4.2单组分系统解析

《4.2单组分系统解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4.2单组分系统解析（36页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、单击此处编辑母版标题样式目录,相平衡,其次节 单组分系统,系统的分类,按组分数分类：,1.单组分系统,2.双组分系统,3.三组分系统,按变量数自由度数分类：,1.单变量系统,2.双变量系统,3.无变量系统,按相互溶解度分类,1.完全互溶系统,2.局部互溶系统,3.完全不互溶系统,对于单组分体系有,当,双变量体系 T、P 相图：,面,单变量体系 T、P其中之一相图：,线,无变量体系 指定T、P相图：,点,相图分析、争论的原则和步骤：,1.确定相图类型,2.分析相图中面、线、点代表什么状态？指出自由度？挨次应由面到线再到点。,3.弄懂相图中可变条件与体系状态之间的关系。,4.相图的应用。,水的相图

2、,单组分系统相律,单组分系统相律的一般表达式为:,f,=1-,+2=3-,单组分系统最多有三相共存,最多可有两个自由度,一般是温度和压力.,最常见的二相平衡有:,l g;s l;s g;,=2;f=1,单组分系统两相平衡 时,温度和压力只有一个是独立的,它们之间有函数关系.克-克方程就是争论这种关系的.,f123，(k1,将相律应用单组分系统，则,因,f,0，,1，所以 3,1,1，,f,2，称,双变量系统 相图 面,2，,f,1，称,单变量系统 相图 线,3，,f,0，称,无变量系统 相图 点,水的,p,-,T,图,表4 1H,2,O 的相平衡数据,由水的相平衡数据用,p-T,图表示如图2-

3、11,读图要点：,读懂点、线、区的含义；,相区自由度数；,会描述系统状态变化情况；,明确三相点与冰点的区别。,t,/,O,B,A,C,0.00611,0.01,固,气,液,C,P,/10,5,Pa,374.2,221,图4-11 H,2,O的,p,t,图,-60,-40,-20,0,20,40,60,80,100,B,5,10,15,20,25,30,35,-56.6,t,c=31.06,t/,图2-12CO,2,相图及其体积质量(kgm,-3,)与压力,温度的关系,o,C,气,液,固,超临界流体,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100,12

4、00,p,/MPa,p,c,=7.38MPa,A,0.518MPa,读图要点：,读懂点、线、区的含义；,注意,OA,线的倾斜方向；,三相点的,p、t,数值；,干冰的升华条件。,超临界萃取。,二氧化碳的,pT,图及超临界二氧化碳流体,读图要点：,读懂点、线、区的含义；,三相点个数；,最多平衡相数。,E,t,/,80,120,160,p,/10,5,Pa,10,2,10,0,10,-2,10,-4,10,-6,10,4,单斜硫,气态硫,正交硫,液态硫,B,C,图2-13硫的相图,硫的 p对数坐标T 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,(a)在

5、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,(b)在敞口容器中,图 4-14H,2,O的三相点,图 4-15 “水”的冰点,附加图 吉林树挂 H,2,O(g),H,2,O(s),临界点374,o,C,2.23,10,7,Pa,-20,o,C,2.,10,8,Pa,ln,p,1/,T,d,p,/d,T,=,fus,H,m,/,fus,V,m,A,B,D,E,p,T,T,1,0.0098,o,C,水,气,冰,C,一、水的相图,AB 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。临界点p=2.2107Pa，T=647K，这时气-液

6、界面消逝。高于临界温度，不能用加压的方法使气体液化。,AD 是气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0 K四周。,AE 是液-固两相平衡线，当C点延长至压力大p=2108Pa时，相图变得简单，有不同构造的冰生成。,A,B,D,E,C,p,T,610.16Pa,0.0098,o,C,水,气,冰,一、水的相图,AC是BA的延长线，是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。由于在一样温度下，过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压，所以AC线在AD线之上。过冷水处于不稳定状态，一旦有分散中心消失，就马上全部变成冰。,A点 是三相点triple point，气-液-固三相共存，=3,f=0。三相点的温度和压力皆由系

7、统自定。,H,2,O,的三相点温度为,273.16 K,，压力为,610.16 Pa,。,A,B,D,E,C,p,T,610.16Pa,273.16,水,气,冰,一、水的相图,A,B,D,E,C,p,T,p,T,1,T,2,Y,M,N,X,610.16Pa,273.16K,水,气,冰,F,一、水的相图,两相平衡线上的相变过程,1处于f点的纯水，保持温度不变，逐步减小压力，在无限接近于P点之前，气相尚未形成，系统自由度为2。用升压或降温的方法保持液相不变。,一、水的相图,在两相平衡线上的任何一点都可能有三种状况。,如AB线上的P点：,3连续降压，离开P点时，最终液滴消逝，成单一气相，f=2。通常

