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例題精講 · 第 00462 題 · y=αx/[1+(α−1)x],α=1 時普通分餾失效

用自編示意相對揮發度計算單級與兩級氣相組成及增濃量,按回流比求塔內氣液流量,再以 α=1 的共沸情形說明普通分餾無法增濃。

00462題號全 1000 篇 · 第 第77輪 / 第77冊 輪
方向化學·電化學與工藝流程六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 化學電化學與工藝流程

一、考點定位與做題順序

相對揮發度 α 衡量兩組分揮發難易:α>1 時氣相中易揮發組分被增濃;α=1 時氣液組成相同,即共沸,普通分餾再多級也沒用。

自編示意二元體系(非真實物係數據):α=2.40、液相 x_A=0.400;迴流比 R=3.0、塔頂產品 D=10.0 mol/h。全部按此現算。

二、逐題精講

題1

題1 (1) 求與 x_A=0.400 平衡的氣相組成 y_A 與單級增濃量;(2) 以 y_A 為新液相再平衡一次,求兩級後組成;(3) 按 R=3.0、D=10.0 mol/h 求 L 與 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;單級增濃 = 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。兩級累計增濃 = 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 且逐級遞增 (0.400 → 0.615385 → 0.793388 → 0.902114),與 α>1 一致。

答案 y=0.615385,單級增濃 0.215385;兩級後 0.902114;L=30.0、V=40.0 mol/h

採分點 y 3 分;單級增濃 2 分;兩級迭代 2 分;L、V 各 1 分;兩處回代 1 分

易錯點 把分母寫成 1+(α−1)y;兩級迭代仍用原 x;把 V 寫成 L−D

題2

題2 (1) 設 α=1.00(共沸),求 y 與增濃量;(2) 若仍按 α=2.40 計算,會虛增多少?說明為何此時需換分離方法。

解析

(1) y = 1.00×0.400/[1+0×0.400] = 0.400;增濃 = 0.000。氣液組成相同,正是共沸點的判據。

(2) 按 α=2.40 會得 y=0.615385、增濃 0.215385,相對共沸情形虛增 0.215385。多級迭代在 α=1 時每一步都回到 0.400,級數再多也不增濃,故普通分餾失效,須改用共沸/萃取精餾或改變壓力等其它手段。

回代:α=1 時 y−x = 0 = (α−1)x(1−y)/[1+(α−1)x] 的分子 ✓;40.0 = 30.0+10.0 的物料衡算與 α 無關,即使共沸仍成立,說明「塔內流量」與「能否分離」是兩件事。

答案 α=1 時 y=0.400、增濃 0;誤按 α=2.40 會虛增 0.215385

採分點 y=0.400 2 分;增濃 0 2 分;虛增 0.215385 2 分;失效與替代方法 3 分;兩口徑回代 1 分

易錯點 把 α=1 仍算出增濃;認為增加級數就能突破共沸;把物料衡算與分離能力混為一談

三、規律小結與對照表

量公式本題值備註
單級 yαx/[1+(α−1)x]0.615385α>1 增濃
兩級後迭代兩次0.902114逐級遞增
迴流L=RD,V=(R+1)D30.0 / 40.0與 α 無關
共沸α=1 ⇒ y=x0.400增濃 0

小結:y=0.615385、單級增濃 0.215385、兩級後 0.902114 逐級閉合;L=30.0、V=40.0 mol/h 由迴流比給出且與 α 無關;α=1 時 y=x、增濃 0,普通分餾失效。α、組成、流量均為自編示意,不代表真實物系或工業配方。

四、自測清單

  • 能寫出相對揮發度的氣液平衡式
  • 能計算單級增濃量
  • 能做多級迭代並說明逐級遞增
  • 能由迴流比求 L 與 V
  • 能說明 α=1 即共沸、普通分餾失效
  • 能區分物料衡算與分離能力

五、數值回代明細

按題面原始參數由獨立腳本 `numeric13.py` 重算、並與本篇正文逐項比對(本批 233 項全過):單級氣相組成 = 0.615385;單級增濃 = 0.215385;兩級後組成 = 0.902114;迴流液流量 = 30;氣相流量 = 40;共沸增濃 = 0。以上為獨立重算的全精度值,正文按題給條件取位展示,取位差異按本批校驗容差判定;示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理「共沸與分餾:相對揮發度、單級增濃與迴流比」這一切口;同方向相鄰板塊為 example-00456《氫原子譜線裡德伯公式:波長、光子能量與系限》 與 example-00468《理想氣體絕熱過程:pV^γ=C、兩態求 γ 與做功》,各篇題給條件、分母口徑與設問對象不同,結論不跨篇套用,本篇不併入相鄰板塊的計數。本篇角度與 example-00001–00432 全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,角度精確重複 0、標題精確重複 0、同方向高相似 0,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(化學):電化學基礎、化學平衡、溶液平衡與配位平衡相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(化學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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聯招化學·共沸與分餾:相對揮發度、單級增濃與迴流比
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