Диаграммы состояния

 

34. По ниже приведенным данным постройте фазовую диаграмму водного раствора карбамида:

Раствор, насыщенный при 20°С , содержит 51,83%(масс.) карбамида;

Раствор, насыщенный при 60° С , содержит 71,88%(масс.) карбамида;

Раствор, насыщенный при 120° С , содержит 95,0%(масс.) карбамида;

Кристаллизация раствора любой концентрации заканчивается при -12°С, концентрация последних капель кристаллизующегося раствора равна 32 % (масс.)

35. По следующим данным построить диаграмму состояния системы свинец-сурьма и определить состав и температуру затвердевания эвтектики в этой системе:

Содержание свинца в

жидком сплаве, (масс) % 0 20 40 60 80 90 100

Температура выделения

первых кристаллов, °С 632 580 520 433 300 273 326

36. Построить диаграмму состояния системы о-динитробензол-n-динитробензол по следующим данным:

n-динитробензол, (масс.)% 100 90 80 70 66 55

нач.затвердевания. °С 173,5 167,7 161,2 154,5 146,1 136,6

n-динитробензол, (масс.)% 40 30 20 10 0

нач.затвердевания. °С 125,2 111,7 104 110,6 116,9

Определить по диаграмме температуру затвердевания и состав эвтектики.

37. Воспользовавшись фазовой диаграммой (см.рис.1.) определите температуру начала присталлизации 15 %-ного водного раствора поваренной соли. При какой температуре заканчивается кристаллизация этого раствора?

38.

 
 

Пользуясь фазовой диаграммой (см.рис.2) определите температуру, до которой следует охлаждать раствор бромида калия (КВr), чтобы осадить из него максимальное количество его кристаллов. Рассчитайте массу продукта полученного таким образом из 200 кг 50 % водного раствора КВr. Укажите остаточную концентрацию соли в отводимом центрифугате.

39. Производство кристаллического сульфита натрия (Na2SO3*7H2O) основано на осаждении его из концентрированного при 38°С водного раствора сульфита натрия охлаждением до 15°С. По приведенной на рис.4. фазовой диаграмме указанной системы определите, сколько кг продукта можно получить таким образом из 1000 кг раствора. Какой при этом будет концентрация соли в фильтрате?

 

40. Термическая фосфорная кислота содержит не менее 73 % H3PO4. Используя фазовую диаграмму (см.рис.3), выясните, можно ли хранить эту кислоту в неотапливаемых складах если температура воздуха зимой может понижаться до -45°С. Можно ли в таких же условиях содержать пищевую фосфорную кислоту если ее концентрация @ 70 % (масс.)

T, °С H3PO4

20 2H3PO4*H2O

-20

-40

-60

-80

0 20 40 60 80 100

[H3PO4], % (масс)

рис.3

 

41. Пользуясь фазовой диаграммой (см.рис.5), определите растворимость AgNO3 при: а) 20°С, б) 40°С, в) 60°С, г) 80°С д) 100°С

 

42. Пользуясь фазовой диаграммой (рис.6), определите какое вещество и в каком количестве можно извлечь из 500 кг сплава, охлаждением его от 850 до 506°С, состоящего из

а)20% (масс.) NaCl и 80% (масс.) CaCl2 ,


б)20% (масс.) CaCl2 и 80% (масс.) NaCl.

 
 

 


43. Образец морской воды, содержащей 3,5 % (масс) NaCl , охлаждали до –17°С (рис.1). При -1,91°С появились первые кристаллы, а к концу охлаждения концентрация соли стала равной 19 % (масс). Пользуясь диаграммой, ответьте, каков состав образовавшихся при охлаждении кристаллов и почему произошло концентрирование раствора.

 

44. С помощью диаграммы (см.рис.7) определить сколько KCl нужно прибавить к 1,5 кг LiCl, чтобы понизить температуру его затвердевания до 500°С.

45. С помощью диаграммы (см.рис.7) определите: 1) сколько LiCl выделится из 500 г 80%-ного расплава при охлаждении до 500, 400 и 361°С, 2) при каких температурах и конц-ях жидкой фазы система безвариантна.

T, °С

400 рис.7

KCl 361° LiCl

0 20 40 60 80 100

LiCl, % (масс.)

46. С помощью диаграммы (см.рис. 7) определить: 1) состав эвтектики в

весовых процентах, 2) сколько останется жидкости если охладить до

500°С 200 г 30 %-ного расплава.

 

47. Перечертив диаграмму (см.рис. 8), обозначте на ней точками следующие со

стояния системы: точкой А- чистый твердый висмут в равновесии с жидким

висмутом, точкой Б- жидкий сплав при 300°, содержащий 30 % кадмия,

точкой В- сплав, содержащий 15 % кадмия в равновесии с кристаллами вис

мута, точкой Г-систему состоящую из равных количеств твердого кадмия и

жидкого сплава, содержащего 80 % кадмия, точкой Д – жидкий сплав в

равновесии с твердым кадмием и висмутом.

