Seminarium 1 Flashcards
1.1
Besvara nedanstående uppgifter med hjälp av fasdiagrammet LiCl – BeCl2 vid 1 atm.
a) Ange vilka faser som finns i prov med sammansättningar och temperaturer markerade i
diagrammet (punkt 1 - 4)!
b) Ange föreningens (”intermediära” fasens) sammansättning i viktsprocent!
c) Ange den peritektiska temperaturen!
d) Vid vilken temperatur börjar ett från början helt stelnat prov med 80 mol% BeCl2 att
smälta? Vid vilken temperatur är det helt smält? Ange jämviktsfasernas sammansättning i
mol% vid båda temperaturerna!
1.1.
a)
1: vätska (1 fas)
2: LiCl(s) i jämvikt med vätska
3: Li2BeCl4(s) i jämvikt med vätska
4: Li2BeCl4(s) i jämvikt med BeCl2(s)
b) 49 vikts%.
M(BeCl2) =79.91g/mol; M(LiCl) = 42.39 g/mol
33.3… mol% BeCl2 ↔ 1𝑚𝑜𝑙 𝐵𝑒𝐶𝑙2 / 1𝑚𝑜𝑙 𝐵𝑒𝐶𝑙2+2𝑚𝑜𝑙 𝐿𝑖𝐶𝑙 ↔ 79.91𝑔 𝐵𝑒𝐶𝑙2 / 79.91𝑔 𝐵𝑒𝐶𝑙2+2∙42.39𝑔 𝐿𝑖𝐶𝑙 = 0.485
c) 360 °C
d) Börjar smälta vid 300 °C (eutektiska temperaturen). Fasernas sammansättning (mol%
BeCl2): Li2BeCl4(s) (33.3); vätskan (58); BeCl2(s) (100).
Helt smält vid 370 °C. Fasernas sammansättning (mol% BeCl2): vätskan (80); BeCl2(s)
(100).
1.2
Besvara följande frågor med hjälp av nedanstående fasdiagram över vattenångtrycket i
systemet CuSO4 – vatten. XH2O är molbråket för vatten.
a) 50 g vattenfritt kopparsulfat försätts med 10 g vatten. Vilket vattenångtryck får man i
systemet när det kommer till jämvikt vid 25 °C? Vilka kondenserade faser har man då?
b) Ett prov innehåller 20 g CuSO4 och 0.5 g vatten (slutet system). Ange sammansättningen
på de fasta faser som finns i provet vid 25 °C.
c) Vilken är den minsta mängden vatten (i gram) som måste tillsättas till 5 g CuSO4 för att
vattenångtrycket ska överstiga 10 mbar?
Vattenångtryck hos systemet CuSO4 – H2O vid 25 °C. l betecknar flytande lösning. 5, 3, 1, 0 betecknar
antal H2O per CuSO4 i de fasta faserna. Linjen ”1 + 0” har höjts för att tydligt skilja sig från x-axeln.
1.2.
a) Sammansättningen motsvarar formeln CuSO4 × 1.8 H2O. Det innebär att man vid jämvikt har en blandning mellan hydraten CuSO4 × H2O (s) och CuSO4 × 3 H2O (s) och vattenångtrycket är 7 mbar. Dessa salthydrat utgör systemets kondenserade faser (en tredje fas är ångan som inte är en kondenserad fas).
b) Molmassa CuSO4: 159.62 g/mol; Molmassa H2O: 18.02 g/mol
Molbråk H2O = XH2O=0.5g/18.02 / (0.5g/18.02 + 20/159.62)=0.1813
Diagrammet visar att vid detta molbråk innehåller systemet tre faser: ånga + CuSO4 (s) + CuSO4 × H2O (s). De fasta fasernas sammansättning är, uttryckt i molbråket för vatten, 0 respektive 1/2.
c) Diagrammet visar att ångtrycket > 10 mbar när de kondenserade faserna totalt sett innehåller minst 3 mol H2O per mol CuSO4. 5 g CuSO4 innehåller 5/159.62 mol=0.0313 mol. Minsta mängden vatten är då 3×0.0313 mol=0.0940 mol, vilket motsvarar 18.02×0.0940g=1.7
g.
1.3
Lös följande uppgifter med hjälp av nedanstående fasdiagram för vatten – NaCl.
a) Ange den peritektiska temperaturen!
b) Vid vilken temperatur börjar ett från början helt stelnat prov med 10 vikts % NaCl att
smälta och vid vilken temperatur är det helt smält?
c) Ange molförhållandet mellan vatten och NaCl i den intermediära fasen i diagrammet!
d) Antag att temperaturen hålls konstant vid -10 °C. Vilken är den minsta mängd vatten (i
gram) som måste tillsättas till 1 gram NaCl för att provet ska bestå av enbart vätska?
e) Ange vid vilken temperatur ett prov med 50 vikts % vatten börjar smälta och skriv den
fasomvandlingsreaktion som sker.
f) Förklara fenomenet ”fryspunktsnedsättning”, dvs. varför vätskans fryspunkt sjunker med
ökad halt NaCl.
1.3.
a) 0 ̊C
b) Börjar smälta vid -21 ̊C. Helt smält vid -7 ̊C.
c) Intermediär fas (I.F.) innehåller 38 w% NaCl.
