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问题一:什么是相律?它能解决什么问题?

回答:

相律实际上是一个数学关系式,它反映多组分多相平衡系统的组分数、相数和独立强度变量数(即自由度)之间的定量关系,独立强度变量一般是指温度、压力、各相中各年分的浓度。

相律只能计算自由度数而不能确定是哪些具体变量,所以相律可以解决下列四个问题:

(1)计算一个多组分平衡系统的最大自由度数,即Φ最大时的f值。

(2)计算一个多组分平衡系统平衡共存的最多相数,即令f=0时的Φ值。

(3)确定一个多组分平衡系统的自由度数。

(4)根据相律检查实际测绘的相图是否正确,或者预示多相平衡系统在指定条件下可能发生的变化。

问题二:“相”是宏观的概念还是微观的概念?

回答:

在一个系统中,物理性质和化学性质都完全均匀一致的部分称为一相,如果在一相中包括几个组分,则这几个组分的混合到达分子级程度。一般情况下,将分散粒子的直径小于10-9 m的系统称为一相,亦称真溶液,对于高分子物质溶液,虽然分散粒子的直径大于10-9 m。但也是一相,当系统中形成一个区别于其他部分的完全均匀的区域,粒子的直径大于或等于10-8 m时,即表示一个新相出现,相与相之间有明显的界面,称为相界面在相界面上物理性质和化学性质产生突变,因此“相”是一个宏观的概念,不是微观的概念。

问题三:组分与物种有何区别?

回答:

在相平衡系统中,组分指“独立组分”,能够说明在各相中分布情况的最少数目的独立物质称为独立组分,独立组分的浓度在系统的各相中独立变化而不受其他物质的影响,系统中化学结构相同的物质即为一个物种,比较好的处理是把系统中能够提纯出来的物质定为物种。

问题四:“自由度就是可以独立变化的变量。”该说法正确吗?

回答:

错误。自由度是在不发生新相出现或旧相消失情况下,在一定范围内可以独立变化的强度性质变量数,是变量数目,不是变量。

问题五:油和水不互溶,但形成乳状液后,是否为一相?两种物质混合到何程度才能算完全均匀,并成为一相?

回答:

乳状液不是一相,是两相,两种物质混合时,一种物质以分子形态分散在另一种物质分子之间,粒子直径小于10-9m才能算完全均匀,并成为一相。

问题六:相图与相律之间的关系如何?

回答:

相图由实验结果绘制得出,相图不能违背相律,相图不是由相律推导出来的。相律可以解释相平衡的规律,在科学研究、生产实践中有指导作用。

问题七:“纯物质系统的相图中两相平衡线都可以用克拉贝龙方程定量描述。”此认识正确吗?

回答:

正确。纯物质任意两相平衡都遵循克拉贝龙方程。

问题八:对于纯水,当水气、水与冰三相共存时,其自由度为多少?水的冰点的自由度是否也为零?你是怎样理解的?

回答:

根据相律,水是纯物质,C=1,T=273.16 K,p=611 Pa,温度压力确定,其自由度为零f=1-3+2-=0,说明该系统的组成、温度与压力均不能任意改变。所以水的三相点为热力学温标的参考点273.16 K。水的冰点(凝固点),两相,自由度是1,温度或压力在一定范围内可任意改变。

问题九:青藏高原的气压为65.8 kPa,为什么在青藏高原用一般锅不能将生米烧成熟饭,而要用高压锅才能煮熟?

回答:

查表可知水的饱和蒸气压65.8 kPa时温度为89 ℃。青藏高原,加热到89 ℃水就沸腾,一般锅中水温不能超过89 ℃,所以生米不能煮成熟饭,高压锅是密封的,加热时,蒸汽出不来,水而上压力增大,蒸汽压开高,水的沸点就升高,一般压力锅可以使水的沸点升高到110~120 ℃,当然容易把饭煮熟了。

问题十:什么是单组分系统的沸点?什么是多组分液体的沸点?

回答:

在一定外压下,单组分液体的蒸气压等于外压时的温度,称为单组分系统的沸点;多组分液体中各组分的蒸气压之和与外压相等时的温度,称为多组分液体的沸点。在一定外压下,多组分液体的沸点随组分的浓度改变而变化。

问题十一:什么是系统(或称物系)点、相点?两者关系如何?怎样理解杠杆规则?使用时注意什么条件?

回答:

系统点:相图中表示系统总组成与对应的状态(温度T或压力p)的点;相点:表示某一相组成与对应的状态(温度T或压力p)的点,两者的关系:单相区,系统点与相点重合一致,在多相平衡区系统点与相点分开。

杠杆规则是用来计算相图中平衡两相物质数量的比例,杠杆规则使用要注意:它只适用于相图中两相平衡时某种组分在两相中数量的比例计算。当系统的组成以物质的量分数xB表示时,两相的物质的量(摩尔量)反比于系统点(作为支点时)到两个相点线段的长度,当系统的组成以质量分数wB表示时,杠杆规则给出的是两相的质量比关系。

问题十二:“双液系中,若A组分对拉乌尔定律产生正偏差,那么B组分必定对拉乌尔定律产生负偏差。”该判断正确吗?

回答:

错误。通常大多数双液系中,若A组分对拉乌尔定律产生正偏差,B组分也会产生正偏差。A组分产生负偏差,B组分也会产生负偏差,但也有一些系统,一组分是正偏差,另一组分在一定范围内是负偏差,因此不能认为A组分对拉乌尔定律产生正偏差,B组分必定对拉乌尔定律产生负偏差。

问题十三:认为“二组分完全互溶双液系统的恒沸物的组成是确定不变的”,对吗?

