5.3相平衡.ppt

相平衡 拉乌尔定律溶剂的蒸气压等于同一温度下纯溶剂的蒸气压与溶液中溶剂摩尔分数的乘积 P P0X拉乌尔定律只能用于稀溶液 溶液越稀数据越接近实际 该定律的意义在于建立了溶液的液相组成与其蒸汽相组成之间的关系 一 水溶液的气液平衡 亨利定律 描述达到平衡时 气 液两相间组成的关系 恒定温度下 稀溶液上方溶质气体的平衡分压与其在液相中的摩尔分数成正比 该定律解决的是气体在溶液中的溶解度的问题 pB 溶质在气相中的平衡分压 kPa xB 溶质在液相中物质的量分数 KH 亨利系数 其数值随体系 溶剂和溶质 的特性及温度而变 计算平衡液相组成时所依据的溶质分子在液相中与在气相中应当有相同分子结构 如CO2气体 溶于水后可有H2CO3 HCO3 CO32 及CO2等多种形式存在 在用亨利定律计算CO2在水中的溶解度时 所得二氧化碳的浓度仅指溶液中的CO2 其它形式都不包括在内 亨利定律和拉乌尔定律都只适用于稀溶液 亨利定律要求气体的分压低 而在较高气体压力中 只存在定性关系 拉乌尔定律用于难挥发溶质的浓度要低 这样才能计算溶剂的分压 浮游选矿 首先将粗矿磨碎 倾入浮选池中 在池水中加入捕集剂 表面活性剂 捕集剂只吸附在矿石颗粒表面 在杂质表面不吸附 原理 粉碎的矿石和杂质表面性质有显著差别 带的电荷也不同 因此 对不同表面活性剂的吸附性能也不同 选择合适的捕集剂 使它的亲水基团只吸在矿砂的表面 憎水基朝向水 当矿石表面有5 表面活性剂覆盖时 就使表面产生憎水性 它会附在气泡上一起升到液面 便于收集 从池底鼓小气泡 气泡就携带有效矿粉上升 聚集体系的表面 把这些气泡收集起来并灭泡浓缩 从而达到了富集矿石颗粒的目的 向水中通入大量微小气泡就是采用亨利定律 不含矿石的泥砂 岩石留在池底 定时清除 二溶液中的气 液和液 液平衡 1 完全互溶体系的温度 组成相图 完全互溶体系 水 乙醇系统 苯 甲苯系统 横坐标 组成纵坐标 温度 t x y p 101 3kPa G tG I tI x0 0 1 0 100 110 80 90 苯 甲苯温度 组成图 组成为 x0 时 G为泡点 I为露点 苯 甲苯 气相区 液相区 泡点指溶液中 达成相平衡时 逸出气泡的温度 上图中的绿色的线即泡点线 露点指气相混合物降温时 凝聚产生液滴时的温度 上图中的红色的线即露点线 对苯 甲苯体系 泡点线和露点线没有重合处 t x y p 101 3kPa G tG E C xC D yD tE I tI x0 0 1 0 100 110 80 90 苯 甲苯温度 组成图 气相区 液相区 在100度时 达到平衡 液相的组成为 xC 气相的组成为 yD 气相中低沸点的多 露点和泡点重合时 出现恒沸现象 图中M点乙醇95 温度78 3 处于恒沸点时 气相组成与液相组成相同 因此 在此点就不能靠蒸馏把低沸点的组分富集 乙醇 水具有的是最低恒沸点 78 2 比纯乙醇的78 3 还要低 3蒸馏和萃取 对物质进行分离的两种操作 蒸馏利用气 液平衡 分析下图后的结论 一次简单蒸馏 馏出物中B含量会显著增加 剩余液体中A组分会增多 纯A的沸点高于纯B的 蒸馏时气相中B组分的含量较高 液相中A组分的含量较高 精馏是多次简单蒸馏的组合 精馏塔底部是加热区 温度最高 塔顶温度最低 精馏结果 塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分 纯高沸点组分则留在塔底 萃取是利用溶质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同 