单组分系统相平衡相图20160325

1、实 用 物 理 化 学化学教研室 陈先玉电话; QQ：460066952; 邮箱：目录图表相律和相平衡的基本概念1单组分系统相平衡相图 2二组分固-液平衡系统相图3 3第二章 相平衡气-液平衡系统相图 4二组分液-液平衡系统相图3 5三组分平衡系统相图（自学）6【知识与能力目标】 1. 掌握克拉贝龙克劳修斯方程的应用 2. 熟悉水的相图中点、线、面的物理意义【教学重点】 克拉贝龙克劳修斯方程的应用【教学重点】 单组分系统相图中点、线、面的物理意义第二节单组分系统相平衡相图K = S - R - K = S - R - R f fK K - -+2+21.相、组分数、自

2、由度的概念，相律的公式复 习第二节 单组分系统相平衡相图f f1 12 23 3，( (K K1 1）将相律应用单组分系统，则1 1，单相 f f2 2， 称双变量系统（双变量系统（T T，p p）2 2，两相平衡 f f1 1，称单变量系统（单变量系统（T T或或p p）3 3，三相共存 f f0 0，称无变量系统无变量系统minmax12fminmax03f 单组分系统的自由度最多为2，双变量系统的相图可用平面图表示。克拉贝龙方程第二节 单组分系统相平衡相图一、克劳修斯-克拉贝龙方程 当单组分系统两相平衡时，温度和压力中只有一个是可独立改变的，另一个则须随之而变化。2 2，两相平衡 f f

3、1 1，称单变量系统适用于纯物质的任意两相平衡mVTHTpmdd摩尔相变体积:mV摩尔相变热:mH第二节 单组分系统相平衡相图2mdlndRTHTp一、克劳修斯-克拉贝龙方程(一) 液-气平衡mVTHTpmdd适用于单组分、两相平衡、有一相是气相1.克劳修斯-克拉贝龙方程的微分式（克-克方程）若温度变化范围不大时，可把液体的摩尔蒸发热视为常数。2( )vapmvapmmHHpdpdTTVgRT第二节 单组分系统相平衡相图3.克-克方程的定积分式2mdlndRTHTpCTRHp1lnm1212m12m1211lnTTTTRHTTRHpp一、克劳修斯-克拉贝龙方程(一) 液-气平衡mVTHTpmd

4、d适用于单组分、两相平衡、有一相是气相1.克劳修斯-克拉贝龙方程的微分式（克-克方程）2.克-克方程的不定积分式如在间定积分第二节 单组分系统相平衡相图vapm211211ln()HppRTT 利用克-克方程的积分式，可从两个温度下的蒸汽压，求摩尔蒸发热。一、克劳修斯-克拉贝龙方程(一) 液-气平衡从T1的饱和蒸气压p1和摩尔蒸发热，求算T2的饱和蒸气压p2 ；或从p1压力下的沸点T1 ，求算p2压力下的沸点T2 。应用？第二节 单组分系统相平衡相图(二) 固-气和固-液平衡 只需将Hm由摩尔气化热改成摩尔升华热和摩尔熔化热，同样也可得到类似形式的公式。 一、克劳修斯-克拉贝龙方程(一) 液-

5、气平衡mVTHTpmdd2mdlndRTHTp实 例 解 析 例：已知水的气化热为40.65kJmol-1，试计算： （1）水在95时的饱和蒸气压； （2）水在外压为1.52105Pa下的沸点。解析：（1）水正常沸点100时的饱和蒸气压为p，即 T2 =95+273.2=368.2K T1=100+273.2=373.2K p1=p=101325Pa （2）当 p2=1.52105Pa 时 2 .3732 .368314. 8)2 .3732 .368(40650101325ln2p2 .373314. 8)2 .373(406501001. 11052. 1ln2255TTp2=84.81k

6、Pa T2=385.2K（112） 液体的沸腾温度指的是液体的蒸气压与外压相等时的温度。外压降低时，其沸腾温度随之降低。 在蒸馏操作中，一些有机物加热到其正常沸点附近时，会由于温度过高而发生氧化、分解或聚合等反应，使其无法在常压下蒸馏。 若将蒸馏装置连接在一套减压系统上，在蒸馏开始前先使整个系统压力降低到只有常压的十几分之一至几十分之一，那么这类有机物就可以在较其正常沸点低得多的温度下进行蒸馏。低压蒸馏（发）实 例 解 析 高压蒸汽灭菌用途广，效率高，是微生物学实验中最常用的灭菌方法。 这种灭菌方法是基于水的沸点随着蒸汽压力的升高而升高的原理设计的。 当蒸汽压力达到1.05kg/cm2时，水蒸

