物质相态-水相图

1、紧密结合教材围绕课程标准方便教师讲课便于学生理解2022-5-72第三章第三章 物质的聚集状态物质的聚集状态 主要内容主要内容学习目标学习目标2022-5-74学习内容学习内容物质的相态物质的相态相和相图；饱和蒸汽压和相和相图；饱和蒸汽压和 温度温度气体气体理想气体、混合气体、实际气体理想气体、混合气体、实际气体溶液溶液稀溶液依数性；非电解质溶液气稀溶液依数性；非电解质溶液气 液平衡；电解质的电解液平衡；电解质的电解胶体胶体胶体的特殊性质；物质的表面特征胶体的特殊性质；物质的表面特征物质的聚集状态物质的聚集状态物质的聚集状态变化物质的聚集状态变化气态气态液态液态固态固态等离子体等离子体气化气化

2、液化液化熔化熔化凝固凝固升华升华2022-5-76物质的相态物质的相态水的相图水的相图【问题】请分析下面几种情况系统是几相【问题】请分析下面几种情况系统是几相2g氯化钠投入氯化钠投入100mL水中水中，搅拌后静止；搅拌后静止；20mL的乙醇和的乙醇和80mL的去离子水混合并搅的去离子水混合并搅拌后静止；拌后静止；20mL的四氯化碳与的四氯化碳与80mL去离子水混合并去离子水混合并搅拌后静止；搅拌后静止；2mL酚与酚与98mL去离子水混合并搅拌后静止；去离子水混合并搅拌后静止；2mL去离子水与去离子水与98mL酚混合并搅拌后静止；酚混合并搅拌后静止；50mL酚与酚与50mL去离子水混合并搅拌后静

3、去离子水混合并搅拌后静止；止；问题分析问题分析l2g氯化钠投入氯化钠投入100mL水中水中，搅拌搅拌后静止；后静止；l溶液是一相因为氯化钠溶于水中。氯化钠电解出的离子与水分子处于“最均匀”的状态。2022-5-77相数=1；组分数S=2l20mL的乙醇和的乙醇和80mL的去离子水混的去离子水混合并搅拌后静止；合并搅拌后静止；l溶液是一相因为乙醇与水能以任意比例混溶。乙醇分子与水分子处于“最均匀”的状态。2022-5-78问题分析问题分析相数=1；组分数S=2l20mL的四氯化碳的四氯化碳与与80mL去离子水混去离子水混合并搅拌后静止；合并搅拌后静止；l溶液是两相因为四氯化碳与水不相溶。四氯化碳

4、分子与水分子不是处于“最均匀”的状态。2022-5-79问题分析问题分析相数=2；组分数S=2l2mL苯苯酚与酚与98mL去离子水混合并搅拌去离子水混合并搅拌后静止；后静止；l溶液是一相因为苯酚在水中有一定溶解度。苯酚分子与水分子处于“最均匀”的状态。2022-5-710问题分析问题分析相数=1；组分数S=2l2mL去离子水与去离子水与98mL酚混合并搅拌酚混合并搅拌后静止；后静止；l溶液是一相因为水在苯酚中也有一定的溶解度。水分子与苯酚分子处于“最均匀”的状态。2022-5-711问题分析问题分析相数=1；组分数S=2l50mL苯苯酚与酚与50mL去离子水混合去离子水混合并搅拌后静止；并搅拌

5、后静止；l溶液是两相因为苯酚与水不完全相溶。苯酚分子与水分子不是处于“最均匀”的状态。2022-5-712问题分析问题分析相数=2；组分数S=2上述的上述的“最均匀最均匀”的状的状态是什么？态是什么？相：系统内部物理和化学性质完全均匀的部分2022-5-713一、物质的聚集状态一、物质的聚集状态相相相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的例如问题水和四氯化碳的界面。如何确定一个系统有几相？如何确定一个系统有几相？2022-5-714一、物质的聚集状态一、物质的聚集状态相相不论有多少种气体混合，只有一相气相根据液体互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。一般有一种固体便

6、有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。二、水的相图二、水的相图水的相平衡实验数据表AOBCD绘制水的相图绘制水的相图气气-固平衡数据固平衡数据-冰在不同冰在不同温度的饱和蒸气压温度的饱和蒸气压气气-液平衡数据液平衡数据-水在不同水在不同温度的饱和蒸气压温度的饱和蒸气压液液-固平衡数据固平衡数据-水和冰在水和冰在不同温度时的平衡压力不同温度时的平衡压力T/KP/Pa分析水的相图分析水的相图水的相图是根据实验绘制的。图上有：三个单相区 在气、液、固三个单相区内，=1，温度和压力都可以在一定限度内变化不会引起相的改变。三条两相平衡线 气液、气固、固液，=2，

