Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Фазовое равновесие. Задачи и упражнения. Учебно-методическое пособие
.pdf
Задача 13. При 25°С константа распределения йода между амиловым спиртом
и водой 230. Вычислить концентрацию йода в воде (моль/л), если 0,500 л амилового спирта, содержащего 10 г/л йода, взболтать с 2 л воды?
Задача 14. При распределении фенола между водой и бензолом получены сле-
дующие данные, моль/л:
В воде 0,101 0,366 0,520
В бензоле 0,279 2,978 6,487
Фенол ассоциирует в бензольном слое с образованием димеров. Рассчитать
константу распределения и константу ассоциации.
Задача 15. При распределении уксусной кислоты между бензолом и водой по-
лучены следующие данные, моль/л:
В бензоле 0,043 0,071 0,094 0,149
В воде 0,245 0,314 0,375 0,500
Определить константу распределения уксусной кислоты, если в бензольном
слое уксусная кислота ассоциирует с образованием димеров.
Задача 16. Определить константу распределения янтарной кислоты в воде
и в эфире по следующим данным, моль/л:
В воде 0,685 2,167 8,805
В эфире 0,126 0,396 1,615
Задача 17. При 25°С раствор, содержащий 10,53 г/л фенола в амиловом спирте,
находится в равновесии с водным раствором, содержащим 0,658 г/л фенола.
Какое количество фенола будет экстрагировано из 0,5 л 0,4 М водного раствора
двукратным извлечением фенола амиловым спиртом? (Для каждой экстракции
берется 0,1 л амилового спирта.)
Задача 18. Коэффициент распределения йода между четыреххлористым угле-
родом и водой при 25°С равен 0,0117. Какой объем ССl4 необходимо взять,
чтобы однократным экстрагированием извлечь из 0,5 л водного раствора 99,9,
99,0 и 90,0 % (об.) йода?
Задача 19. Какое количество йода останется в 1 л водного раствора, который
был насыщен при 18°С, после взбалтывания с 100 см3 CS2? Растворимость йода
41
в воде при 18°С 0,28 г/л. Коэффициент распределения йода между сероуглеродом и водой 590.
Задача 20. Изучается распределение йода между водным раствором, содержа-
щим 8 г/л йодида калия, и сероуглеродом. Водный слой содержит 2,15 г/л йода,
сероуглеродный – 35,42 г/л йода. Коэффициент распределения йода между сероуглеродом и водой 410. В водном слое KI реагирует с йодом по уравнению
КI + I
KI
2
. Вычислить константу диссоциации KI3.
3
2.4. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем,
содержащих жидкости ограниченно растворимые друг в друге
Диаграммы состав – температура для таких систем представлены на рисунке и построены при давлении, превышающем давление насыщенного пара
в данной системе, поэтому область пара на диаграммах отсутствует.
В системах (рис. a) взаимная растворимость жидкостей увеличивается как
с повышением, так и с понижением температуры: составы равновесных фаз постепенно сближаются и, наконец, становятся одинаковыми при достижении
верхней или нижней критической температуры растворения (ВКТР и НКТР).
Положение критических точек на диаграмме определяется по приближенному
правилу прямолинейного диаметра В. Ф. Алексеева: если состав системы вы-
ражен в массовых долях или массовых процентах, то середины нод, расположенных между точками, изображающими составы равновесных жидких фаз при
разных температурах, лежат на одной прямой, идущей от ВКТР или НКТР (рис.
a): a′k′ = k′b′; a′′k′′ = k′′b′′ и т. д.
Системы, обладающие обеими критическими точками растворения,
наблюдаются редко (вода – никотин, вода – метилэтилкетон). Обычно либо
кристаллизация в одной из жидких фаз начнется прежде, чем температура системы опустится до НКТР (анилин – вода, фенол – вода; рис. b), либо один из
компонентов достигнет критического состояния раньше, чем температура системы поднимется до ВКТР (диэтиламин – вода, триэтиламин – вода; рис. c),
либо, наконец, из-за влияния обоих этих факторов не удается наблюдать ни
ВКТР, ни НКТР (хлороформ – вода, диметиловый эфир – вода; рис. d).
