第三章+相变+液体-1.ppt

1、第3章 相变 液体,有关概念 相变 相平衡 相图 临界温度Tc、临界压力pc、临界体积Vc 蒸发与冷凝、蒸气压 过热现象及其防止 液体的凝固、固体熔化 水的相图 蒸气压曲线 水的相图,相变,物质存在3种状态(s，l，g) 它们之间可以相互转化 相变：固体熔化、液体气化、气体液化以及液体凝固等物态变化过程,相平衡：相变时两相之间的动态平衡,相图：温度与压力对相变影响的关系图,有关概念,相（物相）：体系中均匀的部分,气体的性质 气体分子的热运动 分子间的相互吸引 气体的液化 任何气体都可以液化 任一气体的液化必须在一定的温度以下 CO2 O2,临界温度Tc、临界压力pc、临界体积Vc,扩散、膨胀,

2、凝聚,T ，p？,119 oC以下，再加 5 MPa的压力,室温，加压,？,临界现象,临界温度Tc、临界压力pc、临界体积Vc,临界温度Tc 能使气体液化的最高温度 临界压力pc 在临界温度使气体液化所需的最低压力 临界体积Vc 在Tc 和Pc条件下，1 mol气体所占的体积 气体的沸点越低，临界温度也越低，就越难液化。（表3.1）,临界现象,蒸发与冷凝、蒸气压,液体的性质 相内 表面 液体汽化 蒸发 蒸发只在表面气化 沸腾 液体的气化在表面和内部同时发生,蒸气（vapor） 在液面上的气态分子群 冷凝（condensation） 逸出液面的蒸气分子在相互碰撞中返回液相的过程 饱和蒸气(sat

3、uration) 与液相处于动态平衡的气体 饱和蒸气压（vapor pressure） 饱和蒸气的压力,蒸发与冷凝、蒸气压,蒸发 冷凝 “动态平衡”,蒸发与冷凝的热效应 蒸发 吸热 冷凝 放热 蒸气压的性质 不随容器体积而变，亦与液体的物质的量无关； 随T的升高而增大 ?,蒸发与冷凝、蒸气压,冷凝是蒸发的逆过程,分子的动能,蒸发所需分子的最低动能,当温度升高时，液体分子中能量高、速率快的分子百分率增多， 表层分子逸出液面的机会也增加，随之气相分子返回液面的数目 也逐渐增多，直到建立一个新的平衡状态。这个过程的总效果是 蒸气压增大。,蒸发与冷凝、蒸气压,(温度区间不大),101,100,30,7

4、0,水的蒸气压与温度曲线,lg p 1/T的直线关系,珠峰,直线方程,不同液体的蒸气压与温度的关系,实验测定不同 T 下的 p ，作 lg p 1/T 图，可求,Clapeyron-Clausius 方程 T 升高，p 升高。 沸点(boiling point, Tb)： T， p = p外时，液体沸腾。 正常(normal )沸点： p外为101 kPa时的沸点。,(Hvap与 R 的单位一致),蒸发与冷凝、蒸气压,过热（superheating） 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 过热液体 温度高于正常沸点的液体 危害 预防办法 搅拌和加入沸石,过热

5、现象及其防止,例 已知异丙醇在2.4 oC时的蒸气压是1.33 kPa，在39.5 oC时蒸气压是13.3 kPa。试求异丙醇的蒸发热和沸点。,解：根据公式,若p外101 kPa，且p p外，有沸点温度（T）,有,液体的凝固、固体熔化,过冷液体 低于凝固点而不凝固的液体 过冷现象（Super cooling phenomena）? 凝固点（Freezing point or Solidifying point） 因固液共存，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 。,水的冷却曲线,固体受热曲线,凝固点即熔点,在凝固点，p液 p固 过冷液体, p过 p固 过冷液体处于

6、不稳定状,有没有过热固体?,A,B,C,D,极限为临界点,水的相图,注：气相区 曲线下面的各种状态 液相区 曲线上面的各种状态,蒸气压曲线,不同压力下的冰的熔点,液 固 平 衡 区,液固平衡曲线,水的相图,三相点：气-液平衡线和气-固平衡线的交点，气-液-固三相处于平衡状态。 热力学温标：用水的三相点定义。 水的三相点定标为273.16 K，它的1/273.16就是热力学温度单位Kelvin。 水的冰点应为273.15 K (即0 oC),注：三相点（纯水，不变）,水的冰点：标准压力下，被空气饱和的水的凝固点，即空气的饱和水溶液和冰的平衡温度。,曲线上的任意一点表示两相共存的条件 线是两相的分

7、界线 两线间的平面表示一相独存的条件 气相区位于温度高， 压力低的位置（右下方） 固相区位于压力高， 温度低的部位（左上方） 液相区介乎其中,374.0 oC, 2.21*104KPa,升华：固体受热直接变成气体的现象。 升华点: 三相点以下气固平衡线上任意一点,正常升华点,液体和液晶的基本性质,凝聚态 液体、液晶、固体统称为凝聚态。其特点是都不能像气体分子那样自由扩散。 液体的特征： 能自由流动和各向同性 有一定的体积但无一定的形状，可充满整个容器。 “长程无序，短程有序”。,液体的表面张力 液体表层分子间的引力，是液体化学中最重要的物理量 与液体的摩尔质量、密度和温度等有关。 单位Nm-1

8、或mNm-1。,液体和液晶的基本性质,液体的润湿性和毛细现象 随液面分子与固体表面分子间作用力的强弱不同，有浸润和不浸润之别。 将毛细管插入液体中，毛细管中的液面呈弯月形，并且与管外液面有一定的高度差。 测定高度差、毛细管半径和液体密度可以计算表面张力。,液体和液晶的基本性质,液体的粘度 用以描述液体的流动性 反映了液体流动时内摩擦力的大小 与液体的密度、温度和压力有关,液体和液晶的基本性质,液晶 力学性质像液体，可以自由流动。 光学性质像晶体，显各向异性。 在某个方向上长程有序，在另一个方向上却近程有序。,液体和液晶的基本性质,液晶 胆甾型液晶 向列型液晶 高分子液晶,液体和液晶的基本性质,

9、3.3 3.10,本章作业,解题思路 1. 该气体与水蒸气的混合气体的总体积, n总不变，P1V1= P2V2 2. 压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，可以用该气体的分压来计算总体积：P气1V1 = n气RT = P气2V2 3. n总不变， V1/T1 = V2/T2 = 常数 温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，可以用该气体的分压来计算总体积： P气1V1 /T1= n气R = P气2V2/T2,P31 2.13,解：1. P1 V1 = P2 V2 100 1.00 = 50.0 V2 V2 = 2.00 (dm3) 2. 58 C时，P水 = 18.1 kPa, P气体 = (100-18.1) kPa V2 = (P气1 V1)/P气2 = (100-18.1) 1.00)/(200-18.1) = 0.450 (dm3) 3. V1/T1 = V2/T2 1.00/(273+58) = V2/(273+100) V2 = 1.