Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Фазовое равновесие. Задачи и упражнения. Учебно-методическое пособие
.pdf
Задачи
Задача 1. 1. Указать фазовый состав всех областей на диаграмме (рисунок 5),
а также фазовые переходы соответствующие всем линиям и точкам.
2. Изобразить кривую охлаждения расплава, содержащего 70 моль. % Na3AsO4.
Для каждой точки, расположенной на пересечении линии состава рассматриваемой системы с линиями диаграммы и в промежутках между ними: а) указать
наименование точки; б) определить фазовые превращения, происходящие
в данной точке; в) назвать равновесные фазы; г) определить число фаз и число
степеней свободы; д) пояснить, что означает данное число степеней свободы.
3. При температуре 650 С для данной системы вычислить по правилу рычага
массы равновесных (твердой и жидкой) фаз, полученных из 400 г первоначального расплава.
4. Рассчитать состав химических соединений.
Рис. 5 Рис. 6
Задача 2. 1. Указать фазовый состав всех областей на диаграмме (рисунок 6),
а также фазовые переходы соответствующие всем линиям и точкам.
2. Изобразить кривую охлаждения расплава, содержащего 72 моль. % Na2SO4.
Для каждой точки, расположенной на пересечении линии состава рассматриваемой системы с линиями диаграммы и в промежутках между ними: а) указать
наименование точки; б) определить фазовые превращения, происходящие в
данной точке; в) назвать равновесные фазы; г) определить число фаз и число
степеней свободы; д) пояснить, что означает данное число степеней свободы.
3. При температуре 700 С для данной системы вычислить по правилу рычага
массы равновесных (твердой и жидкой) фаз, полученных из 400 г первоначального расплава.
4. Рассчитать состав химических соединений.
Задача 3. 1. Указать фазовый состав всех областей на диаграмме (рисунок 7),
а также фазовые переходы соответствующие всем линиям и точкам.
11
Рис. 7 Рис. 8
2. Изобразить кривую охлаждения расплава, содержащего 23 мол. %
CaOꞏAl2O3ꞏ2SiO2. Для каждой точки, расположенной на пересечении линии со-
става рассматриваемой системы с линиями диаграммы и в промежутках между
ними: а) указать наименование точки; б) определить фазовые превращения,
происходящие в данной точке; в) назвать равновесные фазы; г) определить
число фаз и число степеней свободы; д) пояснить, что означает данное число
степеней свободы.
3. При температуре 1360 С для данной системы вычислить по правилу рычага
массы равновесных (твердой и жидкой) фаз, полученных из 400 г первоначального расплава.
4. Рассчитать состав химических соединений.
Задача 4. 1. Указать фазовый состав всех областей на диаграмме (рисунок 8),
а также фазовые переходы соответствующие всем линиям и точкам.
2. Изобразить кривую охлаждения расплава, содержащего 20 моль. % AlF3. Для
каждой точки, расположенной на пересечении линии состава рассматриваемой
системы с линиями диаграммы и в промежутках между ними: а) указать наименование точки; б) определить фазовые превращения, происходящие в данной
точке; в) назвать равновесные фазы; г) определить число фаз и число степеней
свободы; д) пояснить, что означает данное число степеней свободы.
3. При температуре 950 С для данной системы вычислить по правилу рычага
массы равновесных (твердой и жидкой) фаз, полученных из 400 г первоначального расплава.
4. Рассчитать состав химических соединений.
Задача 5. 1. Указать фазовый состав всех областей на диаграмме (рисунок 9),
а также фазовые переходы соответствующие всем линиям и точкам.
2. Изобразить кривую охлаждения расплава, содержащего 30 мас. % SiO2. Для
каждой точки, расположенной на пересечении линии состава рассматриваемой
12
системы с линиями диаграммы и в промежутках между ними: а) указать наименование точки; б) определить фазовые превращения, происходящие в данной
точке; в) назвать равновесные фазы; г) определить число фаз и число степеней
свободы; д) пояснить, что означает данное число степеней свободы.
3. При температуре 1500 С для данной системы вычислить по правилу рычага
массы равновесных (твердой и жидкой) фаз, полученных из 400 г первоначального расплава.
4. Рассчитать состав химических соединений
Рис. 9
Задача 6. По кривым охлаждения для системы золото – платина (рисунок 10)
построить диаграмму состав – свойство и определить:
1) при какой температуре начнет отвердевать расплав, содержащий 75% Pt;
2) при какой температуре расплав затвердеет полностью;
3) состав первых выпавших кристаллов;
4) количество золота и платины в твердом и жидком состоянии при охлаждении
3 кг этой системы до 1833 К;
5) состав последней капли жидкости.
