МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«МИРЭА – Российский технологический университет»

РТУ МИРЭА

Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

(наименование Института)

Кафедра физической химии им. Я.К. Сыркина

(наименование кафедры)

Домашнее задание на тему:

«Диаграммы плавкости и кипения»

Работу выполнила

Студентка группы ХББО-02-16

Иванова Елена Анатольевна

Руководитель работы

Зобнина Аэлита Николаевна

Москва 2018

Вариант 9

Диаграмма плавкости

А ≡ RbCl

B ≡ SrCl₂

T1, К	а	б	в	г	д	T2, К
1073	35	85	5	35	85	923

1. На графике.

2. Состав химических соединений:

А ≡ RbCl 50%

B ≡ SrCl₂ 50%

С ≡ RbCl∙ SrCl₂

3. Точки эвтектики = точки V на графике.

E₁: Качественный состав: твердые В и С, их расплав.

Количественный состав: RbCl – 30%, SrCl₂ – 70%

E₂: Качественный состав: твердые А и С, их расплав.

Количественный состав: RbCl – 70%, SrCl₂ – 30%

4. На графике.

5. При температуре Т₁ = 1073 К и:

1. 5% RbCl система содержит расплав RbCl и SrCl₂ и твердые частицы SrCl₂.

2. 35% RbCl система находится в состоянии расплава RbCl и SrCl₂.

3. 85% RbCl система находится в состоянии расплава RbCl и SrCl₂.

Если их охладить до T₂ = 923 K, то система, содержащая:

1. 5% RbCl останется в состоянии, содержащем расплав RbCl и SrCl₂ и твердые частицы SrCl₂.

2. 35% RbCl будет содержать расплав RbCl и SrCl₂ и выделится твердое химическое соединение С ≡ RbCl∙ SrCl₂.

3. 85% RbCl система будет состоять из твердого RbCl, находящегося в равновесии с расплавом.

6. Число фаз и степеней свободы при:

а) Т = 906 К (Е₁) и 95% RbCl

Число фаз φ = 2 (твердое А + расплав L)

Число компонентов k = 2 (вещества А и В)

Число внешних факторов n = 1 (т.к. р = const)

Число термодинамических степеней свободы V=k+n-φ=2+1-2=1

Т = 827 К (Е₂) и 95% RbCl

Число фаз φ = 3 (твердые А и С + расплав L)

Число компонентов k = 2 (вещества А и В)

Число внешних факторов n = 1 (т.к. р = const)

Число термодинамических степеней свободы V=k+n-φ=2+1-3=0

б) Т = 906 К (Е₁) и 5% RbCl

Число фаз φ = 3 (твердые В и С + расплав L)

Число компонентов k = 2 (вещества А и В)

Число внешних факторов n = 1 (т.к. р = const)

Число термодинамических степеней свободы V=k+n-φ=2+1-3=0

Т = 827 К (Е₂) и 5% RbCl

Число фаз φ = 2 (твердые В и С)

Число компонентов k = 2 (вещества А и В)

Число внешних факторов n = 1 (т.к. р = const)

Число термодинамических степеней свободы V=k+n-φ=2+1-2=1

7. При 5% RbCl плав начнет отвердевать при Т = 1120 К. При Т = 906 К плав отвердеет полностью. В процессе кристаллизации в твердую фазу переходит то вещество, которого в системе больше, т.е. SrCl₂.

8. При 35% RbCl плав начнет плавиться при Т = 906 К. Полностью он расплавиться при Т = 940 К. Расплав первых капель будет содержать как RbCl, так и SrCl₂.

9. Уравнение Шредера:

где x – мольная доля вещества в смеси;

ΔH_пл – мольная теплота плавления чистого вещества;

Т_пл – температура плавления чистого вещества;

Т – температура начала кристаллизации расплава с x.

RbCl: Т_пл= 999 К, x = 0,9; Т = 960 К:

SrCl: Т_пл(SrCl₂) = 1147 К, x = 0,9; Т = 1124 К:

10. По правилу рычага:

Откуда m (RbCl∙ SrCl₂) = x = 1,7 кг.

Диаграмма кипения

T1	а	б	в
333	25	27,1	72,9

А ≡ CH₃OH

B ≡ CCl₄

p = 10,133*10⁴ Н/м³

1. _­На графике.

2. На графике.

3. Система, содержащая 25% CH₃OH начнет кипеть при Т = 329 К, состав первого пузырька пара: 53% CH₃OH и 47% CCl₄. Последняя капля жидкости в данной системе исчезнет при Т=340,8 К и ее состав будет: 1% CH₃OH и 99% CCl_4.

4. Состав пара, находящегося в равновесии с жидкой бинарной системой, кипящей при Т₁ = 333 К, зависит от состава исходного раствора. Рассмотрим два возможных случая:

1. Состав раствора: 5% CH₃OH и 95% CCl₄, тогда состав равновесного пара 43% CH₃OH и 57% CCl₄

2. Состав раствора: 93% CH₃OH и 7% CCl₄, тогда состав равновесного пара 78% CH₃OH и 22% CCl₄.

5. Для того, чтобы определить состав жидкой фазы бинарной системы, можно провести ректификацию до получения чистого компонента А или В. В зависимости от того, какой компонент выделится, по диаграмме кипения можно определить с какой стороны от азеотропной точки имеет место состав раствора при Т₁ = 333 К.

6. Система содержит 27,1 кг CH₃OH (М=32,04 г/моль) и 72,9 кг CCl₄ (153,82 г/моль)_­. Отсюда:

Мольная доля компонента А:

Следовательно, состав раствора лежит правее точки касания диаграмм. Раствор такого состава можно разделить на чистый метанол (компонент А) и азеотропный раствор данных веществ. Азеотроп состоит из 55% метанола и 45% тетрахлорметана, т.е. количество вещества А, остающегося в составе азеотропа:

Или:

7. Азеотропный раствор содержит 45% тетрахлорметана, следовательно:

В исходном растворе присутствует 473,93 моль CCl₄, поэтому необходимо добавить:

Или

8. 2 кг смеси, содержащей 25% CH₃OH, нагревают до 333 К.

3С_А=С_В, следовательно,

Откуда,

При температуре 333 К смесь, содержащая 25% CH₃OH, имеет состав: 0,05 CH₃OH и 0,95 CCl₄ (жидкость) и 0,43 CH₃OH и 0,57 CCl₄ (пар). Отсюда:

Решая данную систему, получаем:

Умножаем все на М_А:

Таким образом, при температуре 333 К в жидкости будет находиться 0,011 кг метанола, а в паре – 0,12 кг.