25 | 08 | 2019

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению лабораторно-практических занятий по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» «Гетерогенные равновесия. Фазовые диаграммы температура кипения - состав для двухкомпонентных систем»

8. Бензол и толуол неограниченно растворимы друг в друге. Вычислите отношение числа молей бензола к числу молей толуола в парах при 500С над жидкой смесью, содержащей 0,82 молярные доли бензола. Давление паров бензола при указанной температуре 35863,6 Па, а толуола 12345,6 Па.

4.2. Гетерогенные двухкомпонентные системы, образованные взаимно нерастворимыми жидкостями

Согласно закону Дальтона общее давление паров над смесью, образованной двумя взаимно нерастворимыми жидкостями, постоянно. Оно не зависит от состава смеси и равно сумме давлений насыщенных паров каждой жидкости:

Р = рАо + рВо (6)

Состав пара и конденсата не зависят от состава жидкой фазы и определяются соотношением:

(7)

Или (8)

Содержание жидкости в конденсате в массовых долях можно рассчитать по формулам: (9) и

(10)

Пример 2. Рассчитайте молярную массу нитробензола, зная, что смесь нитробензола и воды, перегоняющаяся при 731,9 мм рт. ст., имеет температуру 98,2 оС и что весовое отношение нитробензола к воде в дистилляте 0,188. р0(Н2О) = 712,4 мм рт. ст.

Решение:

Ро(С6Н5NО2) = 731,9 – 712,4 = 19,5 мм рт. ст.

М(С6Н5NО2) = М(Н2О)Г/моль

Задачи для самостоятельного решения

1. Жидкое органическое вещество, практически нерастворимое в воде, перегонялось с водяным паром при атмосферном давлении при 98,4 оС. Содержание органической жидкости в конденсате 0,231 массовые доли. Определите молярную массу вещества и давление его паров при указанной температуре, если р0(Н2О) = 95665 Па.

2. Органическое вещество, практически нерастворимое в воде, перегонялось с водяным паром при атмосферном давлении при 99,3 оС. Массовая доля вещества в конденсате 0,144 . Найдите молярную массу вещества, если р0(Н2О) = 98811,3 Па.

3. При перегонке бромбензола с водяным паром при атмосферном давлении смесь кипит при 95,25 оС. Считая бромбензол практически нерастворимым в воде, определите соотношение количества молей воды и бромбензола в парах и массовые доли ( процентное содержание) бромбензола и воды в дистилляте. р0(С6Н5Вг) = 16129,3 Па.

4. При 99оС давление паров нафталина р0(С10Н8) 2386 Па. Считая, что вода и нафталин нерастворимы друг в друге, определите, какое количество дистиллята необходимо собрать, перегоняя нафталин с водяным паром, чтобы получить 20 г нафталина. р0(Н2О) = 97740,9 Па.

5. Температура кипения системы нафталин – вода 98оС при 733 мм рт. ст. р0(Н2О) = 707 мм рт. ст. Найдите массовую долю нафталина в дистилляте.

4.3. Построение диаграмм состав – температура кипения бинарных смесей и расчеты по ним

Общая постановка задачи:

1. По справочным данным (Приложение. Таблицы 5.1 – 5.8) построить на миллиметровой бумаге фазовую диаграмму.

2. К какому типу систем относится заданная Вам жидкая смесь?

3. Поясните причину отклонения от аддитивного закона Рауля.

4. Рассчитайте число степеней свободы (вариативность) для каждого поля диаграммы, линий, точек согласно правилу фаз Гиббса.

5. Определите состав пара, находящегося в равновесии с раствором при молярной доле компонента А, равной 0,3.

6. Рассчитайте молярную долю компонента А в первой капле дистиллята, когда раствор перегоняется из простой перегонной колбы, имеющей одну теоретическую тарелку, для растворов, содержащих по 10 г обоих компонентов.

7. Для смесей, образующих азеотропы, укажите интервал концентраций, для которых фракционной перегонкой можно получить чистый компонент В.

5. Приложения

Равновесные концентрации жидкость – пар при 760 мм рт. ст.

Χ – молярная доля первого компонента смеси в жидкой фазе, Y - молярная доля первого компонента смеси в паровой фазе

Таблица 5.1. Метанол – этанол

Т, оС

78,4

77,3

75,8

75,2

74,3

73,5

72,5

71,4

71,0

70,6

69,0

68,3

67,6

Х

0

5,6

14,2

19,0

24,0

28,7

34,5

40,0

43,4

48,0

58,7

63,0

68,3

Y

0

8,9

19,4

26,1

32,7

38,6

47,0

60,1

56,0

60,0

71,6

75,1

79,1

67,3

66,4

65,6

64,7

74,5

78,8

91,0

100,0

81,8

87,0

95,0

100,0

Таблица 5.2. Метанол – бензол

Т, оС

80,2

71,6

67,5

64,5

63,8

63,3

58,7

59,4

61,5

61,6

64,7

Х

0

2,3

4,0

6,4

7,6

8,1

33,4

86,0

94,0

94,6

100,0

Y

0

25,6

37,8

43,2

44,3

47,2

56,5

72,7

83,3

83,3

100,0

Таблица 5.3. Этанол – бензол

Т, оС

80,2

69,7

68,3

68,1

68,4

69,0

71,5

78,5

Х

0

15,5

30,2

50,1

60,0

70,0

84,2

100,0

Y

0

33,4

40,7

46,4

50,2

54,4

67,5

100,0