№ смеси 1 2 3 4 5 6
ω (Pt), % 0 20 40 60 80 100
Задача 7. На основании кривых охлаждения системы алюминий – кремний (ри-
сунок 11) построить диаграмму состав – температура плавления. По диаграмме
определить:
1) при какой температуре начнется кристаллизация системы, содержащей 60 % Si?
2) какой элемент будет переходить в твердое состояние?
3) какое количество твердой фазы будет образовано при охлаждении 2 кг системы, содержащей 60 % Si, до 1073°С?
4) при какой температуре кристаллизация закончится?
5) состав последней капли жидкости.
13
Рис. 10 Рис. 11
№ смеси 1 2 3 4 5 6 7
ω (Si), % 100 80 60 40 10 5 0
Задача 8. На основании характерных точек кривых охлаждения вычертить диа-
грамму состав – температура плавления для системы медь – никель.
ω (Ni), % 0 20 40 60 80 100
Т
начала кристаллизации
Т
конца кристаллизации
, К 1373 1467 1554 1627 1683 1728
, К 1373 1406 1467 1543 1629 1728
На диаграмме обозначить точками:
а – чистую твердую медь в равновесии с расплавом меди;
б – жидкий расплав, содержащий 45 % Ni в равновесии с твердым раствором;
в – твердый раствор, содержащий 65 % Ni в равновесии с жидким расплавом;
г – жидкий расплав, содержащий 50 % Ni при температуре 1670 К.
Определить для системы, содержащей 30 % Ni:
1) температуру начала кристаллизации;
2) состав первого кристалла твердого раствора;
3) количество Ni в жидком и твердом состоянии при охлаждении 0,24 кг этой
системы до 1470 К;
4) температуру затвердевания последней капли жидкости;
5) состав последней капли жидкости.
Задача 9. Вычертить диаграмму состав – температура плавления для системы
хлорид серебра – хлорид натрия на основании характерных точек кривых охлаждения.
14
(AgCl), %
0 20 40 60 80 100
Т
начала кристаллизации
Т
конца кристаллизации
, К 1073 1004 941 869 788 728
, К 1073 952 848 775 742 728
На диаграмме обозначить точками следующие состояния системы:
а – чистый твердый хлорид серебра в равновесии с расплавом хлорида серебра;
б – жидкий расплав, содержащий 55 % AgCl при Т = 1000К;
в – жидкий расплав, содержащий 70 % AgCl в равновесии с твердым раствором;
г – твердый раствор, содержащий 45 % AgCl в равновесии с жидким расплавом;
д – твердый раствор, содержащий 30 % AgCl при 750К.
Задача 10. По кривым охлаждения для системы
кадмий – висмут (рисунок 12) построить диаграмму
плавкости. Обозначить состояние системы точками:
а – чистый висмут в равновесии с расплавленным
висмутом;
б – жидкий расплав при 573° С, содержащий 30 % Cd;
в – расплав, содержащий 15 % Cd в равновесии с
кристаллами Bi;
г – равновесную систему, состоящую из твердого
Cd и расплава, в котором содержится 4/5 Cd и 1/5 Bi;
д – жидкий расплав, содержащий оба металла в
равновесии с твердыми Cd и Bi.
Рис. 12
№ смеси 1 2 3 4 5 6
ω (Cd), % 0 20 40 60 80 100
Задача 11. На основании характерных точек кривых охлаждения построить
диаграмму плавкости для системы хлорид серебра – хлорид калия.
Определить, какое количество хлорида калия надо прибавить к 1,7 кг хло-
рида серебра, чтобы понизить температуру плавления до 650 К.
χ(AgCl), % 0 20 40 60 80 100
Т
начала кристаллизации
Т
конца кристаллизации
15
, К 1055 958 837 688 630,6 728
, К 1055 584 584 584 584 728
Задача 12. По диаграмме состоя-
ния температура – состав для системы серебро – медь определить, в
каком фазовом состоянии находятся системы, обозначенные точками
а, б, в, г, д, е, ж, з, (рисунок 13).
Рис. 13
Задача 13.
На основании характерных точек начала кристаллизации построить
диаграмму плавкости для системы иодид натрия – фторид натрия.
ω(NaF), % 100 80 60 40 20 10 0
Т
начала кристаллизации
Т
конца кристаллизации
, К 1260 1205 1126 1033 899 913 939
, К 1260 899 899 899 899 899 939
Что будет происходить с твердым сплавом, содержащим 0,4 кг NaF и 0,6 кг
NaI, если его нагреть до 670, 899, 950, 1033 и 1200 К?
