РАЗНОЕ3 / физика или химия.....а может и то и другое

Типы задач

1. Расчеты равновесных количеств вещества в двух равновесных фазах бинарной системы по правилу рычага (вариант: расчет масс двух фаз, сосуществующих в равновесии в бинарной системе).

2. Расчет количества компонента, которое требуется добавить к бинарной системе, находящейся в заданном состоянии, для перевода ее в новое состояние, указываемое по диаграмме.

3. Расчет наибольшего количества компонента, которое теоретически может быть выделено в чистом виде из заданного количества бинарной системы с известной концентрацией, путем ректификации при постоянном давлении.

4. Расчет числа степеней свободы системы в заданной фазовой области по уравнению правила фаз Гиббса.

5. Расчет выхода вещества, перегоняемого с водяным паром, приходящегося на единицу массы пара.

Фазовое равновесие «жидкость-твердое» в бинарных системах –

T-x -диаграммы плавкости (системы с неограниченной взаимной растворимостью; системы с ограниченной растворимостью: эвтектические; с эвтектиками и соединениями, плавящимися конгруэнтно; с эвтектикой, перитектикой и соединениями, плавящимися инконгруэнтно)

Вопросы

1. Приведите пример диаграммы плавкости бинарной системы с неограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком и в твердом состоянии. Охарактеризуйте все фазовые поля, указав вид и число равновесных фаз, назовите все линии. Проиллюстрируйте применение правила рычага. Покажите на диаграмме путь кристаллизации (изменение составов фаз) для расплава с содержанием одного из компонентов 30%. Укажите температуры начала и окончания фазовых превращений и состояние системы на каждом участке процесса. Изобразите соответствующую кривую охлаждения.

2. Приведите пример бинарной системы, имеющей диаграмму плавкости с эвтектикой и без образования промежуточных соединений (систему выберите в справочнике). Изобразите схематически эту диаграмму, дайте обозначения фазовых областей, соответствующих однофазному, двухфазному и трехфазному равновесиям. Покажите на диаграмме путь кристаллизации (изменение составов фаз) для расплава с содержанием одного из компонентов 25%. Укажите температуры начала и окончания фазовых превращений и состояние системы на каждом участке процесса. Изобразите соответствующую кривую охлаждения.

3. Охарактеризуйте эвтектическое равновесие в бинарной системе (число и природа равновесных фаз, изменение фазового состава системы при нарушении равновесия). Проиллюстрируйте ответ анализом диаграммы плавкости с эвтектиками и с устойчивым химическим соединением, плавящимся конгруэнтно. Обозначьте все фазовые поля на схематическом рисунке диаграммы, указав равновесные фазы и число степеней свободы.

4. Охарактеризуйте перитектическое равновесие в бинарной системе (число и природа равновесных фаз, изменение фазового состава системы при нарушении равновесия). Проиллюстрируйте ответ анализом диаграммы плавкости с эвтектикой, перитектикой и с неустойчивым химическим соединением, плавящимся инконгруэнтно. Обозначьте все фазовые поля на схематическом рисунке диаграммы, указав равновесные фазы и число степеней свободы.

5. Запишите уравнение Шредера в дифференциальной форме. Покажите линии, описываемые данным уравнением, на диаграмме состояния бинарной системы с одной эвтектикой, перечислите соответствующие допущения. Запишите соответствующие уравнения в интегральной форме. Назовите все используемые величины.

6. Для приведённой в справочнике диаграммы плавкости системы Al – Si (рис. 28.14, стр.40) опишите все фазовые поля, указав вид и число равновесных фаз и число степеней свободы. Изобразите на диаграмме путь равновесной кристаллизации (изменение составов фаз) при медленном охлаждении расплава с концентрацией 10 масс% алюминия. Укажите температуры начала и окончания фазовых превращений, а также фазовый состав системы на каждом участке. Изобразите схематически кривую охлаждения расплава заданного состава.

7. Для приведённой в справочнике диаграммы плавкости системы H₂O – HNO₃ (рис.28.21, стр.41) опишите все фазовые поля, указав вид и число равновесных фаз и число степеней свободы. Если в системе образуются химические соединения, установите их формулы и дайте их краткую характеристику (устойчивость, тип плавления).

8. Для приведённой в справочнике диаграммы плавкости системы LiCl – NaCl (рис. 28.10, стр. 39) опишите все фазовые поля, указав вид и число равновесных фаз и число степеней свободы. Если в системе образуются химические соединения, приведите их формулы и дайте их краткую характеристику (устойчивость, тип плавления). Изобразите схематически на диаграмме путь процесса (изменение составов фаз) при изобарном (давление 1атм) нагревании твердого раствора с концентрацией 70 мольн.% NaCl от 300^оС до 800^оС.

9. Для приведённой в справочнике T-x-диаграммы плавкости системы Na – K для давления P=1 атм (рис. 28.22, стр.41) опишите все фазовые поля, указав вид и число равновесных фаз и число степеней свободы. Если в системе образуются химические соединения, приведите их формулы и дайте их краткую характеристику (устойчивость, тип плавления). Изобразите на диаграмме путь равновесной кристаллизации (изменение составов фаз) при охлаждении расплава с концентрацией 20 масс% натрия. Укажите температуры начала и окончания фазовых превращений, а также фазовый состав системы на каждом участке. Изобразите схематически соответствующую кривую охлаждения.