42
Задачи
Задача 1. Взаимная растворимость фенола и воды выражается следующими
данными:
Т,
С
20 30 40 50 55 60 65
ω(С6Н5ОН) в 1 слое, % 8,2 8,75 9,6 11,8 13,8 16,8 23,9
ω(С6Н5ОН) в 2 слое, % 72,1 69,9 66,8 62,6 59,2 55,1 45,8
Построить график температура – состав и, пользуясь правилом Алексеева,
определить состав в критической точке растворимости, если Т
.= 67С.
КР
Задача 2.
Пользуясь диаграммой состояния фенол – вода (рисунок 22), ответьте
следующие вопросы.
1) Определите предельную растворимость а) фенола в воде и б) воды в феноле
при Т = 45 С.
2) Что больше – дифференциальная теплота растворения воды в феноле или
дифференциальная теплота растворения фенола в воде?
43
3) Укажите путь гомогенного перехода от 5 %-
Р
ного раствора фенола в воде к 80 %-ному раствору воды в феноле при условии, что температура в начале и в конце процесса должна быть
равна 45° С.
4) До какой температуры надо нагреть смесь,
содержащую 85% воды, чтобы она стала гомогенной?
5) В двух пробирках при Т = 70 С находится
одинаковое количество смесей веществ, причем
в первой из них 45 %-ный раствор, а во второй – 65 %-ный раствор (% фенола). В какой из
этих двух пробирок легче обнаружить расслоение? Для решения воспользоваться правилом
рычага.
6) Дан раствор, при охлаждении которого помутнение наступает при Т = 60 С. Каким обра-
ис. 22
зом определить состав раствора?
7) Гомогенная смесь, состоящая из 20 г фенола и 80 г воды, охлаждается до Т =
40 С. Найти состав и количество сопряженных растворов.
8) Сколько грамм воды надо прибавить к 100 г раствора, содержащего 80 % фенола, для того чтобы добиться помутнения, если Т = 50 С?
9) При непрерывном перемешивания в сосуд, содержащий при Т = 30 С 50 г
воды и 50 г фенола, приливается вода. Сколько потребуется воды для того, чтобы смесь стала прозрачной?
10) К смеси двух растворов, общий вес которой равен 100 г и в которой водного раствора вдвое больше, чем фенольного, прибавляется при Т = 35 С фенол.
Сколько надо прибавить фенола для того, чтобы количества обоих растворов
стали одинаковыми?
Задача 3. При изучении взаимной растворимости в системе спирт – бензол –
вода при Т = 20 С, были получены следующие данные (в вес. %):
№
опыта
спирт бензол вода спирт бензол вода
Верхняя фаза Нижняя фаза
1 1,61 97,14 1,25 28,07 0,10 71,83
2 8,55 88,63 2,82 48,09 6,91 45,00
3 12,77 83,92 3,81 51,54 15,84 32,62
4 19,14 75,48 5,38 46,80 31,64 21,66
5 22,34 72,49 5,17 46,49 35,49 18,90
6 25,85 67,94 6,31 41,79 44,71 13,50
1) Построить график растворимости и проверить правило Тарасенкова.
2) Найти координаты критической точки растворения.
44
Задача 4. На основании данных задачи 3 найти:
1) а) В каком соотношении должны быть смешаны бензол и вода для того, что-
бы прибавление спирта привело сразу к исчезновению обоих слоев (оба слоя
станут тождественными); б) сколько пришлось бы для этого прибавить спирта,
если был взят 1 кг смеси бензола и воды?
2) Состав сопряженных растворов и соотношение между ними, если к 30 г бензола и 30 г воды прибавить 40 г спирта.
3) Сколько надо прибавить к 1 кг спирта смеси веды с бензолом (в отношении
9:1) до появления мути? Какой состав будет иметь при этом первая капля обра-
зовавшегося раствора?
4) В каком интервале концентраций система будет гомогенной, если к бензолу
прибавлять смесь спирта с водой, содержащую 70% спирта?
