4.2單組分系統(tǒng)解析

《4.2單組分系統(tǒng)解析》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《4.2單組分系統(tǒng)解析（36頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式目錄,相平衡,其次節(jié) 單組分系統(tǒng),系統(tǒng)的分類,按組分?jǐn)?shù)分類：,1.單組分系統(tǒng),2.雙組分系統(tǒng),3.三組分系統(tǒng),按變量數(shù)自由度數(shù)分類：,1.單變量系統(tǒng),2.雙變量系統(tǒng),3.無變量系統(tǒng),按相互溶解度分類,1.完全互溶系統(tǒng),2.局部互溶系統(tǒng),3.完全不互溶系統(tǒng),對(duì)于單組分體系有,當(dāng),雙變量體系 T、P 相圖：,面,單變量體系 T、P其中之一相圖：,線,無變量體系 指定T、P相圖：,點(diǎn),相圖分析、爭論的原則和步驟：,1.確定相圖類型,2.分析相圖中面、線、點(diǎn)代表什么狀態(tài)？指出自由度？挨次應(yīng)由面到線再到點(diǎn)。,3.弄懂相圖中可變條件與體系狀態(tài)之間的關(guān)系。,4.相圖的應(yīng)用。,水的相圖

2、,單組分系統(tǒng)相律,單組分系統(tǒng)相律的一般表達(dá)式為:,f,=1-,+2=3-,單組分系統(tǒng)最多有三相共存,最多可有兩個(gè)自由度,一般是溫度和壓力.,最常見的二相平衡有:,l g;s l;s g;,=2;f=1,單組分系統(tǒng)兩相平衡 時(shí),溫度和壓力只有一個(gè)是獨(dú)立的,它們之間有函數(shù)關(guān)系.克-克方程就是爭論這種關(guān)系的.,f123，(k1,將相律應(yīng)用單組分系統(tǒng)，則,因,f,0，,1，所以 3,1,1，,f,2，稱,雙變量系統(tǒng) 相圖 面,2，,f,1，稱,單變量系統(tǒng) 相圖 線,3，,f,0，稱,無變量系統(tǒng) 相圖 點(diǎn),水的,p,-,T,圖,表4 1H,2,O 的相平衡數(shù)據(jù),由水的相平衡數(shù)據(jù)用,p-T,圖表示如圖2-

3、11,讀圖要點(diǎn)：,讀懂點(diǎn)、線、區(qū)的含義；,相區(qū)自由度數(shù)；,會(huì)描述系統(tǒng)狀態(tài)變化情況；,明確三相點(diǎn)與冰點(diǎn)的區(qū)別。,t,/,O,B,A,C,0.00611,0.01,固,氣,液,C,P,/10,5,Pa,374.2,221,圖4-11 H,2,O的,p,t,圖,-60,-40,-20,0,20,40,60,80,100,B,5,10,15,20,25,30,35,-56.6,t,c=31.06,t/,圖2-12CO,2,相圖及其體積質(zhì)量(kgm,-3,)與壓力,溫度的關(guān)系,o,C,氣,液,固,超臨界流體,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100,12

4、00,p,/MPa,p,c,=7.38MPa,A,0.518MPa,讀圖要點(diǎn)：,讀懂點(diǎn)、線、區(qū)的含義；,注意,OA,線的傾斜方向；,三相點(diǎn)的,p、t,數(shù)值；,干冰的升華條件。,超臨界萃取。,二氧化碳的,pT,圖及超臨界二氧化碳流體,讀圖要點(diǎn)：,讀懂點(diǎn)、線、區(qū)的含義；,三相點(diǎn)個(gè)數(shù)；,最多平衡相數(shù)。,E,t,/,80,120,160,p,/10,5,Pa,10,2,10,0,10,-2,10,-4,10,-6,10,4,單斜硫,氣態(tài)硫,正交硫,液態(tài)硫,B,C,圖2-13硫的相圖,硫的 p對(duì)數(shù)坐標(biāo)T 圖,純水的三相點(diǎn)及“水”的冰點(diǎn),純水,水蒸氣,P,=611Pa,冰,t,=0.01,三相點(diǎn),(a)在

5、密閉容器中,空氣和水蒸氣,P,=101.325 kPa,冰,被空氣飽和的水,t,=0,冰點(diǎn),(b)在敞口容器中,圖 4-14H,2,O的三相點(diǎn),圖 4-15 “水”的冰點(diǎn),附加圖 吉林樹掛 H,2,O(g),H,2,O(s),臨界點(diǎn)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,氣,冰,C,一、水的相圖,AB 是氣-液兩相平衡線，即水的蒸氣壓曲線。它不能任意延長，終止于臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)p=2.2107Pa，T=647K，這時(shí)氣-液

6、界面消逝。高于臨界溫度，不能用加壓的方法使氣體液化。,AD 是氣-固兩相平衡線，即冰的升華曲線，理論上可延長至0 K四周。,AE 是液-固兩相平衡線，當(dāng)C點(diǎn)延長至壓力大p=2108Pa時(shí)，相圖變得簡單，有不同構(gòu)造的冰生成。,A,B,D,E,C,p,T,610.16Pa,0.0098,o,C,水,氣,冰,一、水的相圖,AC是BA的延長線，是過冷水和水蒸氣的介穩(wěn)平衡線。由于在一樣溫度下，過冷水的蒸氣壓大于冰的蒸氣壓，所以AC線在AD線之上。過冷水處于不穩(wěn)定狀態(tài)，一旦有分散中心消失，就馬上全部變成冰。,A點(diǎn) 是三相點(diǎn)triple point，氣-液-固三相共存，=3,f=0。三相點(diǎn)的溫度和壓力皆由系