7、压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由体系自定。OA 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。临界点 ，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。647 K ,T 72.2 10 Pap 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。OC 液-固两相平衡线，当C点延长至压力大于 时，相图变得复杂，有不同结构的冰生成。82 10 PaOD 是AO的延长线，是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。因为在相同温度下，过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压，所以OD线在OB线之上。过冷水处于不稳定状态，一旦有凝聚中心出现，就立即全部变成冰。H2O的三

8、相点温度为273.16 K，压力为610.62 Pa。O点 是三相点，气-液-固三相共存， 。三相点的温度和压力皆由体系自定。3, 0fF学习效果检验学习效果检验（4）从水的相图上看出）从水的相图上看出OC线的斜率是正还是线的斜率是正还是负？能说明什么问题？负？能说明什么问题？o 1、回答下列问题、回答下列问题（1）从水的相图上看，如果想让冰直接升华）从水的相图上看，如果想让冰直接升华成水蒸汽，压力最高不能超过多少？成水蒸汽，压力最高不能超过多少？ （2）从水的相图可以看出液态水的饱和蒸汽）从水的相图可以看出液态水的饱和蒸汽压随温度的升高而增大还是减小？压随温度的升高而增大还是减小？ （3）水

9、的冰点和三相点有区别吗？）水的冰点和三相点有区别吗？（1）在水的相图中常常会出现）在水的相图中常常会出现OD线线,是水的过冷线。是水的过冷线。实验表明实验表明,当温度低于当温度低于0.01时时,水应该结成冰水应该结成冰,但有时往但有时往往不是这样往不是这样,温度甚至到温度甚至到-20 仍不结冰，这种现象称为仍不结冰，这种现象称为过冷现象过冷现象,这种水称为过冷水。过冷水是一种亚稳态，这种水称为过冷水。过冷水是一种亚稳态，是热力学上不稳定的状态，在一定条件下会自动结成冰。是热力学上不稳定的状态，在一定条件下会自动结成冰。（2）三相点的温度）三相点的温度(0.01)比冰点比冰点(0)稍高稍高,原因

10、是冰原因是冰点为点为101.325kPa外压下被空气饱和的水的凝固点。空外压下被空气饱和的水的凝固点。空气溶解在水中气溶解在水中,压力由三相点压力增大到压力由三相点压力增大到101.325kPa,两两者使冰点比三相点的温度者使冰点比三相点的温度0.01。（3）冰水系统的饱和蒸气压随温度上升而下降）冰水系统的饱和蒸气压随温度上升而下降,与大部与大部分系统不同。由于一般情况下分系统不同。由于一般情况下,冰的体积大于水的体积冰的体积大于水的体积, 出现这种现象与冰水的特殊结构有关。出现这种现象与冰水的特殊结构有关。下图是二氧化碳的相图，根据相图回答问题下图是二氧化碳的相图，根据相图回答问题(1)分析

11、相图分析相图中区、线、中区、线、点的意义。点的意义。固相液相气相OP/PaT/KACB(2)OC线的线的斜率是正还斜率是正还是负？是负？三、液体的饱和蒸汽压三、液体的饱和蒸汽压液体的饱和蒸汽压：动态平衡沸腾外界压力沸点： 一定外压下，液体沸腾的温度。液体的饱和蒸汽压与沸点的关系：图1.3.1 气液平衡示意图气液平衡时： 气体称为饱和蒸气； 液体称为饱和液体； 压力称为饱和蒸气压。饱和蒸气压是温度的函数表1.3.1 水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压 H2O乙醇乙醇苯苯t / p*/ kPa t / p*/ kPa t / p*/ kPa 202.338205.671209.9712407.3

12、764017.3954024.4116019.9166046.008 6051.9938047.343 78.4101.32580.1101.325100101.325100222.48100181.44120198.54 120422.35 120308.11 饱和蒸气压外压时的温度称为沸点饱和蒸气压101.325kPa时的温度称为正常沸点T一定时： 如 pB pB*，B气体凝结为液体至pBpB* （此规律不受其它气体存在的影响）相对湿度的概念：相对湿度 =2 22 2H OH OH OH O100%100%p pp p 空空气气中中 在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平衡时，蒸气压随温