Задания для самостоятельной работы
Построить диаграмму фазового состояния (диаграмму плавкости системы А – В) на основании данных о температуре начала кристаллизации двухкомпонентной системы;
1) обозначить точками: I – жидкий расплав, содержащий (а) % вещества А
при температуре Т1; II – расплав, содержащий (а) % вещества А, находящийся в
равновесии с кристаллами химического соединения; III – систему, состоящую из
твердого вещества А в равновесии с расплавом, содержащим (б) % вещества А; IV –
равновесие фаз одинакового состава; V – равновесие трех фаз;
3) определить составы химических соединений;
4) определить качественные и количественные составы эвтектик;
5) вычертить все типы кривых охлаждения, возможные в данной
системе; указать, каким составам на диаграмме эти кривые соответствуют;
6) в каком физическом состоянии находятся системы, содержащие (в),
(г), (д) % вещества А при температуре Т1? Что произойдет с этими системами, если их охладить до температуры Т2?
7) определить число фаз и число термодинамических степеней,
свободы системы при эвтектической температуре и содержании А:
а) 95 мол.%; б) 5 мол.%;
16
8) при какой температуре начнет отвердевать расплав, содержащийe (в) %
вещества А? При какой температуре он отвердеет полностью? Каков состав
первых выпавших кристаллов;
9) при какой температуре начнет плавиться сплав, содержащий (г) %
вещества А? При какой температуре он расплавится полностью? Каков состав первых капель расплава?
10) вычислить теплоты плавления веществ А и В;
11) какой компонент и в каком количестве выкристаллизуется, если
2 кг расплава, содержащего (а) % вещества А, охладить от Т1 до Т2?
Данные о температурах начала кристаллизации систем приведены
в таблицах 1 и 2 (см. Приложение).
Контроль знаний по теме
«Равновесие жидкость – твердое вещество.
Диаграммы плавления»
Вариант № 1
1. Укажите полное название диаграммы.
А. Диаграмма плавкости двух изоморфно кристаллизующихся
веществ.
Б. Диаграмма плавкости двух веществ с ограниченной
взаимной растворимостью в твердом состоянии.
В. Диаграмма плавкости двух неизоморфных веществ,
полностью растворимых друг в друга в жидком состоянии и образующих неустойчивое химическое соединение.
Г. Диаграмма плавкости двух неизоморфных веществ,
полностью растворимых друг в
друге в жидком состоянии и образующих
устойчивое химическое соединение.
2. Какие фазы находятся в равновесии в условиях, обозначенных точками 1,
2, 3, 4, 5?
Точка 1 Точка 2 Точка 3 Точка 4 Точка 5
А твердый BaSiO3+
расплав
Б расплав расплав +
В расплав твердый
расплав твердое хими-
ческое соединение
эвтектика жидкий
твердый
BaSiO
СaSiO
3
+ рас-
3
твердый
СaSiO3 + рас-
жидкий
BaSiO
дый BaSiO
СaSiO
дый СaSiO
твердый
BaSiO3
+ твер-
3
+ твер-
3
твердый
СaSiO
3
3
дый BaSiO
твердый
СaSiO
мическое соединение
твердый
ВaSiO3 + хи-
+ твер-
3
3
+ хи-
3
17
Точка 1 Точка 2 Точка 3 Точка 4 Точка 5
Г твердый
СaSiO
+ расплав
3
плав плав + химиче-
ское соедине-
ние
твердый
ВaSiO3 + расплав
твердое хими-
ческое соеди-
нение + жид-
кое химиче-
ское соедине-
ние
твердый
ВaSiO
плав + химическое соединение
+ рас-
3
мическое соединение
твердая эвтектика
3. Чему равно число степеней свободы данной системы в точках 1, 2, 3, 4, 5?
А. Б. В. Г.
Точка 1 1 2 3 2
Точка 2 2 1 1 1
Точка 3 0 0 1 1
Точка 4 0 1 0 2
Точка 6 1 1 2 0
4. При какой температуре, начнется И при какой закончится плавление системы, содержащей 50 % BaSiO
?
3
A. 1180° и 1340°. Б. 1260° и 1307°. В. 1307° и 1340°. Г. 1260° и 1340°.
5. Какой компонент и в каком количестве (в кг) выкристаллизуется при
охлаждении 30 кг расплава, содержащего 60 % (мас.) BaSiO
, до I280º?
