题目
6.4 已知Na2 CO3(s )和H2O(1)可以生成三种水合盐:Na 2CO3·H2O(s),N a2CO3·7H2O(s )和-|||-Na2CO3·10H2O(s ),试求:-|||-(1)在常压下,与Na2 CO3水溶液和冰平衡共存的水合盐的最大数量;-|||-(2)在298K时,与水蒸气平衡共存的水合盐的最大数量;-|||-(3)在常压下,与Na2 CO3水溶液和N a2CO3(s)平衡共存的水合盐是哪一种?
题目解答
答案
解析
本题考查相平衡中的相律应用及水合盐共存条件的判断。核心思路是通过相律公式 $f^*=C+1-\phi$ 分析不同条件下的自由度，确定最大相数。需注意：
- 组分数 $C$ 的确定：Na₂CO₃与H₂O的不同水合盐属于同一化学系统，故 $C=2$；
- 相数 $\phi$ 的计算：每种独立的水合盐固相、液相、气相等均计入相数；
- 自由度 $f^*$ 的限制：平衡条件下 $f^* \geq 0$，据此推导最大共存水合盐数量。
(1) 常压下与水溶液和冰共存的水合盐最大数量
- 已知相：Na₂CO₃水溶液（液相）、冰（固相），共 $\phi=2$；
- 相律：$f^*=C+1-\phi=2+1-2=1$；
- 自由度要求：$f^* \geq 0$，允许增加1个固相（水合盐），故最多共存 1种水合盐。
(2) 298K时与水蒸气共存的水合盐最大数量
- 已知相：水蒸气（气相）、液相、固相（水合盐），共 $\phi=3$；
- 相律：$f^*=C+1-\phi=2+1-3=0$；
- 自由度要求：$f^*=0$，允许增加2个固相（两种水合盐），故最多共存 2种水合盐。
(3) 与水溶液和无水Na₂CO₃共存的水合盐
- 相平衡规律：在溶液与无水物共存时，系统倾向于生成结晶水最少的水合盐（释放更多水降低化学势）；
- 结论：共存水合盐为 Na₂CO₃·H₂O。