10. Для приведённой в справочнике диаграммы плавкости системы Ag – Sb (рис.28.25, стр.42) опишите все фазовые поля, указав вид и число равновесных фаз и число степеней свободы. Если в системе образуются химические соединения, укажите их формулы и дайте их краткую характеристику (устойчивость, тип плавления). Изобразите на диаграмме путь равновесной кристаллизации (изменение составов фаз) при охлаждении расплава с концентрацией 30 масс% серебра. Укажите температуры начала и окончания фазовых превращений, а также фазовый состав системы на каждом участке. Изобразите схематически соответствующую кривую охлаждения.

11. Для приведённой в справочнике диаграммы плавкости системы KBr–CuBr (рис. 28.23, стр. 41) опишите все фазовые поля, указав вид и число равновесных фаз и число степеней свободы. Если в системе образуются химические соединения, укажите их формулы и дайте их краткую характеристику (устойчивость, тип плавления). Изобразите на диаграмме путь равновесной кристаллизации (изменение составов фаз) при изобарном (давление 1атм) охлаждении от 700^оС до 100^оС расплава с концентрацией 20 мольн.% CuBr. Изобразите схематически соответствующую кривую охлаждения.

12. Для приведённой в справочнике T-x-диаграммы плавкости системы Bi – Pb для давления P=1 атм (рис. 28.24, стр.41) опишите все фазовые поля, указав вид и число равновесных фаз и число степеней свободы. Если в системе образуются химические соединения, укажите их формулы и дайте их краткую характеристику (устойчивость, тип плавления). Покажите на диаграмме путь процесса равновесной кристаллизации (изменение составов фаз) при изобарном охлаждении расплава с концентрацией 70 масс% Pb. Укажите температуры начала и окончания фазовых превращений, а также фазовый состав системы на каждом участке. Изобразите схематически соответствующую кривую охлаждения.

13. Приведите пример бинарной системы, имеющей диаграмму плавкости с одной эвтектикой. Изобразите схематически эту диаграмму, дайте обозначения фазовых областей и линий, соответствующих однофазному, двухфазному и трехфазному равновесиям. Покажите на диаграмме путь кристаллизации (изменение составов фаз) при изобарном охлаждении расплава с содержанием одного из компонентов 25%. Укажите температуры начала и окончания фазовых превращений и фазовый состав системы на каждом участке процесса. Изобразите схематически соответствующую кривую охлаждения.

14. Изобразите Т-х диаграмму фазовых равновесий (диаграмму плавкости) системы,

которая характеризуется следующими особенностями:

- неограниченной взаимной растворимостью компонентов в расплавленном состоянии;

- образованием неустойчивого, инконгруэнтно плавящегося соединения состава АВ₂;

- наличием эвтектики и перитектики.

Укажите, какие фазы сосуществуют во всех двухфазных областях. Отметьте все линии ликвидуса и солидуса, назовите конноды трехфазных равновесий.

15. Нарисуйте Т-х диаграмму фазовых равновесий (диаграмму плавкости) с одной эвтектикой. Обозначьте все фазовые поля и линии на приведенной диаграмме. Покажите, как с помощью уравнения Шредера можно предсказать состав эвтектической жидкости и температуру эвтектики. Назовите допущения, используемые при этом расчете.

16. Нарисуйте Т-х диаграмму фазовых равновесий (диаграмму плавкости) системы, которая характеризуется следующими особенностями:

- неограниченной взаимной растворимостью компонентов в расплавленном состоянии;

- образованием устойчивого соединения состава А₂В, плавящегося конгруэнтно;

- наличием эвтектических равновесий.

Укажите, какие фазы сосуществуют во всех двухфазных областях. Обозначьте линии эвтектических превращений, а также все линии ликвидуса и солидуса, назовите конноды трехфазных равновесий.

17. Изобразите Т-х диаграмму фазовых равновесий (диаграмму плавкости) бинарной системы A-B, которая характеризуется следующими особенностями:

- неограниченной взаимной растворимостью компонентов в расплавленном и в твердом состояниях;

- наличием минимума на кривых солидуса и ликвидуса при концентрации 40% мольн. вещества B.

Укажите, какие фазы сосуществуют во всех двухфазных областях, отметьте линии ликвидуса и солидуса. Опишите и изобразите на диаграмме ход процесса изобарной кристаллизации расплава с концентрацией 30% мольн. вещества A. Изобразите соответствующую кривую охлаждения.

Типы задач

1. Определение химической формулы твердого соединения по диаграмме плавкости бинарной системы.

2. Оценка энтальпии плавления вещества – компонента бинарной системы по уравнению Шредера.

3. Определение количества вещества (или массы вещества) в твердой фазе, закристаллизовавшейся при охлаждении расплава известной концентрации до заданной температуры.

4. Расчеты равновесных количеств вещества в двух равновесных фазах бинарной системы по правилу рычага (вариант: расчет масс двух фаз, сосуществующих в равновесии в бинарной системе).

5. Расчет количества компонента, которое требуется добавить к бинарной системе, находящейся в заданном состоянии, для перевода ее в новое состояние, указываемое по диаграмме.

6. Расчет числа степеней свободы системы в заданной фазовой области по уравнению правила фаз Гиббса.

32