题目
某二元系统,汽相可视为理想气体,液相为非理想溶液,溶液的超额Gibbs函数的表达式为=B·x1·x2(其巾B是常数,未知)。在某一温度下,该系统有一恒沸点,恒沸组成是x1=0.8023,恒沸压力是63.24kPa,该温度下纯组分1,2的饱和蒸气压分别为,试求该二元系统在此温度下,当x1=0.40时的汽相组成与平衡压力。1、某二元系统,汽相可视为理想气体,液相为非理想-|||-溶液,溶液的超额Gibbs函数的表达式为。在某一温度-|||-下,该系统有恒沸点,恒沸组成是 _(1)=0.8002, 恒沸压-|||-力是63.34kPa,该温度下纯组分1,2的饱和蒸汽压分-|||-别为 =58.5kPa, =17.6kPa, 试求该二元系统在此温度-|||-下,当 =0.4 时的汽相组成与平衡压力。
某二元系统,汽相可视为理想气体,液相为非理想溶液,溶液的超额Gibbs函数的表达式为=B·x1·x2(其巾B是常数,未知)。在某一温度下,该系统有一恒沸点,恒沸组成是x1=0.8023,恒沸压力是63.24kPa,该温度下纯组分1,2的饱和蒸气压分别为,试求该二元系统在此温度下,当x1=0.40时的汽相组成与平衡压力。
题目解答
答案
又共沸点须满足关系:x1=y1=0.8023,z2=y2=0.1977
则 x1=0.8023,解得:B=2.0
当x1=0.40时,γ1=2.051,γ2=1.376,则
B·x1·x2=58.5×0.4×2.051+17.6×0.6×1.376=62.52(kPa)
平衡压力:62.52(kPa)
解析
步骤 1:确定恒沸点条件
在恒沸点,汽相和液相的组成相同,即 $x_1 = y_1 = 0.8023$,$x_2 = y_2 = 0.1977$。根据Raoult定律,恒沸压力 $P_{\text{total}}$ 可以表示为:
$$
P_{\text{total}} = \gamma_1 P_1^0 x_1 + \gamma_2 P_2^0 x_2
$$
其中,$\gamma_1$ 和 $\gamma_2$ 分别是组分1和组分2的活度系数,$P_1^0$ 和 $P_2^0$ 分别是组分1和组分2的饱和蒸气压。
步骤 2:计算活度系数
根据超额Gibbs函数的表达式 $G_{\text{ex}} = B x_1 x_2$,可以得到活度系数的表达式:
$$
\gamma_1 = \exp\left(\frac{\partial G_{\text{ex}}}{\partial n_1}\right) = \exp(B x_2)
$$
$$
\gamma_2 = \exp\left(\frac{\partial G_{\text{ex}}}{\partial n_2}\right) = \exp(B x_1)
$$
将恒沸点的组成代入,得到:
$$
\gamma_1 = \exp(B \times 0.1977)
$$
$$
\gamma_2 = \exp(B \times 0.8023)
$$
步骤 3:求解常数B
将恒沸点的条件代入恒沸压力的表达式,得到:
$$
63.24 = \exp(B \times 0.1977) \times 58.5 \times 0.8023 + \exp(B \times 0.8023) \times 17.6 \times 0.1977
$$
解这个方程,得到 $B = 2.0$。
步骤 4:计算当 $x_1 = 0.40$ 时的汽相组成与平衡压力
将 $B = 2.0$ 代入活度系数的表达式,得到:
$$
\gamma_1 = \exp(2.0 \times 0.60) = 2.051
$$
$$
\gamma_2 = \exp(2.0 \times 0.40) = 1.376
$$
根据Raoult定律,平衡压力 $P_{\text{total}}$ 可以表示为:
$$
P_{\text{total}} = \gamma_1 P_1^0 x_1 + \gamma_2 P_2^0 x_2
$$
将 $x_1 = 0.40$,$x_2 = 0.60$ 代入,得到:
$$
P_{\text{total}} = 2.051 \times 58.5 \times 0.40 + 1.376 \times 17.6 \times 0.60 = 62.52 \text{kPa}
$$
根据杠杆规则,汽相组成 $y_1$ 可以表示为:
$$
y_1 = \frac{\gamma_1 P_1^0 x_1}{P_{\text{total}}}
$$
将 $P_{\text{total}} = 62.52$ 代入,得到:
$$
y_1 = \frac{2.051 \times 58.5 \times 0.40}{62.52} = 0.768
$$
$$
y_2 = 1 - y_1 = 0.232
$$
在恒沸点,汽相和液相的组成相同,即 $x_1 = y_1 = 0.8023$,$x_2 = y_2 = 0.1977$。根据Raoult定律,恒沸压力 $P_{\text{total}}$ 可以表示为:
$$
P_{\text{total}} = \gamma_1 P_1^0 x_1 + \gamma_2 P_2^0 x_2
$$
其中,$\gamma_1$ 和 $\gamma_2$ 分别是组分1和组分2的活度系数,$P_1^0$ 和 $P_2^0$ 分别是组分1和组分2的饱和蒸气压。
步骤 2:计算活度系数
根据超额Gibbs函数的表达式 $G_{\text{ex}} = B x_1 x_2$,可以得到活度系数的表达式:
$$
\gamma_1 = \exp\left(\frac{\partial G_{\text{ex}}}{\partial n_1}\right) = \exp(B x_2)
$$
$$
\gamma_2 = \exp\left(\frac{\partial G_{\text{ex}}}{\partial n_2}\right) = \exp(B x_1)
$$
将恒沸点的组成代入,得到:
$$
\gamma_1 = \exp(B \times 0.1977)
$$
$$
\gamma_2 = \exp(B \times 0.8023)
$$
步骤 3:求解常数B
将恒沸点的条件代入恒沸压力的表达式,得到:
$$
63.24 = \exp(B \times 0.1977) \times 58.5 \times 0.8023 + \exp(B \times 0.8023) \times 17.6 \times 0.1977
$$
解这个方程,得到 $B = 2.0$。
步骤 4:计算当 $x_1 = 0.40$ 时的汽相组成与平衡压力
将 $B = 2.0$ 代入活度系数的表达式,得到:
$$
\gamma_1 = \exp(2.0 \times 0.60) = 2.051
$$
$$
\gamma_2 = \exp(2.0 \times 0.40) = 1.376
$$
根据Raoult定律,平衡压力 $P_{\text{total}}$ 可以表示为:
$$
P_{\text{total}} = \gamma_1 P_1^0 x_1 + \gamma_2 P_2^0 x_2
$$
将 $x_1 = 0.40$,$x_2 = 0.60$ 代入,得到:
$$
P_{\text{total}} = 2.051 \times 58.5 \times 0.40 + 1.376 \times 17.6 \times 0.60 = 62.52 \text{kPa}
$$
根据杠杆规则,汽相组成 $y_1$ 可以表示为:
$$
y_1 = \frac{\gamma_1 P_1^0 x_1}{P_{\text{total}}}
$$
将 $P_{\text{total}} = 62.52$ 代入,得到:
$$
y_1 = \frac{2.051 \times 58.5 \times 0.40}{62.52} = 0.768
$$
$$
y_2 = 1 - y_1 = 0.232
$$