5. Аналіз діаграми двокомпонентної неізоморфної системи, компоненти якої утворюють нестійку хімічну сполуку (що плавиться інконгруентно)
В системі KCl – CuCl (діаграма показана на рис. 7) утворюється хімічна сполука складу, який характеризується точкою х (66,7 мол.% KCl і 33,3 мол.% CuCl). Таке мольне співвідношення свідчить, що формулою сполуки є CuCl.2KCl. Ця речовина є стійкою тільки до температури, що характеризується точкою d (ТР = 499 К). За більш високої температури хімічна сполука розпадається на розплав (його склад характеризується точкою Р ) і кристали KCl. Точка Р називається перитектичною.
Розглянемо фазові стани систем в різних областях діаграми.
В області I всі системи гомогенні. Одна рідка фаза, розплав. В області II системи гетерогенні, в рівновазі знаходяться 2 фази: кристали CuCl і розплав.
С = К – Ф + n = 2 – 2 + 1 = 1.
В області III системи гетерогенні, в рівновазі знаходяться 2 фази: розплав і кристали хімічної сполуки CuCl.2KCl.
С = 2 – 2 + 1 = 1.
В області IV системи гетерогенні, в рівновазі знаходяться 2 фази: кристали KCl і розплав.
С = 2 – 2 + 1 = 1.
В області V всі системи гетерогенні, 2 тверді фази: кристали KCl і кристали CuCl.2KCl. С = 1. В області VI всі системи гетерогенні, 2 тверді фази: кристали CuCl і кристали CuCl.2KCl. С = 1. В евтектичній точці Е в рівновазі співіснують 3 фази: розплав, кристали CuCl і кристали CuCl.2KCl.
С = 2 – 3 + 1 = 0.
В перитектичній точці Р в рівновазі 3 фази: розплав, кристали KCl і кристали CuCl.2KCl. С = 0.
Розглянемо процес нагрівання системи, що містить 60 мол.% KCl. До температури точки q (евтектичної температури ТЕ) система знаходиться в твердому стані. При температурі ТЕ = 409 К система почне плавиться.
Перші краплі розплаву мають склад, що характеризується точкою Е (евтектична точка): 33 мол.% KCl. Температура не буде змінюватися, доки не розплавиться вся евтектика. Далі починається плавлення кристалів CuCl.2KCl. Склад розплаву змінюється за лінією ЕР. При температурі точки l (ТР = 499 К) хімічна сполука CuCl.2KCl стає нестійкою. Вона розкладається на кристали KCl і розплав. Система при цій температурі безваріантна (С = 0), тому на кривій нагрівання спостерігається температурна зупинка. Після зникнення останнього кристала CuCl.2KCl, починається плавлення кристалів KCl. Склад розплаву змінюється за лінією ліквідусу Ph, змінюється і температура плавлення системи. Температура кінця плавлення визначається як ордината точки g, що лежить на лінії ліквідусу (ТКП = 780 К). За цієї температури зникає останній кристал KCl, система стає гомогенною і при подальшому нагріванні її склад не змінюється.
На рис. показані також типові криві охолодження для системи CuCl – KCl.
Завдання Б. Аналіз діаграм стану рідина – пара
Дана залежність складу рідкої (х) і газоподібної (у) фаз від температури (Т) для бінарної рідкої системи А – В при сталому тиску р. Склади х і у виражені у молярних процентах речовини А (таблиця 9).
Побудуйте графік залежності складу пари (у) від складу рідкої фази (х) при р = const.
Побудуйте графік залежності склад – температура кипіння.
Визначити температуру кипіння системи, яка містить а мол. % компонента А. Який склад першої бульбашки пари? При якій температурі зникне остання крапля рідини та який її склад (таблиця 10)?
Визначити склад пари, що знаходиться у рівновазі з рідкою бінарною системою, яка кипить при температурі Т1.
Який компонент і у якій кількості може бути виділений із системи, що містить б кг речовини А і в кг речовини В?
Якого компонента та яку кількість необхідно додати до зазначеної в п. 5 суміші, щоб вийшла азеотропна суміш?
Яка кількість речовини А (кг) буде в парах і у рідкої фази, якщо 2 кг суміші, що містить а % речовини А, нагріти до температури Т1?