进行的分离操作 例 正己烷 苯 的混合物用二甘醇萃取 苯溶于二甘醇 正己烷不溶 二甘醇称为萃取剂 苯为溶质 正己烷为溶剂 稀释剂 萃取过程就是溶质从稀释剂向萃取剂转移 形成萃取相和萃余相 进行分离 2 部分互溶体系的液 液平衡水 丁醇二元液 液系统20 时 向有水的试管中滴加丁醇 丁醇的含量8 5 之前 澄清溶液 到达之后 浑浊如雾 继续加丁醇 溶液分层 上层为醇相 水在丁醇中的饱和溶液 下层为水相 丁醇在水中的饱和溶液 进一步滴加丁醇 仅改变两层的相对数量 上层的醇相增加 下层的水相减少 最后 丁醇浓度83 6 时 水相消失 20 得到两个点 8 5 和83 6 二者之差为75 1 升高温度 得到另外两个点 但二者之差随温度的升高 越来越小 升到一定温度 132 8 两个点就合为一个 即成为单相溶液 2临界和超临界状态 临界温度 Tc 物质处于无论多高压力下均不能被液化的最低温度 临界压力 Pc 与Tc相对应的压力称为临界压力 超临界区域 在压温图中 高于临界温度和临界压力的区域称为超临界区 空调工作的原理 二氧化碳Tc 31 Pc 7 4MPa 超临界流体处于液体和气体之间的一种状态 超临界流体兼有液体和气体的特性 扩散系数大 粘度小 因此 渗透性好 与液体溶剂相比 可以更快地达到平衡 促进高效分离过程的实现 利用SCF作为萃取剂 从液体和固体中萃取出特定成分 达到分离的目的 CO2的临界温度 临界压力较易达到 化学性质稳定 无毒 无臭 无色 无腐蚀性 容易得到较纯产品 因此是最常用的超临界流体 其他常见的超临界流体还有氨 乙烯 乙烷 丙烷 丙烯 乙醇 丁醇 水等 甲烷和水在26 76MPa下 在0 10 时结晶 成为 可燃冰 用火柴可点燃 三胶体 分子分散体系 分散相粒子的直径小于10 9m 属于真溶液 例如氯化钠 葡萄糖等水溶液 胶体分散体系 分散相粒子的直径在10 9m 10 7m之间 属于胶体 例如蛋白质 核酸等水溶液 以及人体的细胞液 血液 淋巴液 粗分散体系 粒子的直径大于10 7m 易聚沉 例如牛奶 豆浆 泥浆等 按胶体与水的亲合力分类 憎液溶胶分散相粒子与水的亲合力较弱 如AgI胶体等 亲液溶胶分散相粒子与水的亲合力较强 如蛋白质 淀粉等 胶核 胶粒 吸附层 胶团 扩散层 碘化银胶体 AgNO3 KI 过量 KNO3 AgI 过量的KI用作稳定剂 AgI m胶核 AgI m nI n x K x 胶粒 AgI m nI n x K x xK 胶团 胶体的核心部分是不溶于水的粒子 称为胶核 胶核是电中性的 胶核上吸附了大量离子形成紧密层 称为胶粒 由于吸附的正 负离子不相等 因此胶粒带电 胶粒周围分散着与胶粒带相反电荷的离子 自然也有其它离子 胶粒及其带相反电荷的离子构成胶体的基本结构单元 胶团 胶体是热力学不稳定系统 但胶体能够长时间不发生沉降而稳定存在 原因主要有 胶体粒子的布朗运动 胶体粒子带有电荷 胶粒之间有很强的相互排斥 在碘化银胶核的表面 碘化银优先吸附和组成有关的I 思考 在上例碘化银胶体的制备中 为何吸附I 而不是K 胶体是一高度分散的系统 胶体粒子的总表面积非常大 因而具有高度的吸附能力 并能选择性地吸附某种离子 将边长1cm的立方体分割成边长为1nm 10 9m 的立方体 表面积增大一千万倍 107 胶体粒子带有电荷的原因 使胶粒聚集成较大的颗粒而沉降的过程称为胶体的聚沉 促使胶体聚沉的因素有 加入电解质 电解质中带有与胶粒异号电荷的离子导致了溶胶的聚沉 电解质与胶粒异号电荷的离子的价