给水相平衡详解.ppt

第五章 多相平衡 本章主要内容 蒸发、冷凝，升华、凝华，结晶、溶解等一系列相变化过程。那么这些相变化过程有什么规律？ 一、相律：多相平衡所遵守的规律； 二、几种典型的相图： 系统的状态如何随温度、压力、浓度变化的几何图形。 §5.1 相律 (1) 相和相数Φ 1. 基本概念(1)相和相数Φ ： 例如系统中有C(s), H2O(g), CO2(g), CO(g), H2(g)共存， 例 NaCl-H2O系统 NaCl，H2O: S=2, R=0, R’=0, K=2 系统确定后，其组分数是确定的。 NaCl饱和水溶液，有NaCl(s)存在 S=6 ：NaCl(s), Na+, Cl－, H2O ,H+ , OH－, R=2：NaCl(s) = Na++ Cl－, H2O = H+ + OH－, R’=2: [Na+]=[Cl－], [H+]=[OH－], 电中性 [Na+]+[H+]=[Cl－]+[OH－]不是独立的, 所以 K=6– 2–2=2 (3) 自由度数 f 2. 相律 相律——联系K, Φ , f 之间关系的规律: f=K– Φ+2 例题1 碳酸钠与水可组成下列几种化合物 例题2 试说明下列平衡系统的自由度数为若干? §5.2 克劳修斯-克拉佩龙方程 单组分系统的相律 单组分 K=1 相律：f = 1– Φ + 2 = 3 – Φ 克拉佩龙方程 得 –Sm(?)dT + Vm(?)dp = –Sm(?)dT + Vm(?)dp 1. 气-液平衡 其中?Vm=[Vm(g) – Vm(l)] ?Vm(g) (忽略液体的体积) =RT/p (设气体为理想气体) 克劳修斯-克拉佩龙方程 不定积分: 经验规律（Trouton特鲁顿规则） 其中Tb: 正常沸点 条件：正常液体（非极性液体），液体分子状态与气相分子状态相同。 例题3 已知水在100℃时饱和蒸气压为1.00×105 Pa，气化焓为2260 J·g-1。试计算： 2. 固-气平衡 3.固-液平衡 § 5.3 水的相图 物质处在不同的状态，其热力学变量间可以用函数的形式表达，如§5.2讨论的clapeyron方程等，也可以用几何图形方式表达，这就是相图。 相图的坐标是热力学强度变量，如T、P、c (或x) 。 水的相图 2、单相区和三相点 三相点 (609Pa, 0.0098℃) 利用相图可以指出，系统的某个变量在变化时，系统将发生什么变化。 硫的相图 §5.4 完全互溶的双液系统(气液平衡) 二组分系统 相图特点： 沸点-组成图 沸腾区间： T1→T3 分馏原理：分馏是多次简单蒸馏的组合。 (2)第二类和第三类溶液的T-x图 最低恒沸混合物或最高恒沸混合物，升温过程中的两相平衡情况： 例题6 p?下，乙酸乙酯(A)-乙醇(B)沸点-组成相图如下 (1)当Ф =1， f = 2 ( T, p): 有两个自由度，所以在p-T图上应该是个面，由三条两相平衡线划分为液、固、气三个单相区。 (2) Ф =3， f = 0 : 在p-T图上只能是个点。 O点(609Pa, 0.0098℃) ——三相点 水 冰 气 C p T O A B 609Pa 0.0098℃ 三相点的温度和压力皆由系统自定。 三相点：纯组分气-液-固三相共存的点 三相点是体系的固有性质，对确定物质，它为定值。 在三相点时，气相为被自身固态、液态饱和了的纯蒸汽。 而通常水的冰点为0℃，为什么？ 答：1.当外压由609Pa变到p? 时，平衡时的温度也要改变，根据克拉贝龙方程（固液平衡），平衡温度改变0.0074℃。 （因外压增加，使凝固点下降） 2.通常水中溶入空气，成二组分稀溶液(空气在水中的浓度为：m= 0.0013 mol?kg-1，凝固点下降系数Kf=1.855 K?kg?mol –1) ，可根据凝固点下降计算得：冰点降低0.0024℃。 所以通常情况下水的冰点为0℃，比三相点的温度低0.0098℃ 。 冰点：在100kPa压力下被空气饱和了的水的凝固点。 冰点：在101325Pa压力下被空气饱和了的水的凝固点。 相律：f= 2 – Ф x?M: 冰, Ф =1, f =1 M:冰-水平衡, Ф =2, f=0, T不变 M?N: 水, Ф =1, f=1 N:水-气平衡, Ф =2, f=0, T不变 N? y: 气, Ф =1, f=1 例如p?下，温度由T1(x)?T2(y)时状态变化： C p T O A B 水 冰 气 1.四个单相面: 正