Таблиця 9
Вихідні дані до завдання Б
№ |
Система |
Молярний склад, А% |
Т,К |
Молярний склад, А% |
Т,К |
||
х |
у |
х |
у |
||||
1
|
А – HNO3 В – H2O при р = 10,333.104 Па |
0,0 8,4 12,3 22,1 30,8 38,3 |
0,0 0,6 1,8 6,6 16,6 38,3 |
373 379,5 385 391,5 394,6 394,9 |
40,2 46,5 53,0 61,5 100,0
|
60,2 75,9 89,1 92,1 100,0 |
394,0 391,0 385 372 357
|
2
|
А – HNO3 В – C2H2O2 при р = 10,079.104 Па |
0,0 10,0 20,0 33,3 |
0,0 3,0 8,0 34,0 |
391,1 395,1 399,5 401,6 |
40,0 50,0 60,0 100,0 |
47,0 82,0 96,0 100,0 |
400,3 393,3 378,0 358,3 |
Продовження табл. 9
3 |
А – HF В – H2O при р = 10,133.104 Па |
4,95 9,2 18,9 22,8 27,9 33,8 34,4 35,8 39,7 |
0,8 1,8 6,4 10,6 17,8 30,5 32,1 35,8 47,5 |
374,6 375,8 379,8 381,4 383,3 384,7 385,0 385,4 384,4 |
44,4 50,3 52,2 56,0 58,2 61,7 79,8 87,9 100,0 |
63,3 81,0 86,2 92,2 95,8 98,9 98,2 99,5 100,0 |
381,7 374,7 371,9 369,9 359,6 352,0 318,1 306,5 292,4 |
4
|
А – H2O В – C5H4O2 при р = 10,333.104 Па |
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 20,0 |
0,0 10,0 19,0 36,0 68,0 81,1 89,0 |
435,0 431,8 427,8 419,0 395,5 382,5 373,6 |
30,0 50,0 90,8 96,0 98,0 99,0 100,0 |
90,5 90,8 90,8 91,8 92,0 94,5 100,0 |
371,7 370,9 370,9 370,9 371,1 371,6 373,0 |
5
|
А – H2O В – н-C4H10O при р = 10,133.104 Па |
3,9 4,7 5,5 7,0 25,7 27,5 29,2 30,5 49,6 50,6 |
26,7 29,9 32,3 35,2 62,9 64,1 65,5 66,2 73,6 74,0 |
384,5 383,6 382,6 381,8 370,9 370,2 369,7 369,3 366,5 366,4 |
55,2 57,7 97,5 98,0 98,8 99,2 99,4 99,7 99,9 |
75,0 75,0 75,2 75,6 80,8 84,3 88,4 92,9 98,1 |
365,9 365,8 365,7 366,0 366,7 368,4 369,8 371,7 372,5 |
6
|
А – H2O В – ізо-C4H10O при р = 10,133.104 Па
|
13,5 15,0 15,9 17,2 39,7 40,5 56,4 |
40,1 42,0 43,7 44,6 62,6 63,3 66,6 |
370,8 370,1 369,6 369,0 363,3 363,2 362,5 |
60,5 67,0 97,5 97,8 98,6 99,1 99,8 |
66,7 67,0 67,2 67,3 71,4 78,2 95,7 |
362,4 362,2 362,5 363,1 364,5 366,4 371,9 |
7
|
А – H2O В – C5H120 (2-метил-3бутил-2-ол) при р = 10,246.104 Па |
0,0 18,9 34,2 53,8 66,7 75,7 82,4 |
0,0 42,7 55,3 63,4 65,7 66,9 67,5 |
377,5 367,5 365,3 364,3 364,1 364,2 364,25 |
87,5 91,6 94,9 97,7 99,5 100,0 |
68,1 69,1 70,3 75,7 91,0 100,0 |
364,3 364,3 364,8 366,4 369,0 373,3
|
8 |
А – CS2 В – CH3COCH3 при р = 10,133.104 Па |
0,0 1,9 4,8 13,4 18,6 29,1 38,0 |
0,0 8,3 18,5 35,1 44,3 52,5 57,4 |
329,2 327,0 324,4 319,6 317,0 314,4 313,3 |
44,8 53,6 65,3 78,9 87,9 96,8 100,0 |
59,8 62,7 66,1 70,5 76,0 88,6 100,0 |
312,8 312,3 312,1 312,3 313,5 316,5 319,3 |