T, °С

100 144°

Bi Cd

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Cd, %

 

Рис. 8


48. Воспользовавшись диаграммой (рис. 8):

1) вычислить, сколько кадмия выделяется из 200г 50%-ного расплава при охлаждении его до 144°С,

49. Воспользовавшись диаграммой (рис. 8):

2) определить растворимость висмута в кадмии при 200°С выразив ее в процентах.

50. Воспользовавшись диаграммой (рис. 8), определить:

сколько эвтектики получится из 1 кг сплава, содержащего 80 % кадмия,

51. Воспользовавшись диаграммой (см. рис. 8), определить:

сколько кадмия выделится из 1 кг 80 %-ного сплава, если его охладить до 250, 200 и 144°.

52. Воспользовавшись диаграммой (см. рис. 8), определить:

сколько висмута нужно прибавить к 50 г 80 %-ного сплава, охлажденного до 200°С чтобы выпавший кадмий растворился.

53. Построить диаграмму плавкости системы о-динитробензол-р-динитробензол на основании следующих данных:

p- динитробензол %(мол.) 100 90 80 70 60 50

нач.затвердевания, °С 173,5 167,7 161,2 154,5 146,1 136,6

p- динитробензол %(мол.) 40 30 20 10 0

нач.затвердевания, °С 125,2 111,7 104 110,6 116,9

 

Определить координаты эвтектической точки.

Вычислить сколько % р-динитробензола может быть выделено в чистом виде путем кристаллизации расплавов, содержащих 95,75 и 45 % этого компонента.

54. Построить диаграмму плавкости системы FeO-SiO2 на основании следующих данных:

Точка плавления FeO - 1541°С

SiO2 - 1713°С

2 FeO * SiO2 - 1065°С

FeO * SiO2 - 1500°С

 

Координаты эвтектических точек:

1) t = 1040°С, концентрация SiO2 = 31 % (масс.)

2) t = 1010°С, концентрация SiO2 = 37 % (масс.)

3) t = 1445°С, концентрация SiO2 = 55 % (масс.)

55. HNO3 и H2O образуют следующие соединения: HNO3 х 3H2O и HNO3 х H2O. Точки плавления этих соединений соответственно равны -17 и -39°С. Координаты эвтектических точек следующие:

1) t = - 43°С, концентрация HNO3 = 32 % (масс.)

2) t = - 42°С, концентрация HNO3 = 70,5 % (масс.)

3) t = - 66°С, концентрация HNO3 = 89,95 % (масс.)

Построить диаграмму плавкости, выразив состав в процентах (масс.).

56. Построить диаграмму плавкости системы Hg-Tl на основании следующих данных:

Точка плавления Hg = - 40°С

Tl = 302°С

Hg-Tl = 15°С

Координаты эвтектических точек:

1) t = - 60°С, концентрация Tl = 8 % (масс.)

2) t = + 0,6°С, концентрация Tl = 41 % (масс.)

 

57. По проекции диаграммы плавкости тройной системы (см.рис. 9)

 

1) определить, из каких фаз будет состоять твердый сплав, полученный путем охлаждения расплава, исходный состав которого изображен точкой 0,

2) определить состав двойных и тройных эвтектик,

3) описать охлаждение сплавов.

B

Q

 

m BC

e1

O E2 P

 

A C

Рис.9.

58. На рис. 10 ниже дано изотермическое сечение пространственной диаграммы трехкомпонентной системы.

1) который из трех компонентов имеет самую высокую температуру плавления?

2) Какие фазы находятся в равновесии в точках М и N?

3) Определить состав раствора, находящегося в равновесии с твердой фазой в точке N.

4) Определить относительные количества равновесных фаз в точке М.

 

B

 
 


N

 

M

 

A C

Рис.10.


 

59. На рис. 11 дано изотермическое сечение пространственной диаграммы трехкомпонентной системы. Определить:

1) число степеней свободы в точках М и Е,

2) состав раствора и осадка, находящихся в равновесии в точке М,

1) Состав и количество жидкой фазы в точке Р, если общий вес системы равен 100 г. P

 


M

E P

 

A C

Рис. 11.

 

 

Перегонка. Состав смеси.

60. Смесь нитробензола и воды начинает кипеть при давлении 760 мм рт.ст. и 99°С. Давление паров нитробензола равно при этой температуре 27 мм рт.ст., а воды -733 мм рт.ст. Жидкости нерастворимы друг в друге. Какое количество нитробензола отгонится с водяным паром, если общее количество дистиллята составляет 10 кг.