8、只考虑2的状况。,一、水的相图,2到达P点时，气相消失，在气-液两相平衡时，f=1。压力与温度只有一个可变。,三相点与冰点的区分,三相点是物质自身的特性，不能加以转变，如H2O的三相点T=273.16K，p=610.62Pa。,冰点是在大气压力下，水、冰、气三相共存。当大气压力为105Pa时，冰点温度为273.15，转变外压，冰点也随之转变。,A,B,D,E,C,p,T,610.16Pa,273.16K,水,气,冰,一、水的相图,A,一、水的相图,三相点与冰点的区分,三条两相平衡线的斜率均可由,Clausius-Clapeyron,方程或,Clapeyron,方程求得。,AB,线,斜率为正。,

9、AD,线,斜率为正。,AE,线,斜率为负。,A,B,D,E,C,p,T,610.16Pa,273.16K,水,气,冰,一、水的相图,两相平衡线的斜率,其它相图例举：硫 的 相 图,T,p,p,Y,X,液,气,正交,钭方,一、水的相图,一、水的相图,其它相图例举：CO,2,相 图,化合物,熔点/,C,熔点时的蒸气压/kPa,顺丁烯二酸酐,60,0.44,萘,79,0.9,苯甲酸,120,0.8,萘酚,122,0.33,苯酐,131.6,0.99,水杨酸,159,2.4,樟脑,179,49.3,一些有机化全物在熔点时的蒸气压,一、水的相图,G,=0,d,G,(,),相,相,相,相,d,G,(,),

10、G,=0,T,p,T+,d,T,p+,d,p,明显 dG()=dG(),dG=-SdT+Vdp,-S()dT+V()dp=-S()dT+V()dp,二、克劳修斯-克拉珀龙方程,V,(,)-,V,(,)d,p,=,S,(,)-,S,(,)d,T,S,m,和,V,m,分别是1mol,物质由相变到相的熵变和体积变化.对于可逆相变:,Hm为相变潜热,它说明白两相平衡时p-T关系.,二、克劳修斯-克拉珀龙方程,m,m,m,m,V,T,H,d,T,d,p,T,H,S,D,D,=,D,=,D,m,m,V,S,V,V,S,S,d,T,d,p,D,D,=,-,-,=,),(,),(,),(,),(,d,T,/d

11、,p,:液体的饱和蒸气压和温度的关系,H,m,=,Vap,H,m,;,V,m,=,V,m,(g)-,V,m,(l),V,m,(g),V,m,(l);,V,m,V,m,(g)=,RT,/,p,二、克劳修斯-克拉珀龙方程,2,m,Vap,2,m,Vap,m,m,Vap,ln,),(,RT,H,dT,p,d,RT,p,H,g,TV,H,d,T,d,p,D,=,D,=,D,=,或,1.液-气平衡,此式称为克劳修斯-克拉佩龙方程的微分形式.当温度变化范围不大时,Vap,H,m,或看成常数,积分可得:,二、克劳修斯-克拉珀龙方程,为积分常数.lnp1/T作图应为始终线,斜率为(-VapHm/R),如在间作

12、定积分,特鲁顿(Trouton)规章:,二、克劳修斯-克拉珀龙方程,Tb为正常沸点,此规章只适用于正常液体,即非极性液体,液体分子不缔合液体,如液体苯,不适用于水(强极性液体).,解:,二、克劳修斯-克拉珀龙方程,例题.水在100oC时 p*=1.013105Pa,VapH=2260Jg-1,计算:,(1)95oC时的p*水=?,(2)p=1.10105Pa时水的沸点,H,m,=,Sub,H,m,;,V,m,=,V,m,(g)-,V,m,(s),V,m,(g),V,m,(s);,V,m,V,m,(g)=,RT,/,p,只需要将液-气平衡式中的,Vap,H,m,换成,Sub,H,m,二、克劳修斯

13、-克拉珀龙方程,2.固-气平衡,今把一批装有注射液的安瓿放入高压消毒锅内加热消毒，假设用151.99kPa的水蒸气进展加热，问锅内的温度有多少度373.15K时水蒸气为101.325kPa，vapHm40.67kJmol-1,解：,Hm=fusHm;Vm=Vm(l)-Vm(s),Vm(g)和Vm(s)相差不多,不能无视.,二、克劳修斯-克拉珀龙方程,3.液-固平衡,T,1,T,2,将,fus,H,m,V,m,看成常数,作定积分,解:,T/T,较,小,二、克劳修斯-克拉珀龙方程,例题:试计算-5oC,欲使冰熔化所需施加的最小压力?,:ice=0.9168gcm-3,water=0.9998gcm-3,SubHm=333.5Jg-1.,欲使,-,5,o,C的冰熔化所需施加的最小压力6.84,10,6,Pa.,单击网页左上角“,后退,”退出本,