Продовження табл. 9
9
|
А – CH3OH В – CCl4 при р = 10,333.104 Па |
0,0 0,2 0,4 1,3 1,7 3,0 5,1 10,7 12,4 24,8 40,1 45,3 |
0,0 2,0 12,0 24,2 26,4 38,3 44,5 49,0 50,0 52,2 53,7 54,1 |
349,7 349,1 345,4 340,6 339,9 335,0 332,4 330,2 330,0 329,3 328,8 328,8 |
55,0 56,6 72,5 76,4 81,3 83,8 88,3 91,8 94,8 97,9 99,3 100,0 |
55,2 55,2 59,1 60,3 63,0 64,9 69,6 75,3 82,3 91,0 96,7 100,0 |
327,7 328,7 329,0 329,4 329,8 330,1 331,2 332,5 333,9 335,8 337,1 337,7 |
10
|
А – CH3OH
В
– C6Н6 при р = 9,670.104 Па |
0,0 2,4 3,6 4,7 5,2 5,9 6,3 8,3 9,2 |
0,0 17,5 30,1 43,5 48,7 51,1 52,1 53,4 54,6 |
351,6 341,2 336,9 333,3 331,8 330,7 330,5 330,3 329,8 |
24,9 64,5 78,5 84,7 90,2 94,1 98,3 100,0 |
59,9 64,5 66,6 71,3 77,1 84,4 93,6 100,0 |
329,4 329,4 329,9 330,6 331,3 332,6 334,9 336,1
|
11
|
А – CH3OH В – C6Н6 при р = 10,133.104 Па |
0,0 2,8 5,0 5,7 9,0 11,8 27,0 44,0 |
0,0 31,0 39,5 42,0 48,5 56,5 57,5 58,5 |
363,2 342,4 339,8 338,7 334,4 332,0 331,0 330,8 |
58,6 69,5 81,7 88,3 90,2 94,5 96,8 98,8 |
61,0 62,5 65,5 70,0 73,0 82,2 90,0 94,2 |
330,7 330,6 331,1 331,9 332,9 333,2 335,4 336,4 |
12 |
А – C2H6O В – C6Н6 при р = 10,000.104 Па |
0,0 4,0 15,0 29,8 42,1 53,7 |
0,0 15,1 35,3 40,5 43,6 46,6 |
342,8 342,6 342,5 341,2 340,8 341,0 |
62,9 7108 79,8 87,2 93,9 100,0 |
50,5 54,9 60,6 68,3 78,7 100,0 |
341,4 342,0 343,3 344,8 347,4 351,1 |
13
|
А – C3H6O В – CH3OH при р = 10,133.104 Па |
0,0 4,8 17,6 28,0 40,0 |
0,0 14,0 31,7 42,0 51,6 |
337,7 335,9 333,1 331,3 330,2 |
60,0 80,0 95,0 98,2 100,0 |
65,6 80,0 94,0 97,6 100,0 |
329,1 328,6 328,7 329,1 329,5 |
14
|
А – C3H6O В – CHCl3 при р = 9,760.104 Па |
0,0 7,9 14,3 18,6 26,6 39,4 46,2 |
0,0 6,0 11,6 16,0 23,5 39,4 52,0 |
332,9 333,3 334,2 334,8 335,2 335,4 335,0 |
53,6 61,8 71,5 77,0 82,1 91,5 100,0 |
59,8 69,8 79,2 84,8 90,1 95,4 100,0 |
334,3 333,3 331,9 331,2 330,2 329,0 328,2 |
Продовження табл. 9
15
|
А – C3H6O В – CHCl3 при р = 10,000.104 Па |
0,0 18,6 34,0 46,8 57,8 67,3 |
0,0 10,3 31,8 51,5 65,2 75,7 |
334,3 336,0 336,8 336,4 335,2 334,0 |
75,5 82,7 89,2 94,9 100,0 |
83,2 89,0 93,6 97,3 100,0 |
332,9 331,8 330,8 330,0 329,0
|
|||
16
|
А – C3H8O В – H2O при р = 10,133.104 Па |
0,0 1,0 2,0 4,0 6,0 10,0 20,0 30,0 40,0 |
0,0 11,0 21,6 32,0 35,1 37,2 39,2 40,4 42,4 |
373,0 368,0 365,0 363,5 362,3 361,5 361,1 360,9 360,8 |
50,0 60,0 70,0 80,0 85,0 90,0 96,0 100,0 |
45,2 49,2 55,1 64,1 70,4 77,8 90,0 100,0 |