13、度的变化率可用下式表示：ddpHTT VHVvapm211211ln()HppRTT2022-5-729学习效果检验学习效果检验一、选择题一、选择题1.铁块与铁粉的混合物相数为（铁块与铁粉的混合物相数为（ ）（1）1； （2）2； （3）3； （4）4。2.在不饱和的在不饱和的NaCl溶液中组分数溶液中组分数C, 相数相数为为（ ）。）。（1）2，1；（；（2）2，2；（；（3）2，1；（；（4）2，2。 3.在在NaCl固体与饱和的固体与饱和的NaCl溶液共存体系中溶液共存体系中C , 相相数数分别为分别为（ ）。（1）2，1； （2）2，2； （3）2，1；（；（4）2，2。 （2）（3）

14、（2）2022-5-730学习效果检验学习效果检验4.由由79%N2和和21%O2所组成的空气系统的组分数所组成的空气系统的组分数C,相数相数分别为（分别为（ ）。）。（1）C= 2，=1；（；（2）C= 2，=2；（3）C= 2，=1；（；（4）C= 2，=1。5.水蒸气、水、冰三相平衡共存的点，称为三相点水蒸气、水、冰三相平衡共存的点，称为三相点点，在该点组分数、相数分别为（点，在该点组分数、相数分别为（ ）。）。（1）C= 1，=1；（；（2）C= 1，=3；（3）C= 2，=3；（；（4）C= 3，=3。（1）（2）2022-5-731学习效果检验学习效果检验（ ）1.粉碎得很细的铜粉

15、和铁粉经过均匀混合后粉碎得很细的铜粉和铁粉经过均匀混合后成为一个相。成为一个相。（ ）2.为了使水在为了使水在90沸腾，可以降低压力，使沸腾，可以降低压力，使其压力在其压力在90的保证蒸汽压下温度达到的保证蒸汽压下温度达到90即可。即可。 （ ）3.对于氯化钠的水溶液，温度、压力和浓度对于氯化钠的水溶液，温度、压力和浓度都可以在一定范围内自由变化而不致引起相变化。都可以在一定范围内自由变化而不致引起相变化。（ ）4.冰在压力低于冰在压力低于610.62Pa（水的三相点压力）（水的三相点压力）升温时可以升华。升温时可以升华。（ ）5.从水的相图看，水结冰后体积会变大。从水的相图看，水结冰后体积会

16、变大。2022-5-732内容总结内容总结 学会判断一个系统的相数和组分数；学会判断一个系统的相数和组分数； 学会分析水的相图，利用水的相图解学会分析水的相图，利用水的相图解决实际问题；决实际问题； 学会用克学会用克-克方程计算不同压力下液体克方程计算不同压力下液体的沸点。的沸点。2022-5-733课后任务课后任务l作业：作业：l1.请查阅二氧化碳单组份系统相图，并与水的请查阅二氧化碳单组份系统相图，并与水的相图进行比较，并解释为什么干冰会直接升华相图进行比较，并解释为什么干冰会直接升华而不是液化。而不是液化。l2.将玻璃烧杯装满水放在冰柜中冷冻，会将烧将玻璃烧杯装满水放在冰柜中冷冻，会将烧

17、杯杯“涨破涨破”，为什么？如果烧杯中装的不是水，为什么？如果烧杯中装的不是水而是其他液体（例如乙醇），冷冻凝固后会怎而是其他液体（例如乙醇），冷冻凝固后会怎样？样？2022-5-734课后任务课后任务l作业：作业：l4.生活中，用高压锅煮肉会在很短时间内煮的生活中，用高压锅煮肉会在很短时间内煮的熟烂，道理是什么？熟烂，道理是什么？l5.为什么二氧化碳灭火器使用时喷出的是粉末为什么二氧化碳灭火器使用时喷出的是粉末而不是液体？而不是液体？2022-5-735课后任务课后任务l下次课要解决的问题：下次课要解决的问题：l【问题【问题3-4】生活中常见到炎热的夏天汽车在】生活中常见到炎热的夏天汽车在高速公路行驶时间长容易爆胎，自行车在夏天高速公路行驶时间长容易爆胎，自行车在夏天太阳下容易爆胎；氢气球一旦脱离束缚会升空太阳下容易爆胎；氢气球一旦脱离束缚会升空等等，请说明这些现象的原因。等等，请说明这些现象的原因。2022-5-736课后任