FÁZOVÉ ROVNOVÁHY - Řešení a
Úkol č. 11.1
Načrtněte závislost tlaku čistých par na složení neomezeně mísitelné směsi dvou kapalin A a B za konstantní teploty a předpokladu ideálního chování, tj. Raoultův zákon.
Řešení: Raoult: pa = xapa*, pb - xbpb*, Dalton: p = pa + pb
p/kPa .-.
Úkol č. 11.2
Načrtněte závislost tlaku čistých par na složení neomezeně mísitelné směsi dvou kapalin A a B za konstantní teploty a předpokladu ideálního chování s odchylkami od Raoultova zákona. Vyznačte Henryho konstanty.
Řešení:
p/kPa _
Úkol č. 11.3
Načrtněte izobarický a izotermický fázový diagram pro neomezeně mísitelnou směs kapalin A a B, které splňuji Raoultův zákon s odchylkami od ideálního chováni. Oba diagramy popište a diskutujte v Čem se liší. Která ze složek je těkavější a co to znamená pro tenzi par?
Řešeni:
Úkol č. 11. 4
	0.0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0
pu/kPa	0.0	4.7	10.9	18.9	29.2	39.1
/>A/kPa	46.3	36.0	24.7	13.6	4.9	0.0
Níže je sestrojen graf závislosti tlaku nasycených par na složení kapaliny pro směs acetonu (A) a chloroformu (B) při teplotě 35 °C. Určete tenzi nasycených par pro čisté látky. Určete celkový tlak ekvimolární směsi z grafu a porovnejte jej s hodnotou vypočtenou z Raoultova zákona. O kolik % se liší reálná soustava od ideální?
Řešení: Odečítáme z grafu: pa = 46.3 kPa,/V = 39.1 kPa
ekvimolární: xa = 0.5, xb = 0.5 ... p = xapa* + xbpb* = 42.7 kPa (100 %) je celkový tlak, bude-li se směs chovat ideálně.
Směs se ovšem ideálně nechová, a tak celkový tlak odpovídá hodnotě přibližně 33.5 kPa (78 %), což je o 22 % nižší tlak oproti ideálnímu.
50,0
0      0,1     0,2    0,3     0,4     0,5     0,6     0,7     0,8     0,9 1
Úkol č. 11. 5
ŕ/°C	110.9	112.0	114.0	115.8	117.3	119.0	120.0	123.0
Xj	0.908	0.795	0.615	0.527	0.408	0.300	0.203	0.097
Vi	0.923	0.836	0.698	0.624	0.527	0.410	0.297	0.164
Z výše uvedených experimentálních údajů je níže sestrojen fázový diagram pro směs oktanu (O) a toluenu (T). Odhadněte teploty varu čistých látek. Dále určete, která z látek je těkavější. Odhadněte složení páry, jestliže kapalina má složení xt = 0.25 a pro xo = 0.25. Znázorněte proces frakční destilace při počátečním složení xt = 0.50, bude-li účinnost frakční kolony tři teoretická patra. Při jaké teplotě začne směs vřít? Pro každý krok znázorněte vypařování a kondenzaci a zapište složení toluenu v obou fázích.
12.6
f/°C
□     o,i    0,2    o,3    0,4    o,5    o,6    0,7   0,8    0,9 1
Řešení: Tv (toluen) = 110.6 °C, Tv (oktan) = 125.6 °C ... toluen je těkavější, neboť má nižší teplotu varu (vyšší tenzi nasycených par)
Složení páry: pro xt = 0.25 je vt = 0.36; pro xo = 0.25 jeyo = 0.82
Odhadování je subjektivní, např. pro xt = 0.50 je vt = 0.605
pro xt = 0.605 je vt = 0.695
pro xt = 0.695 je vt = 0.76
Úkol č. 11. 6
Azeotropy patří k soustavám, které nesplňují Raoultův zákon. Z izobarického fázového diagramu HNO3-H2O odečtěte body varu čisté kyseliny a vody a bod varu a složení v maximu teploty varu této směsi, která tvoří azeotrop. Co to je azeotrop? Jak by vypadal izotermický fázový diagram?
hno3 h20 120
ô
0 0)
3 100
1 o
CL
E
r- so 60
100 80 60 40 20 0
hn03(wt%)
Řešení: Směs tvoří azeotrop právě tehdy, když je složení plynné fáze stejné jako kapalné. Složky nadále od sebe nelze destilací oddělit, čili další odpařování nevede ke změnám složení.
Úkol C. 11. 7 (Řešení 7 - 11 v C4040_ll_R_b)
Na obrázku je neúplný fázový diagram směsi látek A a B.
a) Popište svislou osu, identifikujte body Yi a Y2 a rozhodněte, která z látek A a B je těkavější.
b) Jaká stavová veličina je v tomto případě konstantní?
c) Bude-li se hodnota veličiny na svislé ose zvyšovat, bude systém postupně procházet stavy, které odpovídají bodům A-E. Určete, v jakém skupenství se směs bude nacházet, jaký bude poměr látkových množství v obou fázích a složení obou fází v jednotlivých bodech.
Y2
Y
0
0,50 0,57 0,74 0,80 0
;90
'1
molární zlomek A
Úkol č. 11.8
Na obrázku je neúplný fázový diagram směsi látek A a B.
0   0,17 0,32   0,53   0,76 0,92 1 molární zlomek A
a) Popište svislou osu, identifikujte body Yi a Y: a rozhodněte, která z látek A a B je těkavější.
b) Jaká stavová veličina je v tomto případě konstantní?
c) Bude-li se hodnota veličiny na svislé ose zvyšovat, bude systém postupně procházet stavy, které odpovídají bodům A-E. Určete, v jakém skupenství se směs bude nacházet, jaký bude poměr látkových množství v obou fázích a složení obou fází v jednotlivých bodech.
Ukol č. 11. 9
Na obrázku je neúplný izobarický fázový diagram směsi látek A a B.
0 0,51 0,60 0,72 0,911
molární zlomek A
a) Popište svislou osu, identifikujte body Yi a Y2 a rozhodněte, která z látek A a B je těkavější.
b) Jaká stavová veličina je v tomto případě konstantní?
c) Určete, jakým skupenství odpovídají plochy oddělené křivkami.
d) Popište, jak se během destilace bude měnit složení jímané směsi, pokud je molární zlomek látky A na začátku roven 0,91 a vysvětlete, proč destilací této směsi nelze získat čistou látku B.
Úkol č. 11.10
Na obrázku je neúplný izobarický fázový diagram směsi látek A a B.
0,50 0,60 0,68    0,85 ,
molární zlomek A
r
PS2019 Přírodovědecká fakulta MU   Ustav chemie
Seminární cvičení č. 11       C4040 Fyzikální chemie II seminář
a) Popište svislou osu, identifikujte body Yi a Y2 a rozhodněte, která z látek A a B je těkavější.
b) Jaká stavová veličina je v tomto případě konstantní?
c) Určete, jakým skupenství odpovídají plochy oddělené křivkami.
d) Popište, jak se během destilace bude měnit složení směsi v destilační baňce, pokud je molární zlomek látky A na začátku roven 0,65 a vysvětlete, proč destilací této směsi nelze získat čistou látku B.
Úkol č. 11.11
Z fázového diagramu Bi-Sn odečtěte body tání čistého Bi a Sn a bod tání a složení eutektika. Co to je eutektikum?
300
250
teplota rc
200
Stránka 7 z 7