Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Фазовое равновесие «жидкость – пар». Учебно-методическое пособие
.pdf
𝑉 =
)
%
*
%
𝑁"=
,
%
,
%
31
где 𝜗 – объемная доля i-го компонента в растворе;
– молеку-
лярный объем i-го компонента в чистом виде; Мi – молекулярный вес
i-го компонента; ρi – плотность компонента, г/см3.
Примечание: плотность CH3COOH – 1,05 г/см3; CCl4 – 1,595 г/см3; (CH3)2CO –
0,792 г/см3.
Далее находят мольную долю i-го компонента в растворе по
уравнению
,
∑
где ∑ni – сумма числа молей всех компонентов в смеси. Молярный
процент определяют как Ni ∙ 100 %.
Каждой температуре (кроме температур кипения чистых веществ) соответствуют две точки, определяющие составы жидкости и
равновесного с ней пара. Соединяя соответствующие точки, получают
две кривые: кривую жидкости и кривую пара.
Анализ полученной диаграммы проводят на основе законов Коновалова и правила фаз Гиббса.
31
3. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
К КОЛЛОКВИУМУ ПО ТЕМЕ « ФАЗОВОЕ
РАВНОВЕСИЕ „ ЖИДКОСТЬ – ПАР“ »
Задание 1
Пользуясь приведенной на рис. 3.1 диаграммой состав (мол. %) –
температура (t °С) для системы вода – уксусная кислота, ответьте на
следующие вопросы:
1. Назовите линии на диаграмме. На какие области делят диа-
грамму эти линии?
2. Какой раствор называют идеальным? Подчиняется ли данная
система условиям идеальности? Если нет, то каков характер отклонения от идеальности для данной системы? Изобразите схематически, как
должна выглядеть для данной системы диаграмма давление – состав.
3. Что такое термодинамическое число степеней свободы системы? По какой формуле оно рассчитывается? Что такое условное число
степеней свободы? Укажите на диаграмме точки, в которых условное
число степеней свободы равно 0; 1; 2. Охарактеризуйте систему в этих
точках, указав, какие фазы находятся в равновесии.
4. Сформулируйте I закон Коновалова и проиллюстрируйте на
диаграмме его выполнение для данной системы. Сформулируйте
II закон Коновалова. Почему для данной системы его не применяют?
5. Какая смесь закипит при более низкой температуре: содержащая 40 % воды или 40 % кислоты? При какой температуре начнется
кипение смеси, содержащей 80 % уксусной кислоты?
6. Каков состав первого пузырька пара, образующегося при закипании смеси, содержащей 75 % воды?
7. Нагревают три смеси, содержащие 10, 35 и 85 % уксусной кислоты. Определите, при какой температуре в каждой из них исчезает
последняя капля жидкости, и укажите, каким будет состав этой капли
в каждом случае.
8. Определите количество пара и количество жидкости в молях,
если 1 кмоль раствора, содержащего 60 % уксусной кислоты, нагреть
до 108 °С.
9. Каковы будут в пределе составы дистиллята и кубового остатка в результате ректификационной перегонки раствора, содержащего
40 % уксусной кислоты?
32
98
100
102
104
106
108
110
112
114
116
118
120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t, C
мол. % уксусной кислоты
Рис. 3.1. Диаграмма кипения системы вода – уксусная кислота
33
Задание 2
Пользуясь приведенной на рис. 3.2 диаграммой состав (мол. %) –
температура (t °С) для системы вода – азотная кислота, ответьте на
следующие вопросы:
1. Сформулируйте закон Рауля. Каков характер отклонения от закона Рауля для данной системы? Оцените величину сил взаимодействия между одноименными и разноименными частицами в данных
растворах. Изобразите схематически, как должна выглядеть для данной системы диаграмма давление – состав.
2. Что такое термодинамическое число степеней свободы системы? По какой формуле оно рассчитывается? Что такое условное число
степеней свободы? Укажите на диаграмме точки, в которых условное
число степеней свободы равно 0; 1; 2. Охарактеризуйте систему в этих
точках, указав, какие фазы находятся в равновесии.
3. Сформулируйте II закон Коновалова и проиллюстрируйте на
диаграмме его выполнение для данной системы. Сформулируйте Iзакон Коновалова. Почему для данной системы его не применяют?
4. Какая смесь закипит при более низкой температуре: содержащая 10 % воды или 10 % кислоты? Каким будет состав первого пузырька пара, образующегося при закипании каждой из этих смесей?
5. Нагревают три смеси, содержащие 20, 37 и 60 % азотной кислоты. Определите, при какой температуре в каждой из них исчезает
последняя капля жидкости и укажите каким будет состав этой капли в
каждом случае.
6. Определите количество пара и количество жидкости в молях,
если 8 кмоль раствора, содержащего 70 % азотной кислоты, нагреты
до 111 °С.
7. Определите состав жидкости, которая закипает при 115 °С, если при добавлении к ней нескольких миллилитров воды температура
начала кипения понизилась до 114 °С.
8. Какие способы разделения азеотропных смесей вы знаете?
9. Каковы будут в пределе составы дистиллята и кубового остатка в результате ректификационной перегонки раствора, содержащего
70 % азотной кислоты?
34
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t, C
мол. % азотной кислоты
Рис. 3.2. Диаграмма кипения системы вода – азотная кислота
35
Задание 3
Пользуясь приведенной на рис. 3.3 диаграммой состав (мол. %) –
температура (t °С) для системы бензол – толуол, ответьте на следующие вопросы:
1. В чем отличия идеального и реального растворов? Какие реальные системы по свойствам близки к идеальным? Подчиняется ли
данная система условиям идеальности? Если нет, то каков характер
отклонения от идеальности для данной системы? Изобразите схематически, как должна выглядеть для данной системы диаграмма давление – состав.
