Сборник задач и упражнений по общей химии

129

нения обозначим соответственно буквами M и N. Массу выделившегося химичекого соединения Bi Te определим по правилу рычага:

Состав твердой фазы определяется проекцией точки N на ось состава. Таким образом твердая фаза целиком состоит из химического соединения BiTe, которое содержит 49% Te.

Масса жидкой фазы определяется из выражения:

mж = m – mT = 1 – 0,32 = 0,68 ( кг).

Состав жидкой фазы определяется проекцией точки M на ось состава, т.е.

18% Te.

Аналогичным образом определяем количество и состав фаз для точки 8. Обозначим ее через О1 и проведем ноду M1N1. Массу выделившегося химиче-

O1N1 = 80 – 75 = 5.

Подставляя значения общей массы m = 1 кг и значения плеч рычага M1N1

Твердая фаза целиком состоит из химического соединения Bi Te, которое содержит 49% Te. Масса жидкой фазы в т. 8 определяется из выражения:

m′ж = m – m′T = 1 – 0,16 = 0,84 ( кг).

Состав жидкой фазы определяется проекцией т. N1 на ось состава, т.е.

80% Te.

д) Для построения кривых охлаждения спроецируем точки 1, 2, 3, 4 на ось состава до пересечения с линиями ликвидуса и вымораживания эвлектики. Полученные точки (а, 7, в, 4) спроецируем на поле графика кривых охлаждения. Именно они определяют температуры начала и конца кристаллизации и позволяют построить кривые охлаждения для составов, определяемых заданными точками на диаграмме (рис. 6.3 б)

6.3 Варианты контрольных заданий

Вариант 1

1. В керамическом производстве при разных температурах протекают реакции:

MgCО3(T) = MgО (T) + CO2(Г);

2CaSO4(T) = 2CaO(T) + 2SO2(Г) + O2(Г).

Примените правило фаз к каждой реакции.

130

2. При Т = 144° С жидкий расплав, состоящий из 40% Cd и 60% висмута, находится в равновесии с твердыми кристаллами кадмия и висмута. Определить число фаз (какие?) и сколько степеней свободы имеет такая система.

зой, компонентом?

Вариант 2

1. При очистке воздуха активированным углем при 40°С протекают реак-

ции:

2H2S(Г) + O2(Г) ↔ 2H2O(Ж) + S2(Г);

CS2(Г) + O2(Г) ↔ CO2(Г) + 2S(T).

Определить в этой системе число фаз, число независимых компонентов и число степеней свободы.

2.Возможно ли существование пяти фаз в двухкомпонентной и трехкомпонентной системах? Как доказать?

3.По следующим данным построить диаграмму состояния системы: маг-

а) Определите тип диаграммы, ее особенности; б) Определите число компонентов, число фаз и число степеней свободы в

каждой из областей, ограниченных линиями диаграммы, на линиях и точках? Что значит данное число степеней свободы?

в) Найдите количество олова в жидком расплаве при охлаждении 1 кг расплава, содержащего 90% Mg при понижении температуры от 800 до 575°C.

г) Построить кривые охлаждения для 39%, 55%, 72%, 98% и 100% сплава по олову. Объяснить ход этих кривых.

Сформулируйте правило фаз Гиббса. Что называется фазой, компонен-

132

2. Какое максимальное число фаз может иметь сплав, состоящий из свинца, олова и висмута? Чему равна в этом случае вариантность системы?

3. По диаграмме плавкости системы висмут-сурьма ( Bi – Sb ):

а) Определить тип диаграммы, число компонентов, число фаз и число степеней свободы в каждой из областей, ограниченных линиями диаграммы, на линиях и в точках, показанных на рисунке. Что значит данное число степеней свободы?

б) 50 г расплава, содержащего 60% сурьмы, охладили до 450°C. Сколько образовалось твердого раствора и каков его состав?

в) Построить кривые охлаждения для 30%, 70%, и 100% сплавов (по сурьме). Объяснить ход этих кривых.

