ВУЗ: Украинский Государственный химико-технологический Университет
Категория: Рабочая программа
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2019
Просмотров: 1308
Скачиваний: 7
5. Аналіз діаграми двокомпонентної неізоморфної системи, компоненти якої утворюють нестійку хімічну сполуку (що плавиться інконгруентно).
В системі KCl – CuCl (діаграма показана на рис. 3.5) 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 у 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 у 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 по лінії 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 по лінії ліквідусу Ph, змінюється і температура плавлення системи. Температура кінця плавлення визначається як ордината точки g, що лежить на лінії ліквідуса (ТКП = 780 К). За цієї температури зникає останній кристал KCl, система стає гомогенною і при подальшому нагріванні її склад не змінюється.
На рис. 3.5 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 3.3).
1. Побудуйте графік залежності складу пари (у) від складу рідкої фази (х) при р = const.
2. Побудуйте графік залежності склад – температура кипіння.
3. Визначте 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 3.4)?
4. Визначте склад пари, що знаходиться у рівновазі з рідкою бінарною системою, яка кипить при температурі Т1.
5. Який компонент і у якій кількості може виділитися із системи, що містить б кг речовини А і в кг речовини В?
6. Якого компонента та яку кількість необхідно додати до зазначеної в п. 5 суміші, щоб вийшла азеотропна суміш?
7. Яка кількість речовини А (кг) буде в парах і у рідкій фазі, якщо 2 кг суміші, що містить а % речовини А, нагріти до температури Т1?
Таблиця 3.3
Вихідні дані до завдання Б
|
№ |
Система |
Молярний склад, А% |
Т,К |
Молярний склад, А% |
Т,К |
||
|
х |
у |
х |
у |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
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 |
|
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 |
Продовження табл. 3.3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
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. 3.3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
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. 3.3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|||
|
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 7,0 11,4 16,6 23,0 31,0 |
0,0 26,5 35,4 43,5 49,8 53,6 |
350,9 345,4 343,3 341,4 339,6 338,3 |
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 |
|||
|
22 |
A – CCl4 B – C4H8O2 при р = 9,140.104 Па |
0,0 7,3 15,9 28,0 35,2 42,9 |
0,0 10,0 20,2 32,4 38,9 45,9 |
347,1 346,3 345,8 345,2 344,9 344,7 |
57,2 61,3 69,3 79,2 89,4 100,0 |
57,7 61,0 67,5 76,5 87,1 100,0 |
344,6 344,6 344,8 345,1 345,6 346,4 |
|||
Продовження табл. 3.3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
23 |
A – C7Н8 B – C4H10O при р = 10,133.104 Па |
0,0 11,4 15,0 21,1 33,3 44,1 55,0 58,8 |
0,0 21,8 26,7 33,4 42,1 48,0 53,6 54,4 |
381,0 376,6 375,8 374,9 374,2 373,8 373,5 373,6 |
63,8 68,2 76,2 84,4 87,0 89,7 96,5 100,0 |
57,0 59,8 64,1 71,2 73,6 77,3 87,0 100,0 |
373,9 374,4 374,9 376,3 376,8 377,7 380,2 383,4 |
|
24 |
А – транс-C2Н2Cl2
В
– CH3OH при р = 10,133.104 Па |
0,0 2,1 2,8 11,2 13,4 18,7 24,6 29,4 |
0,0 13,8 16,8 45,2 48,5 53,8 59,3 65,3 |
337,6 335,9 333,5 325,3 324,1 321,1 319,0 317,8 |
43,8 73,7 76,9 88,6 96,5 98,7 99,6 100,0 |
72,8 76,0 76,9 79,0 83,0 90,6 94,4 100,0 |
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 4,8 7,0 13,6 16,9 25,9 31,4 36,5 42,6 |
0,0 13,7 18,7 33,1 37,1 45,4 50,4 53,9 57,6 |
337,6 334,8 333,6 331,0 329,9 327,5 326,7 326,1 325,4 |
57,1 65,1 70,5 85,0 91,6 98,6 99,6 99,8 100,0 |
63,4 65,1 65,5 70,8 74,0 84,0 87,3 93,9 100,0 |
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 3,9 8,1 13,8 22,8 31,5 47,9 |
0,0 13,8 25,2 36,7 46,7 53,4 62,5 |
329,2 325,0 322,3 318,8 316,0 314,3 313,5 |
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 |
|
27 |
А – CH3OH В – CCl4 при р = 10,13.104 Па |
0,0 0,3 2,4 11,5 20,5 36,8 |
0,0 10,1 32,4 44,5 50,3 53,9 |
349,7 346,0 337,2 332,3 330,0 328,5 |
55,0 70,3 79,1 90,5 98,1 100,0 |
55,2 58,3 63,0 74,1 93,5 100,0 |
327,7 328,7 329,9 332,2 336,4 337,7 |
|
28 |
А – CH3OH
В
– C6Н6 при р = 10,133.104 Па |
0,0 1,9 6,4 11,7 20,0 58,6 |
0,0 18,1 44,8 51,7 56,2 61,0 |
363,2 347,0 336,7 333,3 331,5 330,7 |
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 |
Продовження табл. 3.3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
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 3.4
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 |
Пояснення до діаграми стану температура кипіння – склад і приклади розв’язання задач
Розглянемо діаграму кипіння системи С4Н8О2 (етилацетат) – С2Н6О (етанол), наведену на рис. 3.6.
Крива abcde є кривою складу насиченої пари. Вище кривої насиченої пари система гомогенна, фаза одна – пара. Крива agcfe є кривою складу рідини, що кипить. Нижче кривої рідини система гомогенна, фаза одна – рідина. Між кривими насиченої пари abcde і рідини agcfe система гетерогенна – двофазна. В рівновазі знаходяться рідина і насичена пара.
Склад пари визначається за кривою пари abcde, склад рідкої фази визначається за кривою рідини agcfe.
Рис.
3.6
Для визначення складів рівноважних фаз через точку заданого стану (або для зазначеної температури) проводиться ізотерма. Точка перетину ізотерми з кривою рідини agcfe характеризує склад рідкої фази, який визначається по осі абсцис. Точка перетину ізотерми з кривою насиченої пари abcde дає склад пари.
Наприклад, необхідно визначити склад пари, який знаходиться в рівновазі з рідиною, що кипить при температурі 348,5 К.
Проводимо ізотерму при зазначеній температурі. Абсциса точки перетину ізотерми з кривою рідини g показує склад рідини, що кипить – хР (6,0 мол.% С4Н8О2. 94,0 мол.% С2Н6О). В рівновазі з цією рідиною буде насичена пара, склад якої визначається абсцисою точки b – точки перетину ізотерми з кривою насиченої пари. Склад пари хП – 25,0 мол.% С4Н8О2, 75,0 мол.% С2Н6О.
У системі С4Н8О2 – С2Н6О існує ще одна рідина, що кипить при температурі 348,5 К. Склад її визначається точкою f (96 мол.% С4Н8О2). Склад пари, що знаходиться в рівновазі з цією рідиною, характеризується точкою d (87 мол.% С4Н8О2).
На діаграмі точка с визначає склад азеотропної суміші (55 мол.% С4Н8О2). Ця точка характеризується однаковим складом рідкої фази і пари.
Проаналізуємо процес нагрівання бінарної рідкої системи. За кривою рідини agcfe визначається температура початку кипіння суміші (або температура кінця конденсації). За кривою насиченої пари abcde визначається температура кінця кипіння рідини (або температура початку конденсації).