1 g prov innehåller 0.38 g NaCl 0.38 g /(58 g/mol) = 0.00655 mol NaCl
och 0.62 g H2O 0.62 g /(18 g/mol) = 0.0344 mol H2O
—> 0.0344/0.00655 ≈ 5 H2O per NaCl
d) Helt smält vid 23 wt% NaCl, 77 wt% H2O
0.77 = m/(m + 1g) = m = 0.77 / 0.23 = 3.3 g
e) 0 ̊C. Fasomvandlingsreaktion: I.F.(s) —> (l) + NaCl(s) (peritektisk reaktion)
f) När vätskan fryser stelnar ren is ut. Processen leder alltså till att vatten ”sorteras” bort från lösningen som i sin tur blir mer koncentrerad med avseende på NaCl. Sänkningen av systemets entropi som detta innebär undviks så länge båda komponenterna helt och hållet finns i vätskan, vilket förklarar varför fryspunkten sjunker med ökad koncentration (för koncentrationer upp till den eutektiska punkten).
1.4
Lös följande uppgifter med hjälp av fasdiagrammet etanol – bensen. Sammansättningen är
given i molbråk.
a) Ange bensens kokpunkt!
b) Vid vilken temperatur kokar en blandning innehållande 10 % bensen och vilken
sammansättning har då gasen?
c) Vilken är den maximala halt etanol som kan fås fram vid fraktionerad destillation av en
blandning innehållande 90 % bensen?
d) Vid vilken temperatur börjar kondensation äga rum om temperaturen sänks för en
gasblandning där molbråket för bensen är 0.7? Vad är molbråket för etanol i kondensatet vid
denna temperatur?
e) Betrakta blandningar med molbråken 0.1och 0.3 för bensen vid 70 °C. Beskriv för båda
blandningarna vilka faser som finns i jämvikt och ange molbråk för bensen i dessa faser!
f) Kan ren etanol teoretiskt erhållas genom fraktionerad destillation ur en lösning innehållande
30 mol% bensen?
1.4.
a) 80 ̊C
b) 72 ̊C, Xbensen=0.31
c) 45% etanol
d) 71.5 °C, Xetanol = 0.08
e) Xbensen(totalt) = 0.1 —> Vätska med Xbensen = 0.1
Xbensen(totalt) = 0.3 —> Vätska med Xbensen = 0.17 i jämvikt med gas med Xbensen = 0.40
f) Ja
1.5
Lös följande uppgifter med hjälp av fasdiagrammet för LiCl - CaCl2.
a) Ange smältpunkten för CaCl2!
b) Antag att temperaturen är 550 °C. Inom vilket/vilka koncentrationsintervall bildar blandningar av LiCl och CaCl2 fasta en-fasprover som innehåller mer LiCl än CaCl2.
c) Beskriv de fasomvandlingar ett prov med sammansättningen 80 vikts-% CaCl2 genomgår om det sakta och gradvis värms från 400 till 800 °C.
d) Bildar LiCl och CaCl2 någon förening (intermediär fas)?
1.5.
a) 775 ̊C
b) 0 - 20 vikts% CaCl2
c) Vid 400 ̊C består provet av två faser: de fasta lösningarna s1 och s2 (som båda innehåller LiCl och CaCl2).
400 – 495 ̊C: Viktsandelen s2 ökar aningen med ökande temperatur samtidigt som
koncentrationen CaCl2 i s2 minskar och den i s1 ökar litet.
495 ̊C: Här sker eutektisk fasomvandlingsreaktion: s1 + s2 —> l
495 – 590 ̊C: Två-fasjämvikt mellan s2 och l. Med ökande temperatur minskar viktsandelen s2 samtidigt som koncentrationen CaCl2 i s2 ökar något och den i vätskan (l) ökar kraftigt. 590 – 800 ̊C: Hela provet är smält, dvs. består av en fas (l) och inga fasomvandlingar sker i
intervallet
d) Nej
1.6
a) Använd data i tabellen nedan för att skissa fasdiagrammen för H2O respektive CO2.
b) Vilken/vilka faser uppträder i systemen vid högre temperaturer än den vid kritiska
punkten?
c) Vad inträffar i respektive system när man vid atmosfärstryck ändrar temperaturen från -100
°C till +200 °C?
d) Betrakta H2O och CO2 vid sina trippelpunkter. Vilka faser är i jämvikt? Vad inträffar i
respektive system när man vid konstant temperatur ökar trycket? Förklara skillnaden mellan
ämnena i detta avseende!
1.6.
a)
b) Vid dessa temperaturer finns ingen jämvikt mellan gas och vätska. Ämnena kan komprimeras (dvs. trycket ökas) utan att kondensera till vätska.
c) Eftersom trippelpunktstrycket i systemet H2O är lägre än atmosfärstrycket kommer H2O att såväl smälta som förångas. Trippelpunktstrycket i systemet CO2 är högre än atmosfärstrycket och CO2 kommer därför att omvandlas från fast ämne till gas (utan att smälta).
d) Systemet CO2 övergår i fast fas, H2O i flytande fas. Lutningen på kurvan för jämvikt mellan fast och flytande tillstånd avgör. Kurvans lutning för CO2 innebär att flytande CO2 stelnar (bildar kristaller) när ämnet komprimeras tillräckligt mycket vid konstant temperatur (logiskt). Lutningen för H2O innebär att is smälter när det komprimeras tillräckligt mycket. Detta kan inses eftersom vi vet att is har lägre densitet än flytande vatten (endast några få kända ämnen har denna egenskap).