2. Назовите линии на диаграмме. На какие области делят диаграмму эти линии?
3. Что такое термодинамическое число степеней свободы системы? По какой формуле оно рассчитывается? Что такое условное число
степеней свободы? Укажите на диаграмме точки, в которых условное
число степеней свободы равно 0; 1; 2. Охарактеризуйте систему в этих
точках, указав, какие фазы находятся в равновесии.
4. Сформулируйте I закон Коновалова. Подчиняется ли система
бензол – толуол этому закону? Сформулируйте II закон Коновалова.
Подчиняется ли система бензол – толуол этому закону?
5. Какая смесь закипит при более низкой температуре: содержащая 20 % бензола или 20 % толуола? При какой температуре начнется
кипение смеси, содержащей 75 % толуола?
6. Каков состав первого пузырька пара, образующегося при закипании смеси, содержащей 50 % бензола? Если эту смесь нагреть до
95 градусов, то каким тогда будет состав пара?
7. Нагревают три смеси, содержащие 5, 35 и 85 % бензола. Определите, при какой температуре в каждой из них исчезает последняя
капля жидкости, и укажите, каким будет состав этой капли в каждом
случае.
8. Определите количество пара и количество жидкости в молях,
если 30 кмоль раствора, содержащего 30 % бензола, нагреть до 100 °С.
9. Каковы будут в пределе составы дистиллята и кубового остатка в результате ректификационной перегонки раствора, содержащего
70 % бензола?
36
75
80
85
90
95
100
105
110
0 20 40 60 80 100
t, C
мол. % бензола
Рис. 3.3. Диаграмма кипения системы бензол – толуол
37
Задание 4
Пользуясь приведенной на рис. 3.4 диаграммой состав (мол. %) –
температура (t °С) для системы четыреххлористый углерод – этиловый
спирт, ответьте на следующие вопросы:
1. Сформулируйте правило фаз Гиббса. Что такое условное число
степеней свободы? Укажите на диаграмме точки, в которых условное
число степеней свободы равно 0; 1; 2. Охарактеризуйте систему в этих
точках.
2. Определите характер отклонения этой системы от закона Рауля. Выделяется или поглощается тепло при образовании раствора из
четыреххлористого углерода и этилового спирта? Изобразите схематически, как должна выглядеть для данной системы диаграмма давление – состав.
3. Сформулируйте I и II законы Коновалова. Подчиняется ли система четыреххлористый углерод – этиловый спирт этим законам?
4. Какая смесь закипит при более низкой температуре: содержащая 15 % четыреххлористого углерода или 15 % этилового спирта?
Каким будет состав первого пузырька пара, образующегося при закипании каждой из этих смесей?
5. Нагревают три смеси, содержащие 20, 63 и 80 % четыреххлористого углерода. Определите, при какой температуре в каждой из них
исчезает последняя капля жидкости и укажите каким будет состав
этой капли в каждом случае.
6. Определите количество пара и количество жидкости в молях,
если 20 кмоль раствора, содержащего 20 % четыреххлористого углерода, нагреты до 70 °С.
7. Определите каков исходный состав смеси, которая закипает
при температуре 66 °С, если при добавлении к ней нескольких миллилитров этилового спирта ее температура начала кипения понизилась
до 64°С.
8. Можно ли путем однократной перегонки раствора, содержащего 80 % четыреххлористого углерода получить чистый четыреххлористый углерод и чистый этиловый спирт?
9. Каковы будут в пределе составы дистиллята и кубового остатка в результате ректификационной перегонки раствора, содержащего
63 % этилового спирта?
38
60
65
70
75
80
0 20 40 60 80 100
t, C
мол. % четыреххлористого углерода
Рис. 3.4. Диаграмма кипения системы
четыреххлористый углерод – этиловый спирт
39
Задание 5
Пользуясь приведенной на рис. 3.5 диаграммой состав (мол. %) –
температура (t °С) для системы диэтиловый эфир – четыреххлористый
углерод, ответьте на следующие вопросы:
1. Укажите на диаграмме линию жидкости и линию пара. Почему
их так называют? На какие области делят диаграмму эти линии?
2. По какой формуле рассчитывается термодинамическое число
степеней свободы системы? Что такое условное число степеней свободы? Укажите, где на диаграмме точки, в которых система нонвариантна, моновариантна, бивариантна. Обоснуйте свой ответ, используя
правило фаз Гиббса.
3. Подчиняется ли данная система условиям идеальности? Если
нет, то каков характер отклонения от идеальности для данной системы? Изобразите схематически, как должна выглядеть для данной системы диаграмма давление – состав. Выделяется или поглощается
тепло при образовании раствора?
4. Сформулируйте I закон Коновалова и проиллюстрируйте на
диаграмме его выполнение для данной системы. Сформулируйте
II закон Коновалова. Почему для данной системы его не применяют?
5. Какая смесь закипит при более низкой температуре: содержащая 40 % эфира или 40 % четыреххлористого углерода? Отличается
ли состав первых пузырьков пара, образующихся при закипании этих
смесей?
6. Смесь паров, содержащая 50 % диэтилового эфира и 50 % четыреххлористого углерода нагрета до 80 градусов. При какой температуре в этой смеси начнется процесс конденсации? Укажите, каким
будет состав первых капель жидкости.
7. Определите количество пара и количество жидкости в молях,
если 50 кмоль раствора, содержащего 40 % диэтилового эфира, нагреты до 70 °С.
8. Какие типы перегонок вы знаете? Проиллюстрируйте суть их
на диаграмме кипения.
9. Каковы будут в пределе составы дистиллята и кубового остатка в результате ректификационной перегонки раствора, содержащего
30 % диэтилового эфира?
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]