7、气的温度升高到121，经1530min，可全部杀死锅内物品上的各种微生物和它们的孢或芽孢。 一般培养基、玻璃器皿以及传染性标本和工作服等都可应用此法灭菌。高压蒸汽灭菌实 例 解 析 5.克-克方程： 适用的条件，适用条件是适用条件是( )2lnRTHdTPdmA多组分的两相平衡 B溶液的气-液平衡 C纯组分的固-液平衡 D必须有气体参加的纯组分的两相平衡4.4.克拉贝龙方程克拉贝龙方程 适用条件是（适用条件是（）。）。mmVTHdTdPA 多相平衡体系B 纯组分两相平衡体系C 溶液的气-液平衡D 多组分的多相平衡6.在343K时，某液体的蒸汽压为81730Pa，在353K时，该液体蒸汽压变成1

8、10960Pa，该液体的蒸发热为（）。A 30778JB 40276J C 50436JD 60574JD DB BA A目 标 检 测相图的分类按组分数划分按组分间相互溶解情况划分完全互溶系统部分互溶系统完全不互溶系统按性质-组成划分蒸气压 组成图（P-X图）沸点 组成图（T-X图）熔点 组成图（T-X图）温度 溶解度图（T-X图）单组分系统二组分系统三组分系统第二节 单组分系统相平衡相图相图 表达多相系统的状态如何随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形。第二节 单组分系统相平衡相图水的相图是根据实验绘制的/ Pap/KTABCOD273.16水的相图水冰水蒸气610.62CTf f1

9、 12 23 3，( (K K1 1）1 1，f f2 2，双变量系统双变量系统二、水的相图三条实线是两个单相区的交界线三条实线是两个单相区的交界线（AOCAOC、COBCOB、BOABOA）单相区单相区 = 1, = 1, f =2 在在（OAOA线、线、OBOB线、线、OCOC线）线）线上两相平衡共存线上两相平衡共存压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由系统自定压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由系统自定 = 2, = 2, f =1/Pap/KTABCO水的相图水冰水蒸气CT 温度和压力独立地有限度温度和压力独立地有限度地变化不会引起相的改变。地变化不会引起相的改变。第二节

10、 单组分系统相平衡相图二、水的相图【三个单相区】OC：液-固两相平衡线（熔点曲线） 当C点延长至压力大于 2108Pa时，相图变得复杂，有不同结构的冰生成。OB：气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0 K附近。OA 是气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能任意延长，终止于临界点A 。临界点A T=647K，p=2.2107Pa，这时气-液界面消失。高于临界温度，不能用加压的方法使气体液化/ Pap/ KTABCOD273.16水的相图水冰水蒸气610.62CT第二节 单组分系统相平衡相图二、水的相图【三条两相平衡线】f = K- + 2 =1-3+ 2 = 0无变量系统273.

11、16K , p=610.62Pa【三相点】O点：三相点，气，气- -液液- -固三相共存。固三相共存。二、水的相图三相点是严格的单组分系统，自身的特性，不能任意改变。/Pap/KTABCOD273.16水的相图水冰水蒸气610.62CT第二节 单组分系统相平衡相图纯水的三相点及“水”的冰点纯水水蒸气P=611Pa冰t=0.01三相点三相点(a)在密闭容器中在密闭容器中空气和水蒸气P=101.325 kPa冰被空气饱和的水t=0冰点冰点(b)在敞口容器中在敞口容器中H2O的三相点“水”的冰点273.15K273.16K应用：应用：冷冻干燥技术及冷冻干燥技术及粉针剂的置备粉针剂的置备水相图的应用/Pap/KTABCOD273.16水的相图水冰水蒸气610.62CT7.水的相图(见下图)。当系统从a点变到b时，系统的变化是( )。A.水蒸气的压力从pa增加到pb，在b点凝结成冰B.冰的温度从Ta增加至Tb，在b点融化成水C.水的压力从pa增加至pb，在b点凝结成冰D.水的温度从Ta增加至Tb，在b点蒸发成水蒸汽D目 标 检 测8.(1) I区是气相，自由度是2，II区是固相 ，自由度是2(2) 图中0点是三相点，固相、液相、气相共存，自由度是0目 标 检 测 读懂点、线、区的含义； 计算相区自由度数； 描述系统状态变化情况。12