3
А. 12,0 кг CaSiO3 Б. 25,7 кг ВaSiO3
В. 4,3 кг CaSiO
Г. 13,6 кг химического соединения
3
6. Какое максимальное количество (в кг) CaSiO
моль расплава, содержащего 40 % (вес.) ВaSiO
можно прибавить к 246
3
при 1480°, чтобы система
3
осталась однофазной?
А. 21 кг. Б. 58 кг. В. 19,2 кг. Г. 128 кг.
7. Покажите стрелками изменение составов фаз при нагревании системы, обозначенной фигуративной точкой 5, до 1500°. Изобразите кривую
нагревания.
18
Вариант № 2
а
р
1. Укажите полное название диаграммы.
А. Диаграмма плавкости двух веществ, полностью
взаимно растворимых в жидком состоянии и ограниченно растворимых в твердом состоянии.
Б. Диаграмма плавкости двух неизоморфно кристаллизующихся веществ с ограниченной взаимной растворимостью в жидком состоянии.
В. Диаграмма плавкости двух веществ, полностью взаимно растворимых в жидком и твердом состояниях.
Г. Диаграмма плавкости двух веществ, образующих
неустойчивое химическое соединение в твердом состоянии.
2. Какие фазы находятся в равновесии в условиях, обозначенных точками 1,
2, 3 и 4?
Точка 1 Точка 2 Точка 3 Точка 4
А. Жидкость Жидкость + твер-
дый раствор α
Б. Жидкость Жидкость + твер-
дый раствор α
В. Жидкость Жидкость + твер-
дый висмут
Г. Жидкость твердый раствор
α + твердый раство
β
3. Определите число степеней свободы в точках 1, 2, 3 и 4.
твердый висмут +
твердый свинец +
эвтектик
твердый раствор
α + твердый раствор β
твердый раствор
α + твердый раствор β
Эвтектика твердый раствор β
твердый раствор β
твердый раствор β
твердый раствор
β + твердый свинец
Точка 1 Точка 2 Точка 3 Точка 4
А. 2 1 1 2
Б. 2 1 2 2
В. 1 1 1 2
Г. 1 1 2 1
4. При какой температуре начнется, и при какой закончится плавление системы, содержащей 95 % свинца? Каков состав первых капель жидкости?
A. 112°, 250°, 42 % свинца. Б. 50°. 250°, 75% свинца.
В. 60°, 250°, 80% висмута. Г. 225°, 330°, 32% висмута.
19
5. Какие фазы находятся в равновесии в системе, содержащей 70 % (вес.)
свинца при 200° и каково их количество (в кг), если общее число моль в системе равно 578?
А. Жидкость – 100 кг, твердый свинец – 20 кг.
Б. Жидкость – 90 кг, твердый раствор
β – 30 кг.
В. Жидкость – 463 кг, твердый раствор α – 115 кг.
Г. Жидкость – 20 кг, твердый раствор β – 100 кг.
6. Какое минимальное количество, и какого компонента нужно добавить
к системе, обозначенной точкой 5, чтобы без изменения температуры образовался твердый раствор висмута в свинце? Общее количество вещества
в системе – 20 кг.
А. Висмута, 13 кг. Б. Свинца, 6 кг. В. Свинца, 40 кг. Г. Висмута, 60 кг.
7. Постройте кривую охлаждения в покажите состава фаз при охлаждении системы, содержащей 80 % висмута, от 300 до 25°.
Вариант № 3
1. Укажите полное название диаграммы.
А. Диаграмма плавкости двух веществ с ограниченной взаимной растворимостью в жидком и твердом
состояниях.
Б. Диаграмма плавкости двух неизоморфно кристаллизующихся веществ, неограниченно взаимно растворимых в жидком состоянии.
В. Диаграмма плавкости двух изоморфно кристаллизующихся веществ, образующих устойчивое химическое соединение.
Г. Диаграмма плавкости двух изоморфно кристаллизующихся веществ, ограни
ченно взаимно растворимых в жидком состоянии.
2. Какие фазы находятся в равновесии в условиях, обозначенных точками 1,
2, 3 и 4?
Точка 1 Точка 2 Точка 3 Точка 4
А. Жидкость Жидкость + твер-
дый А
Б. Жидкость Жидкость + твер-
дый В
В. Жидкость Жидкость + твер-
дый В
Г. Жидкость твердый А + твер-
дый В
твердый А + твердый В
твердый А + твердый В
твердый А + твердый В
твердый А + твердый В + эвтектика
эвтектика
Жидкость + твердый А + твердый В
Жидкость + твердый А
Жидкость + твердый А + твердый В
-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]