360,9 361,3 362,0 363,5 364,5 365,8 367,0 370,3
|
|||
17
|
А – C4H10O В – C6H12O2 (бутилацетат) при р = 0,668.104 Па |
0,0 18,0 28,2 35,5 37,0 43,5 |
0,0 22,5 32,2 36,3 37,0 41,6 |
325,6 324,5 324,1 323,8 323,7 323,8 |
59,1 76,5 8638 92,1 100,0 |
50,4 64,5 75,2 83,3 100,0 |
324,2 325,3 326,5 327,7 329,1
|
|||
18 |
А – C4H10O В – C6H12O2 (бутилацетат) при р = 2,200.104 Па |
0,0 16,1 31,3 47,4 |
0,0 21,0 37,5 47,9 |
353,6 351,2 349,9 349,4 |
61,3 77,7 87,3 100,0 |
57,8 70,5 80,7 100,0 |
349,5 350,2 351,3 353,3 |
|||
19
|
А – C4H10O В – C6H12O2 (бутилацетат) при р = 10,133.104 Па |
0,0 21,9 37,2 51,4 66,4 |
0,0 33,4 48,2 58,0 69,2 |
399,0 394,2 391,9 390,9 390,1 |
72,2 77,9 84,7 89,6 100,0 |
74,1 78,6 84,4 88,0 100,0 |
389,9 389,8 390,0 390,1 390,5 |
|||
20 |
А – CHCl3 В – CH3OH при р = 10,000.104 Па |
0,0 2,9 6,3 10,3 15,2 21,2 |
0,0 8,3 16,1 24,0 32,3 41,2 |
337,6 337,1 335,4 333,7 332,1 330,5 |
28,7 38,5 51,8 70,7 84,7 100,0 |
48,8 54,2 58,9 67,8 82,3 100,0 |
328,9 327,5 326,7 326,7 330,0 334,4 |
|||
21 |
A – CCl4 B – C2H6O при р = 9,933.104 Па |
0,0 3,2 7,0 11,4 16,6 23,0 31,0 |
0,0 16,6 26,5 35,4 43,5 49,8 53,6 |
350,9 347,8 345,4 343,3 341,4 339,6 338,3 |
41,1 55,7 63,0 72,9 89,0 100,0 |
56,9 59,7 63,0 66,9 84,0 100,0 |
337,4 336,9 336,6 337,3 343,0 348,9
|
|||
Продовження табл. 9
22 |
A – CCl4 B – C4H8O2 при р = 9,140.104 Па |
0,0 0,5 7,3 15,9 28,0 35,2 42,9 51,3 |
0,0 0,8 10,0 20,2 32,4 38,9 45,9 52,8 |
347,1 347,0 346,3 345,8 345,2 344,9 344,7 344,6 |
57,2 58,8 61,3 69,3 79,2 89,4 100,0 |
57,7 58,7 61,0 67,5 76,5 87,1 100,0 |
344,6 344,6 344,6 344,8 345,1 345,6 346,4 |
23 |
A – C7Н8 B – C4H10O при р = 10,133.104 Па |
0,0 6,6 11,4 15,0 21,1 33,3 35,5 44,1 55,0 58,8 |
0,0 13,1 21,8 26,7 33,4 42,1 44,2 48,0 53,6 54,4 |
381,0 378,2 376,6 375,8 374,9 374,2 374,1 373,8 373,5 373,6 |
63,8 68,2 76,2 80,3 84,4 87,0 89,7 96,5 100,0 |
57,0 59,8 64,1 67,4 71,2 73,6 77,3 87,0 100,0 |
373,9 374,4 374,9 375,5 376,3 376,8 377,7 380,2 383,4 |
24 |
А – транс-C2Н2Cl2 В – CH3OH при р = 10,133.104 Па |
0,0 0,7 2,1 2,8 508 11,2 13,4 18,7 24,6 29,4 |
0,0 5,1 13,8 16,8 30,4 45,2 48,5 53,8 59,3 65,3 |
337,6 336,4 335,9 333,5 329,5 325,3 324,1 321,1 319,0 317,8 |
34,3 43,8 73,7 76,9 88,6 96,5 98,7 99,6 100,0 |
68,0 72,8 76,0 76,9 79,0 83,0 90,6 94,4 100,0 |
317,3 316,0 315,6 314,9 315,6 316,1 317,8 319,0 321,3 |
25 |
А – цис-C2Н2Cl2 В – CH3OH при р = 10,133.104 Па |