回答:

错误。恒沸物的组成与压力有关,随压力的改变而变化,其组成不是确定不变的。

问题十四:沸点和恒沸点有何不同?

回答:

沸点是对液体而言的,在大气压力下,当液体的饱和蒸气压等于大气压力(外压)时,液体沸腾,这时的温度称为液体的沸点。

恒沸点是对二组分液体混合系统而言的,对拉乌尔定律产生较大偏差的系统,在p-x图上出现极大值(或极小值)时,则在T-x图上出现极小值(或极大值),对应此极值点组成的液体沸腾时,气相的组成与液相组成相同,这个温度称为最低(或最高)恒沸点。恒沸点会随外压的改变而变化。

问题十五:恒沸物是不是化合物?

回答:

不是化合物。它是完全互溶的两个组分的混合物,在外压固定时,它有确定的沸点,沸腾时气相的组成和液相组成完全相同,但是,当外部压力改变时,恒沸混合物的沸点和组成都会随之而改变,化合物的沸点虽然也会随着外压的改变而改变,但它的组成是不会改变的。

问题十六:用市售的60°烈性白酒,经多次蒸馏后,能得到无水乙醇吗?

回答:

不能得到无水乙醇。白酒是乙醇与水的混合物,它们的T-x图是具有最低恒沸点的相图,恒沸混合物浓度是含乙醇质量95.57%,所以,如用乙醇质量浓度小于95.57%的60°酒进行分馏,60%的酒是指乙醇体积含量60%,质量浓度约50%左右,蒸馏出来只能为95.57%的恒沸混合物,不能得到无水乙醇。

问题十七:在相图上,哪些区域能使用杠杆规则,在三相共存的平衡线上能否使用杠杆规则?

回答:

对于气一液、液一液、固一液、固一固的两相平衡区,任何二相平衡系统,杠杆规则可以适用,在三相共存的平衡线上,当某一相的数量极少到可以忽略时才可以使用杠杆规则,否则不能使用。

问题十八:有机化学实验中,对于制备出来的热稳定性比较差的有机化合物,为什么可以用水蒸汽蒸馏方法把它提纯出来?

回答:

一般热稳定性比较差的有机化合物与水是互不相溶的,依据互不相溶的双液系相图,可知,混合物的蒸汽压p=p*(水)+p*(有),混合物的沸点比水的沸点还要低,因此可以在低于100 ℃温度下把它与水的混合物蒸馏出来,由于它与水互不相溶,是分层的,很容易用分液漏斗把它们彼此分离开来得到纯的有机物。

问题十九:从Bi-Cd相图绘制中,冷却曲线的斜率决定于什么?过冷是什么原因引起的?冷却曲线水平段的长短取决于什么?我们能制成任意组成的均相合金吗?

回答:

冷却曲线的斜率决定于单位时间内降低温度多少,即决定于温度降低速率,例如1 min内降低10 K就比1 min内降低2 K的冷却曲线的斜率大(绝对值)。

过冷原因:在测量步冷曲线中,当凝固热放出速率小于冷却速率,会发出过冷现象;另一方面,由于开始结晶出的微小晶粒的饱和蒸气压大于同温度下的液体饱和蒸气压,或者说微小晶粒的溶解度大,因此会产生过冷现象。

水平线的长短取决于析出的低共熔混合物的量多少,量多凝固过程放热多,则水平线就长,量少则水平段就短。

低共熔混合物有致密的特殊结构,两种固体呈片状或粒状均匀交错在一起,是均匀合金,我们不能制成任意组成的均匀合金,只能制成与低共熔混合物组成相同的均匀合金,例如含40% Cd的Bi-Cd合金。

问题二十:在二组分固液平衡系统相图中,稳定化合物与不稳定化合物有何本质区别?

回答:

稳定化合物,有固定的组成和熔点,固相或液相中均能存在,温度低于其熔点不会分解,在相图上有最高点,即有“山峰”;不稳定化合物,在液相中不存在,它加热时不到其熔点就会发生分解,此点温度称不相称(或不相合)熔点,分解出新液相与原化合物组成不同,在相图上呈“T”字形,水平线是不相称(或不相合)熔点温度。

问题二十一:什么是临界点、恒沸点、低共熔点?恒沸物、低共熔物与化合物有什么区别?

回答:

临界点:将一些液体放入真空容器中,加热升高温度,蒸汽压加大,当温度升至某一数值,气液两相界面突然消失,二相变成一相,这一点称为该物质的临界点,在临界点温度以上,无论加多大压力都不会出现液态物质。

恒沸点:对于产生较大偏差液态混合物的双液系统的沸点一组成相图中最高点(或最低点)称为最高恒沸点(或最低恒沸点),恒沸点处气相组成与液相组成相同,恒沸点对应的混合物称为恒沸混合物,将恒沸混合物加热升温,沸腾时液气两相组成始终相同,恒沸点的温度与恒沸混合物的组成随外压的变化而改变。

低共熔点:两种固体混合物加热熔化后,让其均匀冷却,降低到某温度时,两种固态物质同时析出,该温度称为低共熔点;也可以认为按一定比例相混合的两种固体,具有最低熔化的温度,该温度称为低共熔点。

恒沸物、低共熔物与化合物的区别:恒沸物与低共熔物,在一定的压力下有确定的组成,但不是化合物是混合物,是两相,其组成会因外压改变而发生变化,化合物有确定的组成,是纯净物,是一相,其组成不会因外压改变而变化。

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