4. Рассмотреть диаграмму растворимости по правилу фаз Гиббса, получив задание у преподавателя.

3. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 1. При смешивании n-нитрогидрохинона с водой произошло расслоение смеси на два раствора: раствор воды

вn-нитрогидрохиноне (раствор 1) и раствор n-нитрогидрохинона

вводе (раствор 2).

Составы растворов при различных значениях температуры приведены в табл. 2.

Таблица 2

1. Построить диаграмму растворимости системы n-нитрогид- рохинон — вода.

20

2.Проследить изменение фазового состояния при охлаждении системы, содержащей 50 % масс. воды при температуре 395. . .383 K.

3.Проверить применимость к данной системе правила прямолинейного диаметра Алексеева.

4.Определить массы равновесных фаз, на которые распадается

система, содержащая 50 % H2O, при температуре 383 K. Масса системы 0,2 кг.

Решение. 1. По табличным данным построим на миллиметровой бумаге диаграмму растворимости системы n-нитрогидрохи- нон — вода (рис. 4).

Кривая 1 выражает зависимость растворимости воды в n-нитрогидрохиноне от температуры, кривая 2 — зависимость растворимости n-нитрогидрохинона в воде. Критическая темпера-

Рис. 4. Диаграмма растворимости системы n-нитрогидрохинон — вода

21

тура системы равна 393 K. При температуре выше 393 K система находится в гомогенном состоянии независимо от соотношения компонентов.

2. При температуре T = 395 K система, содержащая 50 % H2O (точка a), находится в гомогенном состоянии (расслаивания не наблюдается). Проведем через точку a перпендикуляр к оси абсцисс. При охлаждении до температуры T = 392 K (точка a1 на кривой растворимости) начинается расслаивание смеси. Для определения составов растворов 1 и 2 проведем ноду через точку a1 — получим линию a1a2. Опустив перпендикуляры на ось абсцисс, найдем состав раствора 1 и раствора 2. Раствор 1: 50 % H2O, 50 % n-нитрогидрохинона. Раствор 2: 68 % H2O, 32 % n-нитрогидрохинона. При дальнейшем охлаждении растворимость компонентов изменяется. При температуре T = 383 K зафиксируем на кривой растворимости точку a3. Проведем ноду a3a4. При этой температуре состав раствора 1: 38 % H2O; состав раствора 2: 76 % H2O.

3.Найдем середины нод и через их центры проведем прямую линию. Если правило прямолинейного диаметра Алексеева соблюдается, то прямая пересечет кривую растворимости в критической точке K.

4.По правилу рычага найдем массы равновесных фаз, т. е. растворов 1 и 2, при температуре 383 K для исходной системы, содержащей 50 % H2O:

Пример 2. При смешивании 50 г жидкости А с 50 г воды смесь разделилась на два слоя, один из которых содержит 10 % воды, другой — 80 % воды. Определить массу каждой фазы.

Решение. Исходная смесь содержит 50 % масс. жидкости А и 50 % воды. Обозначим фазу, содержащую 10 % жидкости А, как

22

раствор 1, а содержащую 80 % жидкости А, — как раствор 2. По правилу рычага

mраствор = 100 г; m1 = 0,75(100 −m1); m1 = 42,86 г; m2 =

=100−42,86 = 57,14 г.

4.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1.Сформулируйте условия фазового равновесия. Какие процессы могут происходить в гетерогенной системе?

2.Рассмотрите общие условия равновесия в гетерогенной си-

стеме. Дайте определения фазы, числа независимых компонентов, вариантности системы. Сформулируйте правило фаз Гиббса.

3.Две жидкости обладают ограниченной взаимной растворимостью, причем взаимная растворимость уменьшается при повышении температуры. Изобразите диаграмму этой системы. Как называется критическая температура на этой диаграмме?

4.Что характеризует фазовая диаграмма? Рассмотрите виды

фазовых диаграмм для двух жидкостей с ограниченной взаимной растворимостью.

5.Какие точки называются сопряженными? Что называется нодой? Как по фазовой диаграмме определить составы равновесных фаз?

6.Сформулируйте правило прямолинейного диаметра Алексее-

ва. Как проверить его применимость? Для чего оно используется?

7.При смешивании 100 г анилина со 100 г воды смесь разделяется на два слоя, один из которых содержит 6 % анилина, другой — 88 % анилина. Определите массу каждого слоя.

8.При температуре 30 оС растворимость фенола в воде состав-

ляет 8 %, а растворимость воды в феноле — 30 %. Определите массы равновесных насыщенных растворов, полученных смешиванием 200 г фенола и 300 г воды.

23

9.Составы растворов м-фенилендиамина в бензоле (раствор 1)

ибензола в м-фенилендиамине (раствор 2), находящихся в равновесии, приведены в табл. 3.

Таблица 3

По экспериментальным данным:

1)построить диаграмму растворимости системы;

2)определить при температуре T = 325 K фазовый состав систем, содержащих:

а) 10 % бензола; б) 40 % бензола;

3)определить, как изменяется фазовый состав системы, содержащей 40 % бензола, при ее охлаждении от температуры 350 K до температуры 330 K?

4)проверить применимость к данной системе правила прямолинейного диаметра Алексеева;

5)найти массу бензола в растворах 1 и 2 при температуре 330 K, если исходная смесь содержит 40 % бензола. Масса системы 1 кг.

10.По экспериментальным данным, приведенным в табл. 4, построить диаграмму состояния системы жидкость А — вода по составам равновесных фаз.

Таблица 4

24