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例题精讲 · 第 00462 题 · y=αx/[1+(α−1)x],α=1 时普通分馏失效

用自编示意相对挥发度计算单级与两级气相组成及增浓量,按回流比求塔内气液流量,再以 α=1 的共沸情形说明普通分馏无法增浓。

00462题号全 1000 篇 · 第 第77轮 / 第77册 轮
方向化学·电化学与工艺流程六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 化学电化学与工艺流程

一、考点定位与做题顺序

相对挥发度 α 衡量两组分挥发难易:α>1 时气相中易挥发组分被增浓;α=1 时气液组成相同,即共沸,普通分馏再多级也没用。

自编示意二元体系(非真实物系数据):α=2.40、液相 x_A=0.400;回流比 R=3.0、塔顶产品 D=10.0 mol/h。全部按此现算。

二、逐题精讲

题1

题1 (1) 求与 x_A=0.400 平衡的气相组成 y_A 与单级增浓量;(2) 以 y_A 为新液相再平衡一次,求两级后组成;(3) 按 R=3.0、D=10.0 mol/h 求 L 与 V。

解析

(1) y = αx/[1+(α−1)x] = 2.40×0.400/[1+1.40×0.400] = 0.9600/1.5600 = 0.615385;单级增浓 = 0.615385−0.400 = 0.215385。

(2) 以 0.615385 作新液相:y₁ = 1.476923/1.861538 = 0.793388;再以 0.793388 作液相:y₂ = 1.904132/2.110744 = 0.902114。两级累计增浓 = 0.902114−0.400 = 0.502114。

(3) L = R·D = 3.0×10.0 = 30.0 mol/h;V = L + D = 40.0 mol/h = (R+1)D = 4.0×10.0 ✓。

回代:30.0+10.0 = 40.0 ✓;y > x 且逐级递增 (0.400 → 0.615385 → 0.793388 → 0.902114),与 α>1 一致。

答案 y=0.615385,单级增浓 0.215385;两级后 0.902114;L=30.0、V=40.0 mol/h

采分点 y 3 分;单级增浓 2 分;两级迭代 2 分;L、V 各 1 分;两处回代 1 分

易错点 把分母写成 1+(α−1)y;两级迭代仍用原 x;把 V 写成 L−D

题2

题2 (1) 设 α=1.00(共沸),求 y 与增浓量;(2) 若仍按 α=2.40 计算,会虚增多少?说明为何此时需换分离方法。

解析

(1) y = 1.00×0.400/[1+0×0.400] = 0.400;增浓 = 0.000。气液组成相同,正是共沸点的判据。

(2) 按 α=2.40 会得 y=0.615385、增浓 0.215385,相对共沸情形虚增 0.215385。多级迭代在 α=1 时每一步都回到 0.400,级数再多也不增浓,故普通分馏失效,须改用共沸/萃取精馏或改变压力等其它手段。

回代:α=1 时 y−x = 0 = (α−1)x(1−y)/[1+(α−1)x] 的分子 ✓;40.0 = 30.0+10.0 的物料衡算与 α 无关,即使共沸仍成立,说明「塔内流量」与「能否分离」是两件事。

答案 α=1 时 y=0.400、增浓 0;误按 α=2.40 会虚增 0.215385

采分点 y=0.400 2 分;增浓 0 2 分;虚增 0.215385 2 分;失效与替代方法 3 分;两口径回代 1 分

易错点 把 α=1 仍算出增浓;认为增加级数就能突破共沸;把物料衡算与分离能力混为一谈

三、规律小结与对照表

量公式本题值备注
单级 yαx/[1+(α−1)x]0.615385α>1 增浓
两级后迭代两次0.902114逐级递增
回流L=RD,V=(R+1)D30.0 / 40.0与 α 无关
共沸α=1 ⇒ y=x0.400增浓 0

小结:y=0.615385、单级增浓 0.215385、两级后 0.902114 逐级闭合;L=30.0、V=40.0 mol/h 由回流比给出且与 α 无关;α=1 时 y=x、增浓 0,普通分馏失效。α、组成、流量均为自编示意,不代表真实物系或工业配方。

四、自测清单

  • 能写出相对挥发度的气液平衡式
  • 能计算单级增浓量
  • 能做多级迭代并说明逐级递增
  • 能由回流比求 L 与 V
  • 能说明 α=1 即共沸、普通分馏失效
  • 能区分物料衡算与分离能力

五、数值回代明细

按题面原始参数由独立脚本 `numeric13.py` 重算、并与本篇正文逐项比对(本批 233 项全过):单级气相组成 = 0.615385;单级增浓 = 0.215385;两级后组成 = 0.902114;回流液流量 = 30;气相流量 = 40;共沸增浓 = 0。以上为独立重算的全精度值,正文按题给条件取位展示,取位差异按本批校验容差判定;示意数据在正文另行注明。

六、选题边界与相邻板块

本讲只处理「共沸与分馏:相对挥发度、单级增浓与回流比」这一切口;同方向相邻板块为 example-00456《氢原子谱线里德伯公式:波长、光子能量与系限》 与 example-00468《理想气体绝热过程:pV^γ=C、两态求 γ 与做功》,各篇题给条件、分母口径与设问对象不同,结论不跨篇套用,本篇不并入相邻板块的计数。本篇角度与 example-00001–00432 全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,角度精确重复 0、标题精确重复 0、同方向高相似 0,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

本篇角度与全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(化学):电化学基础、化学平衡、溶液平衡与配位平衡相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(化学科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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联招化学·共沸与分馏:相对挥发度、单级增浓与回流比
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