A8.314?310?1?10mB?22、在298K时,质量摩尔摩尔浓度为mB的NaCl(B)水溶液,渗透压为200kPa。现在要从该溶液中取出1mol纯水,试计算这过程的化学势的变化值。设这时溶液的密度近似等于纯水的密度,为1?103kg?m?3。

解:溶液是大量的,且为稀溶液有

*????H??sol 压力对体积影响不大时 2O1?18?10?33????sol?VA???sol??200?10?3.6(J) 31?1023、某水溶液含有非挥必性溶质,在271.65K时凝固,试求 (1)该溶液的正常沸点;

(2)在298K时的蒸气压。已知该温度时纯水的蒸气压为3.178kPa。 (3)在298K时的渗透压。假设溶液是理想的稀溶液。 解:(1)水的凝固点降低常数kf?1.86K?kg?mol?1

沸点升高常数kb?0.52K?kg?mol?1

{?Tf?kf?mB?Tb?kb?mB

即:?Tb?kb0.52??Tf??(273.15?271.65)?0.42K kf1.86?Tb?Tb?Tb*?Tb??Tb?Tb*?373.15?0.42?373.57(K) ?T1.52(2)mB?f??0.806mol?kg?1

kf1.86*对于理想稀溶液,根据Rault定律pA?p*A?xA?pA?(1?xB)

nnxB?B?B?mB?MA?0.806?18?10?3?0.0145

nAWAMA*pA?p*A?xA?pA?(1?xB)?3.178?(1?0.0145)?3.132(kPa) (3)渗透压 ?VA?nBRT

nBn??RT?BART?0.806?1?103?8.314?298?1996.92(kPa) VAWA24、由三氯甲烷(A)和丙酮(B)组成的溶液,若液相的组成的??XB= 0.713,

则在301.4K时的总蒸气压

为29.39kPa,在蒸汽压中丙酮(B)的组成为yb=0.818.已知在该温度时,纯三氯甲烷的蒸汽压为29.57kPa.试求:在三氯甲烷和丙酮组成的溶液中,三氯甲烷的相对活度ax,A和活度系数rx,A

解:根据Roault定律

*pA?paAA?aA?pA/*p?APB?总?1?y?*pA 1829.?3?910?. 829.57?A?aA/?A?0.18?0.6271?0.713 25.在288K时,1 mol NaOH(s)溶在4.559 mol的纯水中所成溶液的蒸气压为596.5 Pa,在该温度下,纯水的蒸气压为1705 Pa. 试求

(1)溶液中水的活度;

(2)在溶液中和纯水中,水的化学势的差值。 解:

596.5?0.35 (1)aA?pA/p*A?1705(2)大量溶液 H2O(sol)?H2O(pure) ??????A???A?RTlnaH2O???RTlnaH2O??8.314?288ln0.35??2513.73J?mol?126、在300K时,液态A的蒸气压为37.33kPa,液态B的蒸气压为22.66kPa,当2molA与2molB混合后,液面上蒸气的总压为50.66kPa,在蒸气中A的摩尔分数为0.60。假定蒸气为理想气体,试求

(1)溶液中A和B的活度;(2)溶液中A和B的活度系数;

(3)混合过程的Gibbs自由能变化值?mixGre;

(4)如果溶液是理想的,求混合过程的Gibbs自由能变化值?mixGid。 解:由Raoult定律

aA?pAp总?yA50.66?0.6???0.81 *p*p37.33AApBp总?yB50.66?0.4???0.89 **pApB22.66aA0.81??1.62 xA0.5同理aB?(2)?A?

?B?aB0.89??1.78 xB0.5B(3)?mixGre?RT?nBlnaB??1582J (4)?mixGid?RT?nBlnxB??6915J

B27、262.5K时,在1.0kg水中溶解3.30mol的KCl(s)形成饱和溶液,在该温度下饱和溶液与冰平衡共存。若以纯水标准态,试计算饱和溶液中水的活度和活度系数。已知水的摩尔凝固焓变为?freHm?601J?mol?1。

解:实际液体混合物在262.5K时,饱和溶液与冰共存有

d?A(l)?d?A(s) 即(??A(l)??(l)??(s))p,aAdT?(A)p,TdaA?(A)pdT ?T?aA?T溶液?A??*A?RTlnaA代入

?SA(l)dT?RT*daA??Sm(s)dT aA?freHmRTdaA?dT aAT∴lnaA?*?freHmR?(T)*2f?Tf

lnaA??601(262.5?273.2) 28.314?(273.2)1000/18?0.94

1000/18?3.3aA?0.9897,xA??B?aB0.9897??1.0529 xB0.9428、在298K时,某有机酸在水和乙醚中分配系数为0.4。今有该有机酸5g,溶于

0.10dm3水中,试计算

(1)若每次用0.02dm3乙醚萃取,连续萃取两次,水中还余下有机酸的量,设所用乙醚事先已被水所饱和,萃取时不会再有乙醚溶于水;

(2)若用0.04dm3乙醚萃取一次,水中还余下有机酸的量。 解:(1)用0.02dm3乙醚萃取两次

m(B)KV?()n VA为每次溶剂的体积 m(总)KV?VAm(B)?(KV0.4?0.1)2?m(总)?()2?5?10?3?2.22?10?3(kg)

KV?VA0.4?0.1?0.02(2)同理一次萃取

m(B)?(KV0.4?0.1)?m(总)?()?5?10?3?2.5?10?3(kg)

KV?VA0.4?0.1?0.0429、在1.0dm3水中含某物质100g,在298K时,用1.0dm3乙醚萃取一次,可得该物质66.7g,试求

(1)该物质在和乙醚之间的分配系数;

(2)若用1.0dm3乙醚分10次萃取,能萃取出该物质的质量。 解:(1)溶液中剩余m(B)为

m(B)?(KV)n?m(总)

KV?VA一次萃取,蒸馏得到66.7g

m(总)?m(B)?m(总)?(1?K?0.5

KV0.5?1)?0.1?[1?()]?66.7?10?3(kg)

KV?VA0.5?1?0.11.0dm3?0.1dm3 (2)VA?10得到物质的质量:

m(总)?m(B)?m(总)?(1?KV0.5?110)n?0.1?[1?()]?0.084(kg)

KV?VA0.5?1?0.130、在293K时,浓度为1.0mol?dm?3的NH3(g)的CHCl3(l)溶液,其上方NH3(g)的蒸气压为4.43kPa;浓度为0.05mol?dm?3的NH3(g)的H2O(l)溶液,其上方NH3(g)的蒸气压为0.8866kPa。求NH3(g)在CHCl3(l)和H2O(l)两个液相间的分配系数。

解:在定温定压下达到平衡时 分配系数K?exp**(HH?H)OCHCl23RT

*而?CHCl3??CHCl?RTlnaCHCl3?RTlnp1 ① 3p1为其蒸气压

*?HO??HO?RTlnaHO?RTlnp2 ②

222**②—①得:?H???RT(lnOCHCl23aCHCl3p2?ln) p1aH2O**?H??OCHCl23RT?lnp2?aCHCl3p1?aH2O (若两者活度系数均为1,即aCHCl3?mCHCl3)

K?p2?aCHCl3p1?aH2O?0.8866?0.1?0.4

4.43?0.05另外,也可以利用NH3在两相中分配达平衡时,其蒸汽压只有一个即用浓度除以蒸汽压,进行计算。

aCHCl3aH2O K?/p1p2结果一样。


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