第15章相平衡体系热力学.ppt

2020 2 4 复旦大学化学系 1 物理化学 2020 2 4 复旦大学化学系 2 15 1相律 相 组分数和自由度 相律的推导 15 2单组分体系的相图 单组分体系相图的理论基础 相图实例 升华操作原理和水杨酸的升华提纯 二级相变 2020 2 4 复旦大学化学系 3 15 3二组分液固体系 液固体系相图 杠杆规则及其应用 溶解度曲线的计算 生成稳定和不稳定化合物的液固体系生成稳定化合物的体系生成不稳定化合物的体系 生成完全互溶的固溶体的液固体系 生成部分互溶的固溶体的液固体系 2020 2 4 复旦大学化学系 4 15 4二组分气液体系 理想溶液的气液体系 完全互溶的实际溶液的气液平衡 蒸馏 或精馏 原理t x y图的实验测定和蒸馏原理精馏的原理 2020 2 4 复旦大学化学系 5 15 5二组分液液体系 部分互溶体系 完全不互溶体系 15 6三组分体系 部分互溶的三液体系 固 固 液盐水体系 2020 2 4 复旦大学化学系 6 15 1相律相平衡 相图 相律 相 组分数和自由度相 F 在体系中物理性质和化学性质完全均匀的部分 组分数 K 能够表示出各相组成的最少物种数 自由度 f 在不改变体系中原有平衡相数的条件下 确定体系的平衡状态所需的独立强度变量 相律的推导吉布斯相律f K F 2 2020 2 4 复旦大学化学系 7 15 2单组分体系的相图 单组分体系相图的理论基础克拉贝龙方程 2020 2 4 复旦大学化学系 8 相图实例水的相图 面 F 1 f 2 I II III 线 F 2 f 1 OA 蒸气压曲线OB 升华曲线OC 熔点曲线OD 过冷水的气化 点 F 3 f 0 三相点 T p 273 16K 610 5Pa 2020 2 4 复旦大学化学系 9 升华操作原理和水杨酸的升华提纯 CO2 干冰 CO2的相图 2020 2 4 复旦大学化学系 10 水杨酸减压升华法提纯 2020 2 4 复旦大学化学系 11 二级相变一级相变摩尔吉布斯自由能的一级和二级微商不连续的相变二级相变摩尔吉布斯自由能的一级微商连续 而其二级微商不连续 2020 2 4 复旦大学化学系 12 15 3二组分液固体系 液固体系相图步冷曲线 2020 2 4 复旦大学化学系 13 杠杆规则及其应用 2020 2 4 复旦大学化学系 14 溶解度曲线的计算在一定温度 当固相和液相成平衡时 组分2 析出固体的组分 在两相中的化学势相等 若体系为理想溶液 则所得结果应与计算值相近 反之 若形成的是非理想溶液 则计算值与实验值相差较大 2020 2 4 复旦大学化学系 15 生成稳定和不稳定化合物的液固体系1 生成稳定化合物的体系两个组分能反应生成一个化合物 此化合物直到熔点时还是稳定的 因此 在熔点时液相的组成与固体化合物的组成相同 2 生成不稳定化合物的体系两组分间生成的化合物是不稳定的 当加热化合物时 在没有到达熔点前它就分解而产生一个新的固相和一个与原来固相组成不同的液相 2020 2 4 复旦大学化学系 16 生成完全互溶的固溶体的液固体系 生成部分互溶的固溶体的液固体系 2020 2 4 复旦大学化学系 17 15 4二组分气液体系 理想溶液的气液体系理想溶液的总蒸气压与液相组成呈线性关系 根据拉乌尔定律和气体分压定律线性方程 总蒸气压和与液相呈平衡的气相组成的关系 2020 2 4 复旦大学化学系 18 完全互溶的实际溶液的气液平衡两组分完全互溶的实际溶液与理想溶液的偏差大致分三种类型 正常类型的正偏差或负偏差具有最高蒸气压类型的正偏差具有最低蒸气压类型的负偏差把实际溶液与理想溶液之间的偏差全部归结到活度系数g 2020 2 4 复旦大学化学系 19 杜亥姆 马居里 Margules 方程 在最高点或最低点处 液相组成与气相组成相等 恒沸点混合物 在蒸馏过程中溶液的沸点不会改变 x1 y1 x2 y2 2020 2 4 复旦大学化学系 20 蒸馏 或精馏 原理1 t x y图的实验测定和蒸馏原理2 精馏的原理精馏和简单蒸馏有两点区别 1 有塔板 2 打回流 2020 2 4 复旦大学化学系 21 15 5二组分液液体系 部分互溶体系 2020 2 4 复旦大学化学系 22 15 5二组分液液体系 部分互溶体系 2020 2 4 复旦大学化学系 23 完全不互溶体系在一定温度下 只要两个纯物质的饱和蒸气压之和达到101 325kPa 即混合液体就沸腾了 此时的沸腾温度比两个纯物质的沸点低 通常用这个方法来蒸馏在水的沸点附近具有较大蒸气压的有机物 这方法叫水蒸气蒸馏 2020 2 4 复旦大学化学系 24 15 6三组分体系 2020 2 4 复旦大学化学系 25 部分互溶的三液体系两层饱和溶液的相对数量可通过杠杆规则求得 202