7、統(tǒng)自定。,H,2,O,的三相點(diǎn)溫度為,273.16 K,，壓力為,610.16 Pa,。,A,B,D,E,C,p,T,610.16Pa,273.16,水,氣,冰,一、水的相圖,A,B,D,E,C,p,T,p,T,1,T,2,Y,M,N,X,610.16Pa,273.16K,水,氣,冰,F,一、水的相圖,兩相平衡線上的相變過程,1處于f點(diǎn)的純水，保持溫度不變，逐步減小壓力，在無限接近于P點(diǎn)之前，氣相尚未形成，系統(tǒng)自由度為2。用升壓或降溫的方法保持液相不變。,一、水的相圖,在兩相平衡線上的任何一點(diǎn)都可能有三種狀況。,如AB線上的P點(diǎn)：,3連續(xù)降壓，離開P點(diǎn)時(shí)，最終液滴消逝，成單一氣相，f=2。通常

8、只考慮2的狀況。,一、水的相圖,2到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，氣相消失，在氣-液兩相平衡時(shí)，f=1。壓力與溫度只有一個(gè)可變。,三相點(diǎn)與冰點(diǎn)的區(qū)分,三相點(diǎn)是物質(zhì)自身的特性，不能加以轉(zhuǎn)變，如H2O的三相點(diǎn)T=273.16K，p=610.62Pa。,冰點(diǎn)是在大氣壓力下，水、冰、氣三相共存。當(dāng)大氣壓力為105Pa時(shí)，冰點(diǎn)溫度為273.15，轉(zhuǎn)變外壓，冰點(diǎn)也隨之轉(zhuǎn)變。,A,B,D,E,C,p,T,610.16Pa,273.16K,水,氣,冰,一、水的相圖,A,一、水的相圖,三相點(diǎn)與冰點(diǎn)的區(qū)分,三條兩相平衡線的斜率均可由,Clausius-Clapeyron,方程或,Clapeyron,方程求得。,AB,線,斜率為正。,

9、AD,線,斜率為正。,AE,線,斜率為負(fù)。,A,B,D,E,C,p,T,610.16Pa,273.16K,水,氣,冰,一、水的相圖,兩相平衡線的斜率,其它相圖例舉：硫 的 相 圖,T,p,p,Y,X,液,氣,正交,鈄方,一、水的相圖,一、水的相圖,其它相圖例舉：CO,2,相 圖,化合物,熔點(diǎn)/,C,熔點(diǎn)時(shí)的蒸氣壓/kPa,順丁烯二酸酐,60,0.44,萘,79,0.9,苯甲酸,120,0.8,萘酚,122,0.33,苯酐,131.6,0.99,水楊酸,159,2.4,樟腦,179,49.3,一些有機(jī)化全物在熔點(diǎn)時(shí)的蒸氣壓,一、水的相圖,G,=0,d,G,(,),相,相,相,相,d,G,(,),

10、G,=0,T,p,T+,d,T,p+,d,p,明顯 dG()=dG(),dG=-SdT+Vdp,-S()dT+V()dp=-S()dT+V()dp,二、克勞修斯-克拉珀龍方程,V,(,)-,V,(,)d,p,=,S,(,)-,S,(,)d,T,S,m,和,V,m,分別是1mol,物質(zhì)由相變到相的熵變和體積變化.對(duì)于可逆相變:,Hm為相變潛熱,它說明白兩相平衡時(shí)p-T關(guān)系.,二、克勞修斯-克拉珀龍方程,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,:液體的飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)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、克勞修斯-克拉珀龍方程,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-氣平衡,此式稱為克勞修斯-克拉佩龍方程的微分形式.當(dāng)溫度變化范圍不大時(shí),Vap,H,m,或看成常數(shù),積分可得:,二、克勞修斯-克拉珀龍方程,為積分常數(shù).lnp1/T作圖應(yīng)為始終線,斜率為(-VapHm/R),如在間作

12、定積分,特魯頓(Trouton)規(guī)章:,二、克勞修斯-克拉珀龍方程,Tb為正常沸點(diǎn),此規(guī)章只適用于正常液體,即非極性液體,液體分子不締合液體,如液體苯,不適用于水(強(qiáng)極性液體).,解:,二、克勞修斯-克拉珀龍方程,例題.水在100oC時(shí) p*=1.013105Pa,VapH=2260Jg-1,計(jì)算:,(1)95oC時(shí)的p*水=?,(2)p=1.10105Pa時(shí)水的沸點(diǎn),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,只需要將液-氣平衡式中的,Vap,H,m,換成,Sub,H,m,二、克勞修斯

13、-克拉珀龍方程,2.固-氣平衡,今把一批裝有注射液的安瓿放入高壓消毒鍋內(nèi)加熱消毒，假設(shè)用151.99kPa的水蒸氣進(jìn)展加熱，問鍋內(nèi)的溫度有多少度373.15K時(shí)水蒸氣為101.325kPa，vapHm40.67kJmol-1,解：,Hm=fusHm;Vm=Vm(l)-Vm(s),Vm(g)和Vm(s)相差不多,不能無視.,二、克勞修斯-克拉珀龍方程,3.液-固平衡,T,1,T,2,將,fus,H,m,V,m,看成常數(shù),作定積分,解:,T/T,較,小,二、克勞修斯-克拉珀龍方程,例題:試計(jì)算-5oC,欲使冰熔化所需施加的最小壓力?,: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壓力6.84,10,6,Pa.,單擊網(wǎng)頁左上角“,后退,”退出本,