nпара/nжид = EL/KE = (55-50)/(85 -55 )= 1/6

4. а) 3аданный массовый состав системы 80 кг HNO₃ и 20 кг H₂О пересчитывается на мольный состав. Для этого определим число молей каждого компонента в системе:

·

·

Тогда мольные доли компонентов в системе:

· ,

·

Заданный массовый состав соответствует 53мол. % HNO₃ и 47мол. % H₂О.

б) Так как заданный состав смеси находится слева от азеотропной точки, то выделить ректификацией в чистом виде можно только азотную кислоту. Вся вода ( 1, 11моль )перейдет в азеотропную смесь с молярным содержанием 61, 7мол% Н₂О. Остальные 38, 3 мол. % в азеотропном растворе составит азотная кислота. Рассчитаем количество HNO₃ в азеотропе, если

Отсюда:

Следовательно, в азеотроп перейдет 0, 689моль азотной кислоты, а в чистом виде можно выделить: 1, 27 - 0, 689 = 0, 581 кмоль, или

в) Исходная смесь беднее водой, чем азеотропная. Следовательно, необходимо добавлять к системе воду, чтобы получить из исходной смеси азеотропную. Так как добавляется вода, количество азотной кислоты остается без изменений - 1, 27 кмоль. Рассчитывается количество воды в азеотропной смеси:

Отсюда:

В растворе имеется 1, 11 кмоль воды. Следовательно, добавить необходимо 2, 05 - 1, 11 = 0, 94 кмоль, или

Задача 2

На основании данных о температурах начала и конца равновесной кристаллизации различных по составу сплавов двухкомпонентной системы Сu − Аg, построить диаграмму плавкости указанной системы при постоянном давлении р = 1, 013 10⁵ н/м².

Определите по диаграмме: при какой температуре начнет кристаллизоваться сплав, содержащий 70 мол. % Сu, каков состав выпавших кристаллов, при какой температуре он закристаллизуется полностью, каков состав исчезающей жидкости? Запишите в виде уравнений схему процесса кристаллизации и зарисуйте его кривую охлаждения, укажите вариантность системы.

Определите по диаграмме: при какой температуре начнется плавление сплава, содержащего 15 мол. % Сu, при какой температуре он полностью расплавится и каков состав исчезающих кристаллов? Покажите на диаграмме стрелками изменение состава фаз в процессе плавления.

2. Анализ фазовых превращений

Для определения температуры начала кристаллизации системы, содержащей 70 мольн. % Сu (и 30 мол. % Ag), необходимо найти точку пересечения перпендикуляра, соответствующего данному составу, с линией ликвидус (фигуративную точку f ). Температура, соответствующая этой точке ( 1175К ) и есть температура начала кристаллизации. Согласно данной диаграмме из расплава выпадают кристаллы меди.

Полностью сплав, содержащий 70 мольн. % Сu, закристаллизуется при эвтектической температуре – 1050К. Состав исчезающей жидкости имеет эвтектический состав L_E , характеризующийся точкой Е (Сu − 33 моль. %, Аg− 67 моль. % ).

Из этого расплава одновременно кристаллизуются две твердые фазы: медь и серебро в виде твердой эвтектики.

Таким образом, заданный сплав кристаллизуется в две стадии:

1) L→ кр Cu (в интервале температур 1175 − 1050К )

2) L_Е→ кр. Cu + кр Ag (при постоянной температуре 1050К ).

Кривая охлаждения данного сплава представлена на рис. 5. 4.

Рис. 5. 4

Вариантность системы, рассчитанная по правилу Гиббса ( С=3-Ф ), для фазовых полей L и кр. Cu +кр. Ag - С=2, для фазовых полей L+кр. Cu и L+кр. Ag – C=1. В первом случае можно менять в определенных пределах оба параметра (состав и температура), во втором случае только один параметр (например, температура) без изменения вида и числа фаз в указанной системе. Состав фаз определяется по линиям ликвидуса и солидуса.

Плавление сплава, содержащего 15 мол. % Cu и, соответственно, 85 мол. % Ag начнется при температуре эвтектики 1050К: появится расплав эвтектического состава L_E , соответствующий точке Е (Сu − 33 моль. %, Аg− 67 моль. % ). Это трехфазное превращение кр. Cu + кр Ag → L_Е происходит при постоянной температуре до тех пор, пока не исчезнут все кристаллы меди. Далее температура повышается, плавятся оставшиеся кристаллы серебра кр Ag → L. Полностью они исчезнут при температуре ликвидус: 1120 К.

Какой компонент и в каком количестве выкристаллизуется, если 5 кг расплава, содержащего 85мол. % Ag, (диаграмма плавкости на рис. 5. 5) охладить до 1070К?

Рис. 5. 5.

Решение:

Исходная система при температуре 1070К обозначена на диаграмме точкой О, которая лежит в двухфазной области: L+кр. Ag.

Для определения состава и количества фаз в этой области необходимо через точку О провести конноду ( mn ). Концы этой конноды показывают, что при температуре 1070К система состоит из расплава, состав которого определяется проекцией точки m на ось концентраций (Ag =75 моль. % ), и кристаллов, состав которых определяется проекцией точки n (Ag =100 моль. % ). Таким образом, из расплава кристаллизуется чистое серебро.

Для определения количества кристаллов Ag при температуре 1070К воспользуемся правилом рычага, согласно которому отношение отрезка оm к отрезку nо соответствует отношению количества твердой фазы к количеству расплава.

Так как состав системы Ag − Cu выражен в молярных процентах, то сначала массу исходного расплава ( 5кг ) выразим в киломолях.

где: n –число кмолей, соответствующих 5кг расплава,