45
ПРИЛОЖЕНИЕ
–
–
Т
–
–
–
–
Т
–
Таблица 1
Вариант № 1 А
χ (А), % 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 52,5 55 70 80 100
Т
начала кристаллизации
, К 512 507 496 479 477 481 478 473 460 481 497 583 658 853 952 1050
Вариант № 2 А
χ (А), % 0 10 20 25 30 33,5 40 45 50 55 65 75 90 100
начала кристаллизации
, К 769 748 713 701 710 713 707 693 703 733 811 893 1003 1048
Вариант № 3 А
χ (А), % 0 8 15 25 34 36 38 40 50 60 65 66 75 85 100
Т
начала кристаллизации
, К 923 895 865 715 745 722 735 747 769 731 705 701 705 925 1047
Вариант № 4 А
χ (А), % 0 9 20 33 39,5 44,2 50 54,5 62 66,6 83,5 100
Т
начала кристаллизации
, К 1133 1050 955 765 773 778 788 778 765 798 911 983
Вариант № 5 A
χ (А), % 0 10 20 30 40 45 47 50 55 60 63 65 70 80 90 100
Т
начала кристаллизации
, К 1292 1241 1193 1116 1013 953 969 999 1048 1083 1098 1113 1163 1238 1323 1397
Вариант № 6 A
χ (А), % 0 10 20 25 31 35 45 50 55 65 75,5 77,5 80 85 89,5 90 95 100
начала кристаллизации
, К 1293 1216 1113 1063 953 963 1003 1011 1007 983 903 906 910 905 893 910 1055 1129
Вариант № 7 A
χ (А), % 0 10 30 45 47 49 53 55 60 65 80 100
Т
начала кристаллизации
, К 658 643 696 520 470 468 504 515 575 656 833 951
КСl, В – SnCl2
КСl, В – PbCl2
КСl, В – MnCl2
Li2CO3, В – К2СО3
MgSO4, В – Cs2SO4
Li2SO4, В – Cs2SO4
KI, В – CdI2
46
Вариант № 8 A
–
l
–
l
–
l
–
–
l
l
–
r
–
l
l
χ (А), % 0 10 15 20 25 35 40 50 60 70 80 85 95 100
Т
начала кристаллизации
, К 1147 1124 1089 1059 1102 1155 1166 1180 1158 1071 877 862 875,8 876,8
CsCl, В – SrC
2
Вариант № 9 A
χ (А), % 0 10 20 30 40 45 50 55 65 70 75 80 90 100
Т
начала кристаллизации
, К 1147 1089 1004 906 964 975 978 969 896 827 853 879 960 999
RbCl, В – SrC
2
Вариант № 10 A
χ (А), % 0 5 10 18, 5 20 25 35 40 45 55 67 70 90 100
Т
начала кристаллизации
, К 1043 1023 978 911 828 980 1022 1027 1015 961 873 899 1021 1049
KCl, В – СаС
2
Вариант № 11 A
χ (А), % 0 10 20 35 45 50 60 65 66,6 70 75 80 90 100
Т
начала кристаллизации
, К 912 868 814 645 571 549 533 542 547 541 521 541 623 695
CuCl, В – CsCl
Вариант № 12 A
χ (А), % 0 10 20 28 30 36,5 47 50 57,5 67,5 80 85 95 100
Т
начала кристаллизации
, К 702 656 604 572 589 645 694 699 697 673 754 777 823 841
CdC
, В – TlC
2
2
Вариант № 13 А
χ (А), % 0 10 25 29 33,3 40 50 57 66, 7 75 82 85 95 100
Т
начала кристаллизации
, К 1003 972 872 829 832 826 807 832 847 843 835 851 897 916
SrB
В – КВг
2,
Вариант № 14 A
χ (А), % 0 13,3 22,2 35,8 37,6 40 47 50,6 53 61,6 66,8 74,6 80,6 81,6 84,8 100
Т
начала кристаллизации
, К 1073 1052 1033 989 975 983 999 1003 983 753 680 641 622 642 697 859
InC
, В – NaCl
3
Вариант № 15
χ (А), % 0 10 22 26 29 33 35 37 45 52 62 100
Т