0,0 2,9 4,8 7,0 13,6 16,9 25,9 31,4 36,5 40,0 42,6 |
0,0 8,9 13,7 18,7 33,1 37,1 45,4 50,4 53,9 55,9 57,6 |
337,6 336,3 334,8 333,6 331,0 329,9 327,5 326,7 326,1 325,6 325,4 |
51,3 57,1 65,1 70,5 85,0 91,6 98,6 99,6 99,8 100,0 |
60,9 63,4 65,1 65,5 70,8 74,0 84,0 87,3 93,9 100,0 |
325,0 324,8 324,5 324,8 325,3 325,9 328,4 329,3 330,8 333,3
|
26 |
А – CS2 В – CH3COCH3 при р = 10,133.104 Па |
0,0 2,5 3,9 8,1 13,8 22,8 31,5 47,9 |
0,0 9,5 13,8 25,2 36,7 46,7 53,4 62,5 |
329,2 327,5 325,0 322,3 318,8 316,0 314,3 312,5 |
53,5 65,3 78,9 84,5 93,5 98,1 100,0 |
62,7 66,1 70,5 73,0 84,1 92,4 100,0 |
312,9 312,1 312,3 313,0 315,3 317,7 319,3 |
Продовження табл. 9
27 |
А – CH3OH В – CCl4 при р = 10,13.104 Па |
0,0 0,3 1,1 2,4 11,5 20,5 36,8 |
0,0 10,1 21,3 32,4 44,5 50,3 53,9 |
349,7 346,0 341,7 337,2 332,3 330,0 328,5 |
55,0 70,3 79,1 90,5 95,4 98,1 100,0 |
55,2 58,3 63,0 74,1 84, 93,5 100,0 |
3270,7 32807 329,9 332,2 334,3 336,4 337,7 |
28 |
А – CH3OH В – C6Н6 при р = 10,133.104 Па |
0,0 1,9 3,2 6,4 11,7 20,0 58,6 |
0,0 18,1 34,1 44,8 51,7 56,2 61,0 |
363,2 347,0 341,4 336,7 333,3 331,5 330,7 |
62,0 81,5 91,1 96,2 98,1 100,0 |
62,0 65,2 75,0 86,5 92,8 100,0
|
330,6 331,0 332,5 334,3 336,0 337,7 |
29 |
А – C2H6O В – C6Н6 при р = 10,133.104 Па |
0,0 4,1 5,6 10,0 19,2 33,5 42,8 |
0,0 17,2 23,4 30,7 37,5 41,8 42,8 |
352,8 347,7 345,9 343,8 342,0 341,2 340,8 |
48,5 68,8 82,1 88,8 95,1 100,0 |
45,1 53,0 62,2 70,3 80,5 100,0 |
340,9 341,8 343,5 345,3 347,8 351,1 |
30 |
А – C3H6O В – CH3OH при р = 10,133.104 Па |
0,0 3,0 10,9 20,7 32,8 47,5 |
0,0 11,7 23,5 35,0 45,6 57,2 |
337,7 336,5 334,3 332,4 330,8 329,7 |
57,1 69,3 80,0 95,0 98,2 100,0 |
63,9 73,5 80,0 94,0 97,6 100,0 |
329,2 328,8 328,6 328,7 329,1 329,5 |
Таблиця 10
Вихідні дані до завдання Б
№ |
Т1 |
а |
б |
в |
№ |
Т1 |
а |
б |
в |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 |
388 394 383 372 368 365 367 317 333 331 335 345 329,2 334,5 336 |
55 60 65 50 50 35 25 25 25 80 10 75 60 55 55 |
81 62,2 67,4 12,8 19,6 68,8 6,4 30,4 27,1 62,2 4,4 64 73 37,2 37,2 |
19 38,8 32,6 84,2 80,4 31,2 93,6 69,6 72,9 37,8 56,4 36 27 62,8 62,8 |
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 |
365 325 350,5 390,2 330,5 343 345,4 377 320 339 319 338 334 443 331 |
80 65 75 65 25 25 25 80 25 25 20 10 20 65 35 |
93 54,2 65,5 54,2 55,5 36,8 52,7 83,4 50,5 50,5 17,9 15,9 7,6 21,2 16 |
7 45,8 34,5 45,8 44,5 63,2 47,3 46,6 49,5 49,5 41 42,8 75,9 21,2 16 |