Дать определение твердых растворов, назвать типы твердых растворов. 4. Построить диаграмму состояния системы висмут-теллур (Bi – Te ) по

По построенной диаграмме определить: а) тип диаграммы и ее особенности;

б) чему равно число компонентов, число фаз и число степеней свободы в каждой из областей, ограниченных линиями диаграммы, на линиях;

в) определить % -ный состав эвтектик и химического соединения; г) построить кривые охлаждения для сплавов, содержащих 0, 20, 30, 80 и

100% висмута.

Сформулируйте правило фаз Гиббса. Что называется фазой, компонентом, эвтектикой?

Вариант 4

1. Цианамид кальция разлагается водой по уравнению:

CaCN2(T) +3H2O(Ж) = CaCO3(T) + 2NH3(Ж)

Определить в этой системе число фаз, число независимых компонентов и степеней свободы.

133

2.Возможно ли существование однокомпонентной системы, состоящей из четырех фаз? Как доказать?

3.Сплав золото-серебро ( Au – Ag ) используется в качестве припоя. По диаграмме плавкости системы серебро-золото определите:

а) тип диаграммы;

б) число степеней свободы в точках а, b, с, d;

в) можно ли выделить из системы серебро в чистом виде из сплавов, содержащих 70, 80 90% серебра?

г) определите первоначальный состав и количества твердой и жидкой фаз при охлаждении сплава, содержащего 40% золота до температуры 1000°С, масса состава 1 кг.

д) постройте кривые охлаждения для сплавов, содержащих 0, 20, 40, 60, 80, 100% золота.

4. Построить диаграмму состояния системы медь-серебро по следующим данным:

По построенной диаграмме определить: а) тип диаграммы и ее особенности;

б) состав эвтектики и температуру ее затвердевания, что называется эвтектикой;

в) определить число компонентов, число фаз и число степеней свободы в точках, в каждой из областей, ограниченных линиями, на линиях? Что значит данное число степеней свободы?

г) построить кривые охлаждения для сплавов, содержащих 50, 72, 90 и 100% серебра?

д) сколько кг и какого компонента выделится из 2 кг расплава, содержащего 90% серебра охлажденного до 830°С? Сформулируйте правило фаз Гиббса.

134

Вариант 5

1. В керамическом производстве при разных температурах протекают реакции:

MgCO3(T) = MgO(T) + CO2(Г);

2CaSO4(T) = 2CaO(T) + 2SO2(Г) +O2(Г).

Примените правило фаз к каждой реакции в отдельности.

2. При 144°С жидкий расплав, состоящий из 40% алюминия и 60% кремния, находится в равновесии с твердыми кристаллами алюминия и кремния.

Вариант 6

1. Цианамид кальция получают нагреванием в печи карбида кальция в атмосфере азота по реакции:

CaC2(T) + N2(Г) = CaCN2(T) + C(T).

Определить фазовый состав и число степеней свободы.

135

2. Найти число степеней свободы при затвердевании расплавленного: а) чистого металла;

б) сплава из двух металлов, образующего одну кристаллическую структу-

ру;

в) сплава из двух металлов, образующих две кристаллические структуры. 3. По диаграмме плавкости системы висмут-сурьма определите:

а) тип диаграммы; б) состав первых кристаллов твердой фазы, выпадающих из сплава, со-

держащего 45% сурьмы, охлажденного до 500°С; в) постройте кривые охлаждения для сплавов, содержащих 0, 30, 50, 80 и

100% сурьмы; г) сколько выделится твердой фазы, если охладить 2 кг расплава, содер-

жащего 50% сурьмы, до 400°С; д) что понимается под твердым раствором? Назвать типы твердых рас-

творов.

4. По следующим данным построить диаграмму состояния системы сви-

б) состав эвтектики и температуру ее кристаллизации; в) построить кривые охлаждения для чистых компонентов (свинца и

сурьмы) и смесей, содержащих 70, 50 и 20% свинца.

г) применить правило фаз Гиббса для всех полей, линий и характерных точек на этой диаграмме.

Вариант 7

1. В стеклоплавильных печах протекают реакции:

MgCO3(T) + SiO2(T) = MgSiO3(T) + CO2(Г); Na2CO3(T) + SiO2(T) = Na2SiO3(T) + CO2(Г).

