Дана зависимость составов жидкой (x) и газообразной (у) фаз от температуры (Т) для бинарной жидкой системы А - В при постоянном давлении р. Составы х и у приведены в молярных долях вещества А, выражен

		Химия
		Решение задачи
		18 февраля 2021
		Выполнен, номер заказа №16852
		Прошла проверку преподавателем МГУ
		245 руб.

Дана зависимость составов жидкой (x) и газообразной (у) фаз от температуры (Т) для бинарной жидкой системы А - В при постоянном давлении р. Составы х и у приведены в молярных долях вещества А, выраженных в процентах (данные по вариантам приведены в таблице ниже). 1. Построить график зависимости состава пара (у) от состава жидкой фазы (х) при р = const. 2. Построить график зависимости состав - температура кипения. 3. Определить: температуру кипения системы, в которой молярная доля компонента А равна а %; каков состав первого пузырька пара; при какой температуре исчезнет последняя капля жидкости и каков ее состав. 4. Определить состав пара, находящегося в равновесии с жидкой бинарной системой, кипящей при температуре Т1. 5. При помощи какого эксперимента можно установить состав жидкой бинарной системы, если она начинает кипеть при температуре Т1 (при наличии диаграммы состав - температура кипения)? 6. Какой компонент может быть выделен из системы, состоящей из б кг вещества А и в кг вещества В, и какова масса выделенного компонента? 7. Какого компонента и сколько его надо добавить к указанной в п. 6 смеси, чтобы получилась азеотропная смесь? 8. Сколько вещества А (кг) будет в парах и в жидкой фазе, если 2 кг смеси, содержащей а % вещества А, нагреть до температуры Т1? 9. Определить вариантность системы в азеотропной точке. Система Молярная доля вещества А, % Т, К Молярная доля вещества А, % Т, К х у х у А – CH3OH В – C6H6 р = =9.670·104 Па 0,0 0,0 351,6 24,9 59,9 329,4 2,4 17,5 341,2 64,5 64,5 329,4 3,6 30,1 336,9 78,5 66,6 329,4 4,7 43,5 333,3 84,7 71,3 330,6 4,7 48,7 331,8 90,2 77,1 331,3 5,9 51,1 330,7 94,1 84,4 332,6 6,3 51,1 330,5 98,3 93,6 334,9 6,3 53,4 320,3 100,0 100,0 336,1 9,2 54,6 329,8

Решение: 1. График зависимости состава пара () от состава жидкой фазы () при . График зависимости состав - температура кипения: . Температура кипения системы, содержащей  Состав первого пузырька пара: . Последняя капля жидкости исчезнет при , ее состав . 4. Определим состав пара, находящегося в равновесии с жидкой бинарной системой, кипящей при температуре. К исходной смеси необходимо добавить какой-нибудь из компонентов, например, компонент , и снова измерить температуру кипения. Если  уменьшится по сравнению с , значит система содержала недостаток  по сравнению с азеотропной смесью и ее состав определяем по левой части диаграммы. В противном случае - содержала недостаток  и состав определяется по правой части диаграммы. 6. Определим, какой компонент может быть выделен из системы, состоящей из  кг вещества  и 37,8 кг вещества , и массу выделенного компонента. Для этого рассчитаем мольные доли компонентов.  Так как заданный состав находится справа от азеотропной точки, то выделить ректификацией в чистом виде можно только . Весь  (0,48 кмоль) перейдет в азеотропную смесь с молярным содержанием . (Азеотропная точка определяется по графику на пересечении линий жидкого и газообразного состояний). Остальные 59,9 % в азеотропном растворе составит . Определим количество , перешедшего в азеотроп: 0,48 кмоль  Тогда в чистом виде можно выделить  или . 7. В п.6 система состоит из . Азеотроп состоит из  и . Бензол в системе находится в недостатке относительно азеотропа, следовательно, к системе необходимо добавлять бензол, чтобы получить из исходной системы азеотропную, содержание  останется без изменений. Определим количество бензола, которое должно содержаться в азеотропе:. Тогда количество бензола, которое необходимо добавить для получения азеотропной смеси, равно  или . 8. По правилу рычага:  Определим количество молей вещества, которое содержится в системе массой 2 кг. Для этого вычислим среднюю молярную массу смеси:  Найдем химическое количество смеси:  Количество  в жидкой фазе: . 9. Определим вариантность (число степеней свободы) системы в азеотропной точке при постоянном давлении. Для определения числа степеней свободы используется правило фаз Гиббса, согласно которому  , где – число степеней свободы (вариантность) системы;  – количество компонентов;  – число фаз системы;  – число внешних факторов, влияющих на равновесие в данной системе. В данном случае имеем: - система двухкомпонентная , однако в азеотропной точке составы жидкой фазы и пара одинаковы (второй закон Коновалова), т.е. система ведет себя как однокомпонентная, т.е. в азеотропной точке ; - в азеотропной точке в равновесии сосуществуют две фазы – жидкость и пар – , т. к. . Таким образом, вариантность системы в азеотропной точке , т. е. система инвариантна (безвариантна).