61. При 760 мм рт.ст. смесь воды и камфоры кипит при 99°С. Вещества нерастворимы друг в друге. Сколько следует отогнать водяного пара, чтобы получить в дистилляте 20 г камфоры, если молекулярный вес ее равен 152 и давление паров воды при 99°С составляет 733мм рт.ст.?

62. Жидкость, несмешивающаяся с водой, перегоняется с водяным паром при 70°С и 240,7 мм рт.ст. При этом полученный дистиллят содержит 19,42 масс. % жидкости. Вычислить молекулярный вес этой жидкости, если вода при 70°С имеет давление паров 233,7 мм рт.ст..

63. Давление пара смеси взаиморастворимых бензола и дихлорэтана в зависимости от концентрации выражается прямой линией. При 50°С давление пара чистого бензола равно 268 мм рт.ст., а дихлорэтана - 236,2 мм рт.ст.. Определить состав жидкости (масс. %), если парциальные давления компонентов равны между собой.

64. При 30°С давление паров чистого бензола равно 120,2, а толуола 36,7 мм рт.ст. Какой состав имеет парообразная фаза (масс. %), если жидкость содержит эквимолярные количества этих компонентов.

65. При 80°С бензол имеет давление паров 753, а толуол - 290 мм рт.ст. Каков весовой состав паров смеси этих веществ, если жидкая смесь содержит 25 % бензола?

66. Вода и хлористый водород образуют азеотропную смесь, кипящую при 108,5°С и состоящую из 79,76 % воды и 20,24 % хлористого водорода. Температура кипения чистой воды 100°С, температура кипения хлористого водорода - 85°С. Какой компонент будет отгоняться и что станется в остатке, если подвергнуть перегонке смеси, содержащие:

А) 50% воды и 50% хлористого водорода;

Б) 85% воды и 15% хлористого водорода?

67. Вода и азотная кислота образуют азеотропную смесь, содержащую 32% воды и 68 % кислоты и кипящую при 120,5°С. Какой компонент будет преимущественно отгоняться при перегонке смесей содержащих:

А) 20% воды и 80% кислоты,

Б) 40% воды и 60% кислоты, и каковы будут составы остатков? Температура кипения чистой воды 100°С, а азотной кислоты 86°С.

68. Вода и этиловый спирт образуют азеотропную смесь с температурой кипения 78,13°С и состоящую из 95,57% спирта и 4,43 % воды. Температура кипения воды 1000 С и спирта 78,3°С. Что будет отгоняться и что останется в остатке при дистилляции смесей, содержащих:

А) 40% спирта и 60% воды,

Б) 98% спирта и 2% воды?

69. Температура кипения ацетона 56°С, а метилового спирта 65°С. Эти вещества образуют азеотропную смесь с температурой кипения 55,95°С, содержащую 86,5 % ацетона. Что будет перегоняться при дистилляции смесей, содержащих:

А) 20% ацетона и 80% спирта,

Б) 90% ацетона и 20% спирта, и что останется в остатках?

70. Пиридин и вода образуют азеотропную смесь, содержащую 59% пиридина и 41 % воды и кипящую при 92°С. Что будет перегоняться и что останется в остатке при дистилляции смесей, содержащих:

А) 40% пиридина и 60% воды,

Б) 60% пиридина и 40% воды ? t кип. воды равна 1000 С и пиридина 115°С.

 

Закон распределения. Экстракция.

 

71. Концентрация янтарной кислоты в водном слое равна 2,2 г/л, а в эфирном -1,21 г/л. Чему равен коэффициент распределения янтарной кислоты между водой и эфиром?

72. При 25°С раствор йода в воде содержит 0,0516 г/л вещества и находится в равновесии с раствором йода в четыреххлористом углероде, содержащем 4,41 г/л йода. Определить коэффициент распределения йода между водой и четыреххлористым углеродом при этой температуре.

73. Коэффициент распределения йода между четыреххлористым углеродом и водой равен 85,5. Каков объем четыреххлористого углерода необходимого, чтобы при однократной экстракции из 100мл раствора извлечь 50 % йода, содержащегося в воде?

74. Пикриновая кислота имеет константу диссоциации в воде, равную 0,164. Найти коэффициент распределения пикриновой кислоты между бензолом и водой, если концентрация кислоты в водном растворе равна 0,02 моль/л, а в бензольном слое – 0,07 моль/л

75. Коэффициент распределения этилового спирта между четыреххлористым углеродом и водой равен 0,0244. Какие концентрации этилового спирта будут иметь растворы его в воде и четыреххлористом углероде, если 0,2 моля спирта смешать с 200 мл воды и 100 мл четыреххлористого углерода?

