第03章-相变-液体普化原理

第3章相变液体一、有关概念

1．相变相平衡相图

2．临界温度Tc、临界压力pc、临界体积Vc3．蒸发与冷凝、蒸气压

4．过热现象及其防止

5．液体的凝固、固体熔化二、水的相图

1．蒸气压曲线

2．水的相图主要内容1.

相变在一定的温度、压力条件下，物质存在的3种状态(s，l，g)可以相互转化，固体熔化、液体气化、气体液化以及液体凝固等物态变化，在化学上称为相变。相变时两相之间的动态平衡叫相平衡。温度与压力对相变影响的关系图叫相图。一有关概念体系中物理性质和化学性质均匀的部分叫物相，简称相。相与相之间存在界面。气体的沸点越低，临界温度也越低，就越难液化。气体分子的热运动分子间的相互吸引2．临界温度Tc、临界压力pc、临界体积Vc

→扩散、膨胀→凝聚降

T升

p有利升

T降

p有利

101kPa下，低于100oC水蒸气可能液化，高于100oC水可能气化；氯气在室温加压可能液化；能使气体液化的最高温度称为临界温度

Tc；在临界温度使气体液化所需的最低压力叫临界压力pc；在Tc

和pc条件下，1mol气体所占的体积叫临界体积Vc氧气在室温无论加多大的压力也不能液化，必须将

T降至－119oC以下，再加5MPa的压力才能液化，这种现象叫临界现象；温度和压力是左右物质存在相态的两大因素永久气体：沸点和临界温度都低于室温的气体。如He、H2、N2、O2、CH4绝对的理想气体能否被液化？可凝聚气体：沸点低于室温而临界温度高于室温的气体。

CO2、NH3、Cl2、C4H10液体：沸点和临界温度都高于室温。

H2O、C6H6、C5H12、CHCl33．蒸发与冷凝、蒸气压

a:液体内部的分子受到同类分子的吸引力均匀

b:液体表面的分子受到同类分子的吸引力不均匀液体气化有两种方式:只有那些能量大速率快的表层分子可克服分子间的引力，逸出液面而气化。蒸发与沸腾蒸发只在在表面气化。沸腾时，液体的气化在表面和内部同时发生。液体表面的气化现象叫蒸发（evaporation）在液面上的气态分子群叫蒸气（vapor）在密闭容器中，逸出液面的蒸气分子在相互碰撞中返回液相的过程叫冷凝（condensation）与液相处于动态平衡的气体叫饱和蒸气(saturationvapor)饱和蒸气的压力叫饱和蒸气压（vaporpressure）②蒸气压随T的升高而增大。温度一定时，液体的蒸气压是定值。蒸气压的影响因素说明：①蒸气压不随容器体积而变，亦与液体的物质的量无关；③冷凝是蒸发的逆过程，蒸发吸热，冷凝放热例已知在25oC时，苯的蒸气压p=12.3kPa。现有0.100mol的苯，在25oC时，试计算：(1)当这些苯全部气化，并保持容器压力等于蒸气压时，应占多少体积(当作理想气体)？(2)若苯蒸气的体积为10.2dm3时，苯的蒸气压力是多少？(3)若苯蒸气的体积为15.1dm3时，苯的蒸气压力是多少？(4)若苯蒸气的体积变为30.0dm3时，苯的蒸气压力又是多少？解：(1)苯刚好全部气化时，其体积可用pV=nRT

计算(2)(3),当苯蒸气的体积为10.2和15.1dm3时,苯没有完全气化,是气液共存状态,苯蒸气的压力即苯的饱和蒸气压,为12.3kPa。(4)当苯蒸气的体积为30.0dm3时,它已全部气化,变成不饱和蒸气了,其压力可用pV=nRT

计算(温度区间不大时，可把ΔHvap看作常数)101

10070lg

p/kPa2.001.000.00水的蒸气压与温度曲线lg

p~1/T的直线关系珠峰30

p/kPa

t/oC0直线方程直线斜率液体的摩尔蒸发热截距克劳修斯-克拉贝龙方程当T升高到p与外界气压相等时，液体沸腾，这个温度称为沸点（boilingpoint,Tb）。t/oC

p/kPa-100.2900.61101.23151.71202.34253.17304.24355.62实验测定不同

T下的

p

，作lg

p~1/T图，可求

T

升高，p升高。(ΔHvap与

R的单位一致)当T升高到p与外界气压相等时，液体沸腾，这个温度称为沸点（boilingpoint,Tb）。外界压力为101kPa时的沸点为正常沸点（normalboilingpoint）。4．过热现象及其防止将液体加热到超过正常沸点一定温度才开始沸腾，之后温度又降至正常沸点的现象叫过热（superheating）。这种温度高于正常沸点的液体称过热液体。过热现象容易造成事故，尤其在处理易燃液体（如乙醚、丙酮、酒精等），随气泡喷溅出的液体与加热的火焰相遇会引起火灾。预防办法：搅拌和加入沸石。沸石是一种多孔性硅酸盐，小孔中有一定量的空气，加热时易形成“气化核”。例已知异丙醇在2.4oC时的蒸气压是1.33kPa，在39.5oC时蒸气压是13.3kPa。试求异丙醇的蒸发热和沸点。解：根据公式当外界压力为101kPa时，液体蒸气压p＝101kPa时的温度就是沸点（T'）有

T2=39.5oC=312.7KT1=2.4oC=275.6Kp2=13.3kPap1=1.33kPa5．液体的凝固、固体熔化AA’B线--水温逐渐下降B点--开始析出晶体BC线

--析出晶体,T升至0oCCD线

--不断析出晶体,T不变DE线

--冰的温度不断下降。图3.4水的冷却曲线CD线

--因液共存，加热或吸热只能改变s、l的相对量，T不变，这个s、l共存的T

即凝固点（FreezingpointorSolidifyingpoint）。

A’B线--过冷液体，这种低于凝固点而不凝固的现象现象称过冷现象（Supercoolingphenomena）；固体受热曲线凝固点即熔点在凝固点，液相的凝固和固相的熔化处于平衡状态，此时液相的蒸气压等于固相的蒸气压，即p液＝p固。有没有过热固体?

温度蒸气压液体及固体的蒸气压与温度的关系凝固点温度低于凝固点的过冷液体的蒸气压大于大于共存固相的蒸气压，因而处于不稳定状态。二、水的相图

③当T

保持不变的情况下：1．蒸气压曲线

①曲线代表了不同的T、p条件下g、l共存的各种平衡状态，曲线上任一点所对应的T是特定

p下的沸点。A点压力2.34kPa，T=20

oC极限为临界点

ΔC②在蒸气压不变的情况下，降

T，蒸气冷凝成液体，A→D升

T，l蒸发成

g，A→B加

p，蒸气冷凝成液体，A→E减

p，l蒸发成

g，A→C∴曲线之上是液相区，之下是气相区。2．水的相图说明：①

当T升至100

oC时，若p=101.3kPa，达到水的正常沸点（A）；注：三相点（纯水，不变）与冰点（被空气饱和的水的凝固点，因地而异）不同。TABED②

继续升T

至374.2

oC，达到临界温度Tc，pc=2.211×07Pa（D点）；③

当T降至0.01

oC时，水开始结冰，此时，固、液、气三相共存，T点叫三相点(triplepoint，三条曲线相交的点)2．水的相图⑥三相点是g、l、s共存的条件，曲线上任