136

Примените правило фаз к каждой реакции в отдельности.

2. Пользуясь правилом фаз, определить число степеней свободы в системе, состоящей из раствора KNO3, NaNO3 в воде в присутствии кристаллов обеих солей и паров воды.

3. Медь и никель образуют непрерывный ряд твердых растворов. Расплав,

содержащий 60% никеля, охлаждали до 1300°С, после чего жидкую фазу сливали; выпавшие кристаллы твердого раствора расплавляли при 1500°С и жидкий расплав вновь охлаждали до 1350°С.

Определить:

а) сколько выпало твердой фазы при первичном и повторном охлаждениях, если количество исходного расплава составляло 20 кг;

б) какого состава получались при этом твердая и жидкая фазы; в) построить кривые охлаждения для сплавов, содержащих 20, 40, 60,

100% никеля.

4. Построить диаграмму состояния системы висмут-теллур по следую-

По построенной диаграмме:

а) определить тип диаграммы и ее особенности; б) применить правило фаз Гиббса для всех полей, линий и характерных

точек на этой диаграмме; в) построить кривые охлаждения для сплавов, содержащих 0, 20, 15, 52,

80 и 100% висмута.

Сформулируйте правило фаз Гиббса. Что называется фазой, компонентом, эвтектикой.

Вариант 8

1. В стеклоплавильных печах протекают реакции:

Na2CO3(T) + SiO2(T) = Na2SiO3(T) + CO2(Г);

MgO(T) + SiO2(T) = MgSiO3(T).

Применить правило фаз ко всей системе в целом.

137

2. Определить наибольшее число фаз, которые могут находиться в равновесии в системе, состоящей из воды и сахара. Какую вариантность имеет система?

3. Медь и никель образуют непрерывный ряд твердых растворов. Опреде-

а) число степеней свободы, число компонентов, число фаз в каждой из областей, ограниченных линиями диаграммы, на линиях и в точках а, b, с, d. Что значит данное число степеней свободы?

б) 50 г расплава, содержащего 60% никеля, охладили до 1300°С. Сколько образовалось твердого раствора, каков его состав?

в) Построить кривые охлаждения сплавов, содержащих 0, 40, 60 и 100% никеля. Что понимается под твердым раствором? Назвать типы твердых растворов.

4. Сплав алюминия с кремнием широко используется в машиностроении. Построить диаграмму состояния системы алюминий – кремний по следующим данным:

а) определить тип диаграммы, ее особенности; б) определить состав всех сплавов, начинающих затвердевать при 630°С и

указать, какие твердые фазы выпадают при этой температуре; в) чему равно число компонентов, число фаз и число степеней свободы в

точке эвтектики? Что называется эвтектикой?

г) построить кривые охлаждения для сплавов, содержащих 10, 40, 60, 87, 100% алюминия.

Сформулируйте правило фаз Гиббса. Что называетсяфазой, компонентом?

Вариант 9

1. Кремний получают разложением сплавов при 400-500°С:

SiH4(Г) = Si(T) + 2H2(Г);

138

Si2H6(Г) = 2Si(T) +3H2(Г).

Определить фазовый состав суммарной реакции в указанном интервале температур.

2.Какое максимальное число фаз может иметь система, состоящая из раствора сульфата калия, сульфата стронция, сульфата натрия в воде? Назовите все фазы.

3.По диаграмме состояния определить:

а) тип диаграммы; ее особенности; б) чему равно число компонентов, число фаз и число степеней свободы в

каждой из областей, ограниченных линиями диаграммы, на линиях и в точках, указаных на рис;

в) количество твердой и жидкой фаз при охлаждении до 500°С 20 кг расплава, содержащего 80% магния;

г) построить кривые охлаждения для составов, содержащих 5, 15, 30, 49, 80, 100% магния.

4. По приведенным кривым охлаждения (1-5) и их составам начертить диаграмму состояния системы сурьма-свинец и определить:

T,°C

а) тип диаграммы; б) состав эвтектики и температуру ее кристаллизации;

в) применить правило фаз Гиббса к этой диаграмме. Сформулировать