76. По ниже приведенным экспериментальным данным определите, в каком из случаев подтверждается справедливость закона распределения:

а) растворители H2O и CHCl3, растворенное вещество J2 концентрации См.

В водном слое в органическом слое

0,00025 0,0338

0,00120 0,1546

0,00184 0,2318

0,00242 0,3207

б) растворители H2O и CCl4, растворенное вещество J2 , концентрации См.

в водном слое в органическом слое

5,16 х 10-5 0,00441

12,76 х 10-5 0,01088

29,13 х 10-5 0,02561

в) растворители H2O и C6H5NO2, растворенное вещество J2, концентрации См.

в водном слое в органическом слое

0,00041 0,081

0,0177 0,347

77. При действии на амиловый спирт перманганата калия образуется раствор валериановой кислоты в спирте. Какое количество кислоты можно извлечь из 100 мл полученного раствора содержащего 3,7 г кислоты, экстракцией 30 мл диэтилового эфира? Коэффициент распределения валериановой кислоты в указанной системе равен 0,043.

78. При перегонке с водяным паром часть синтезированного n - толуидина остается в водном слое дистиллята в растворенном виде. Какое количество продукта можно извлечь из 100 мл водного слоя, содержащего 1,5г n – толуидина, экстракцией 40 мл бензола, если коэффициент распределения равен 0,0183?

79. Какое количество фенола можно извлечь из 100 мл водного раствора, содержащего 8 г фенола, экстракцией 50 мл растворителя, если в качестве экстрагента взяли:

А) амиловый спирт (К=0,0667),

Б) толуол (К=0,1),

В) хлороформ (К=0,08).

Какой из названных растворителей более эффективен в качестве экстрагента?

80. При синтезе фенилуксусной кислоты часть продукта растворяется в воде. Какое количество кислоты можно извлечь из 100 мл водного раствора, содержащего 2,5 г кислоты, 40 мл экстрагента 2- кратной экстракцией, если в качестве экстрагента взяли:

А) толуол (К=0,28),

Б) хлороформ (К=0,09).

Какой из названных растворителей лучший экстрагент?

81. Для повторного использования отработанных вод, содержание фенола в них надо снизить до 0,5 кг/м3. Достаточна ли для этого 4-кратная обработка 10 м3 этих вод бензолом, если каждый раз использовать по 1 м3 свежего экстрагента, а начальное содержание фенола в отработанных водах равно 8 кг/ м3. Коэффициент распределения фенола в системе вода-бензол 0,20.

82. Коэффициент распределения SO2 между водой и хлороформом равен 0,953. Сколько воды нужно добавить к 1 л раствора SO2 в хлороформе, чтобы извлечь 25 % SO2?

83. Коэффициент распределения лимонной кислоты между водой и эфиром равен 155. Сколько воды нужно добавить к 25 мл раствора кислоты в эфире, чтобы извлечь из него 25 % кислоты?

84. Коэффициент распределения уксусной кислоты между водой и эфиром равен 1,87. Сколько эфира нужно добавить к 100 мл водного раствора, чтобы извлечь из него половину кислоты?

85. При 25°С раствор йода в воде, содержащий 0,1524 г йода в 1 л, находится в равновесии с раствором йода в хлороформе, содержащим 19,63 г йода в 1 л. Растворимость йода воде равна 0,34 г/л. Какова растворимость йода в хлороформе?

86. Какое количество йода останется в 100 мл водного раствора, который был насыщен при 25°С, после взбалтывания 100 мл сероуглерода? Растворимость йода в воде при 25°С равна 0,34 г/л. Коэффициент распределения йода между сероуглеродом и водой равен 590.

87. Коэффициент распределения йода между водой и четыреххлористым углеродом равен 0,012. Сколько йода можно извлечь из 0,5 л водного раствора содержащего 0,1 г йода, с помощью 50 мл четыреххлористого углерода?

88. К 500 мл раствора йода в эфире, содержащего 1,7272 г йода, прибавлено 200 мл раствора йода в глицерине, содержащего 2,0726 г йода. Определить молярность йода в равновесных растворах, если известно, что коэффициент распределения йода между глицерином и эфиром равен 0,2.

89. Коэффициент распределения HgBr2 между водой и бензолом равен 0,89 при 25°С. Сколько HgBr2 можно извлечь из 100 мл 0,01 –М водного раствора с помощью 300 мл бензола:

А) однократным извлечением,

Б) тремя последовательными извлечениями 100 мл бензола?

90. Определить, сколько воды потребуется для извлечения уксусной кислоты из 500 мл ее раствора в амиловом спирте, содержащего 0,1 моль кислоты, если концентрация ее в водном растворе должна быть доведена до 0,05 моль/л. Коэффициент распределения CH3COOH между амиловым спиртом и водой равен 0,914.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[А.Р.1]