相平衡 物理化学资料.ppt

物理化学 任课教师：熊振海 zhxiong@shou.edu.cn QQ群：112104578 （学号+姓名加入） 答疑时间：周五下午第一大节 答疑地点：食品学院A115 千里之堤, 毁于蚁穴 引 言 引 言 §3.1 相律（Phase rule） 一、基本概念 如: 2 多相体系平衡的一般条件 3. 物种数S和组分数C C=S－R－R R是指独立存在的化学平衡数，若其中一个反应可由其它反应组合得到，则不是独立的。 例如在C(s)、CO(g)、CO2(g)和O2(g)组成的系统中可能存在反应： C(s)+(1/2)O2(g)=CO(g) C(s)+O2(g)=CO2(g) C(s)+CO2(g)=2CO(g) CO(g)+(1/2)O2(g)=CO2(g) 但只有两个反应是独立的即R=2，因为其中两个反应通过加减组合可得到其它反应。 C=S－R－R 其它浓度限制条件R通常是反应产生的产物符合一定比例（仅对同相有效，通常指气相，固相一般不考虑）或者人为指定而引起的个数. 例1 例2 4.自由度（degrees of freedom） 再例: 单组分系统： 水保持液态(单相)可在一定的温度、压力范围内任意变化； 而气液平衡(沸腾，两相)时压力一定温度(沸点)必一定，仅有一个可变； 当气液固（三相）平衡时，温度和压力均为一定值，不能变化。 因此，这三种情况下的自由度数分别称为2，1，0 二、 相律的推导 几点说明 几点说明： 例3 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 例：已知固体苯的蒸气压在273.15K时为3.27kPa,293.15K时为12.303kPa，液体苯的蒸气压在293.15K时为10.021 kPa，液体苯的摩尔蒸发热为34.17kJ·mol-1，求 （1）303.15K时液体苯的蒸气压； （2）苯的摩尔升华热； （3）苯的摩尔熔化热； § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 § 3.2 单组分体系的相图 3.3 二组分气液体系的相图及应用 p-x图 和 T-x图 理想的完全互溶双液系 3.3.1 理想的完全互溶双液系 杠杆规则（Lever rule） 蒸馏原理 精馏原理 精馏塔示意图 精馏原理 3.3.2 非理想的完全互溶双液系 上海海洋大学物理化学课件 精馏 精馏是多次简单蒸馏的组合。 精馏塔有多种类型，如图所示是泡罩式塔板状精馏塔的示意图。 精馏塔底部是加热区，温度最高； 塔顶温度最低。 精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。 3.3 二组分气液体系的相图及应用 上海海洋大学物理化学课件 原料进口 电加热器 低沸点产品 高沸点产品 3.3 二组分气液体系的相图及应用 上海海洋大学物理化学课件 用A、B二组分T-x图表述精馏过程。 取组成为x的混合物从精馏塔的半高处加入，这时温度为 ，物系点为O，对应的液、气相组成分别为 和 。 组成为 的气相在塔中上升，温度降为 ，有部分组成为 的液体凝聚，气相组成为 ，含B的量增多。 组成为 的气体在塔中继续上升，温度降为 ，如此继续，到塔顶，温度为纯B的沸点，蒸气冷凝物几乎是纯B。 3.3 二组分气液体系的相图及应用 上海海洋大学物理化学课件 3.3 二组分气液体系的相图及应用 上海海洋大学物理化学课件 组成为 的液相在塔板冷凝后滴下，温度上升为 。又有部分液体气化，气相组成为 ，剩余的组成为 的液体再流到下一层塔板，温度继续升高。如此继续，在塔底几乎得到的是纯A，这时温度为A的沸点。 精馏塔中的必需塔板数可以从理论计算得到。每一个塔板上都经历了一个热交换过程：蒸气中的高沸点物在塔板上凝聚，放出凝聚热后流到下一层塔板，液体中的低沸点物得到热量后升入上一层塔板。 3.3 二组分气液体系的相图及应用 上海海洋大学物理化学课件 (1)对拉乌尔定律发生偏差 由于某一组分本身发生分子缔合或A、B组分混合时有相互作用，使体积改变或相互