var1_podv1

Многовариантное задание № 6

«Анализ фазовых равновесий жидкость – пар в двухкомпонентной системе» вариант 1, подвариант 1

По диаграмме определите:

А – H2O

B – C4H8O2 m=2.0кг

Решение:

1.Какую информацию о системе несет диаграмма температура кипения – состав заданной в таблице 2.5 системы A–B (рисунки 2.8 –2.22)?

Нижняя линия, показывающая зависимость температуры кипения раствора от состава прогибается вниз, т. е. температура кипения раствора ниже, чем, если бы он был идеальным. Следовательно, раствор неидеальный с положительным отклонением от закона Рауля. Также имеется точка экстремума - азеотропная точка.

2-6.

2.При какой температуре закипит жидкость, содержащая а % вещества A..

3.При какой температуре вся первоначальная жидкость обратится в пар, если при нагревании пар не отводить?

4.Как будет меняться состав первоначальной жидкости по мере испарения?

5.Каков состав первых пузырьков пара?

6.Как изменяется состав равновесного с кипящей жидкостью пара в ходе испарения?

14

Решение:

1.Охарактеризуйте диаграмму плавкости системы A – B (таблица 2.6): растворимость компонентов в жидких и твердых фазах, типы твердых растворов, наличие устойчивых и неустойчивых химических соединений.

Диаграмма плавкости Mg – Cu относится к диаграммам состояния веществ с неограниченной взаимной растворимостью в жидком состоянии, ограниченной растворимостью в твердом состоянии, образующих два соединения (одно постоянного и второй переменного состава).

2.Дайте описание состояния системы в различных условиях, расшифровав значение всех полей, линий и характерных точек диаграммы плавкости системы A – B (таблица 2.6).

Красная линия – линия ликвидуса, синяя – солидуса, зеленая – кривые образования твердого раствора. Также есть точки эвтектики E1, E2, E3.

а) жидкий расплав Mg и Cu б) твердый раствор Mg в Cu

в) равновесие жидкого расплава а) и твердого раствора б)

17

г) твердое соединение (№1, MgCu2) переменного состава

д) равновесие жидкого расплава а) и твердого соединения г) е) равновесие жидкого расплава а) и твердого соединения г) ж) смесь твердого раствора б) и твердого соединения г)

з) равновесие жидкого расплава а) и твердого соединения (№2, Mg2Cu) и) смесь твердого соединения г) и твердого соединения (№2, Mg2Cu) к) равновесие жидкого расплава а) и твердого соединения (№2, Mg2Cu) л) твердый раствор Cu в Mg

м) равновесие жидкого расплава а) и твердого раствора л)

н) смесь твердого соединения (№2, Mg2Cu) и твердого раствора л)

18

3. Определите температуру начала кристаллизации расплава состава I и состав первых кристаллов. Как изменяется состав расплава и твердой фазы при охлаждении?

3.

I – 10% Mg

Состав I соответствует составу первой эвтектики, поэтому расплав состава I будет кристаллизоваться при постоянной температуре 7250С. Будет одновременно происходить образование кристаллов двух твердых фаз: I) 4%Mg и 96%Cu; II) 15%Mg и 85%Cu. Дальнейшее охлаждение будет протекать без изменения количества фаз, а лишь с небольшим изменением их состава. В твердой фазе I будет уменьшаться доля Mg, а в твердой фазе II - увеличиваться

19

4. Определите температуру начала плавления, количество и состав фаз при этой температуре для системы состава II.

4.

II – 60% Mg

Система начнет плавиться при достижении температуры 4850С. При этом в равновесии будут три фазы: жидкий расплав (69% Mg и 31% Cu); твердые Mg2Cu (44% Mg и 56% Cu)

и твердый раствор Cu в Mg (99.5% Mg и 0.5% Cu).

5. Начертите схематические кривые охлаждения расплавов состава I, II и III, определив число и состав фаз и рассчитав число степеней свободы в характерных точках и на каждом участке кривой охлаждения.

5.

Кривые охлаждения

I-a: одна фаза (расплав Mg и Cu): s=k+1-f=2+1-1=2

a: три фазы (твердый раствор Mg в Cu; твердое соединение переменного состава (MgCu2);

расплав Mg и Cu): s=k+1-f=2+1-3=0

a-a’: две фазы(твердый раствор Mg в Cu; соединение переменного состава (MgCu2): s=k+1-f=2+1-2=1

II-b: одна фаза (расплав Mg и Cu): s=k+1-f=2+1-1=2 20

b-b’: две фазы (твердый Mg2Cu и расплав Mg и Cu): s=k+1-f=2+1-2=1

b’: три фазы(твердый Mg2Cu; твердый раствор Cu в Mg; расплав Mg и Cu): s=k+1-f=2+1-3=0

b’-b’’: две фазы (твердый Mg2Cu; твердый раствор Cu в Mg): s=k+1-f=2+1-2=1

III-c: одна фаза (расплав Mg и Cu): s=k+1-f=2+1-1=2

c-c’: две фазы (твердый раствор Cu в Mg и расплав Mg и Cu): s=k+1-f=2+1-2=1 c’: три фазы(твердый Mg2Cu; твердый раствор Cu в Mg; расплав Mg и Cu): s=k+1-f=2+1-3=0

c’-c’’: две фазы (твердый Mg2Cu; твердый раствор Cu в Mg): s=k+1-f=2+1-2=1

6. Вычислите массы равновесных фаз при заданной температуре t,оС и количестве исходной смеси состава III.

6.

Mg - Cu

500г

III – 90% Mg t=5500С

Первая фаза (твердая) –99.5% Mg и 0.5%Cu Вторая фаза (жидкая) – 79% Mg и 21% Cu

m(Mg)+m(Cu)=500 г По правилу рычага:

m(ж) 0.864m(тв)

m(ж) m(тв) 0.864m(тв) m(тв) 1.864m(тв) 500г m(тв) 268г m(ж) 0.864m(тв) 0.864 268г 232г

7. Для систем, образующих химические соединения, определите формулы этих соединений.

7.

химическое соединение (№1): 17% Mg и 83% Cu

Мольные доли:

21