начала кристаллизации
A – FeC
, К 702 658 598 535 549 563 525 506 533 553 572 575
, В – T1C1
3
47
Вариант № 16 A
–
–
–
r
–
–
l
–
l
–
l
–
K
χ (А), % 0 4,9 9,2 13,4 15,2 18,4 21,8 23,8 26 30,3 37,9 46,7 50,5 58
Т
начала кристаллизации
, К 1121 1099 1060 1120 1141 1168 1193 1212 1224 1289 1359 1397 1403 1391
NiF2, В – KF
Вариант № 17 A
χ (А), % 0 10 20 25 30 31 35 40 45 50 55 60 70 80 90 100
Т
начала кристаллизации
, К 685 668 640 622 579 594 603 610 618 622 651 695 773 858 914 959
KI, В – РbI2
Вариант № 18 A
χ (А), % 0 5 20 30 34 40 50 50 66,6 85 100
Т
начала кристаллизации
, К 825 813 772 736 720 744 768 773 803 865 916
SrB
, В – LiBr
2
Вариант № 19 А
χ (А), % 0 10 20 22 32,5 36 40 50 60 65 70 80 90 100
Т
начала кристаллизации
, К 585 535,5 489 479 424 438 449,5 464 457,6 449 567 598 519,5 527
LiNO3, В – RbNO3
Вариант № 20 A
χ (А), % 0 5 15 28 33,3 50 66,6 75 90 100
Т
начала кристаллизации
, К 708 698 682 635 685 767 796 658 950 991
MgC
В – TlCl
2,
Вариант № 21 А
χ (А), % 0 17,5 22,7 23,7 25,9 28 29 30,4 33,1 35,5 36,2 37,5 43,8 50 58 65 68,3 78,7 100
Т
начала кристаллизации
, К 991 868 800 764 746 736 732 743 749 745 759 784 816 823 809 783 821 898 984
MgC
, B – RbCl
2
Вариант № 22 A
χ (А), % 0 15 22 27 30 32 35 40 45 50 55 65 68 70 80 100
Т
начала кристаллизации
, К 999 879 813 749 741 733 713 767 793 799 797 755 733 743 803 923
Вариант № 23 А
χ (А), % 0 10 20 30 40 50 63,9 66,8 71 75,3 82,2 100
Т
начала кристаллизации
, К 1349 1308 1236 1123 1019 1103 1200 1203 1193 1177 1247 1397
MnC
, В – RbCl
2
MgSO4, В –
2SO4
48
– РbСl
–
l
Вариант № 24 А
χ (А), % 0 10 15,5 20 25 30 36,5 40 50 60 66,6 70 75 80 90 100
Т
начала кристаллизации
, К 708 679 661 675 680 676 650 658 680 705 708 707 700 720 752 773
, В – ТlС1
2
Вариант № 25 A
χ (А), % 0 5 10 15 25 27 30 35 46 52,5 58 67,7 100
Т
начала кристаллизации
, К 595 589 577 573 543 535 569 623 683 769 813 882 1073
NaCl, В – ZnC
2
49
№ варианта Т1, К Т2, К а б в г д
1 493 463 45 75 5 25 75
2 753 703 30 75 5 25 75
3 873 733 40 80 10 40 80
4 923 768 40 75 10 40 86
5 1173 1023 55 90 10 40 72
6 1173 973 40 95 10 40 95
7 723 503 55 75 10 40 70,5
8 1173 1093 35 90 10 50 75
9 1073 923 35 85 5 35 85
10 1023 923 25 75 5 25 85
11 773 533 55 80 10 25 60
12 773 643 42 80 10 40 90
13 973 833 60 90 10 50 75
14 1033 983 45 95 10 45 75
15 673 543 30 50 5 30 50
16 1273 1113 15 - 5 20 40
17 773 603 40 75 10 40 80
18 873 753 50 80 10 50 90
19 523 443 40 75 10 40 95
20 923 703 50 80 10 50 85
21 873 793 40 90 10 40 75
22 873 733 30 95 10 30 60
23 1273 1073 50 90 10 50 85
24 723 673 50 85 10 20 75
25 723 583 35 60 10 50 60
Таблица 2
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]