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物理化学第5章相平衡
第五章; 5.1 引言;气体,不论有多少种气体混合,只有一个气相.φmax=1;2、物种数S和组分数C;例: 由PCl5(s)分解建立如下平衡:
PCl5(s)= PCl3(g)+ Cl2(g)
有 x(PCl3) = x(Cl2) R·’ = 1
则 C = S-R-R·’ = 3-1-1 = 1;3、自由度(degrees of freedom) 确定平衡系统的状态所必须的独立强度变量数称为自由度,用字母 f 表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。;(1)热平衡条件:设系统有 个相,达到平衡时,各相具有相同温度;(4) 化学平衡条件:化学变化达到平衡;相律的表示式:;自由度=总变量数 – 方程式数;如果还能建立R个化学平衡和R’个浓度关系式;作业:2、4;5.4 单组分系统的相平衡; 单组分系统的自由度最多为2,单组分双变量系统的相平衡可用平面图(相图)表示,相图中表示系统的状态的点称物系点。;单组分系统的相图的大致情况;; 在指定温度T、压力p下,假设α、β两相成平衡;因此有:;克劳修斯-克拉佩龙方程;积分式:;(3) 对固 - 液平衡;已知水在373K时的饱和蒸气压为1.013×105pa,气化热
为2260J.g-1,试计算:
(1)水在368K时的饱和蒸气压;
(2)水在1.10×105pa时的沸点.;三、水的相图;OA 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 ,这时气-液界面消失。
高于临界温度,不能用加压的方法
使气体液化。;OD 是AO的延长线,是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。因为在相同温度下,过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压,所以OD线在OB线之上。过冷水处于不稳定状态,一旦有凝聚中心出现,就立即全部变成冰。;两相平衡线的斜率;三相点与冰点的区别;冰点温度比三相点温度低 是由两种因素造成的:;在 T,p时 ;结论:;二组分系统相律的一般形式:;拉乌尔定律;拉乌尔定律也可表示为:溶剂蒸气压的降低值与纯溶剂蒸气压之比等于溶质的摩尔分数。;一、理想的完全互溶双液系;这是 p-x 图的一种,把液相组成 x 和气相组成 y 画在同一张图上。A和B的气相组成 和 的求法如下:; 如果 ,则 ,即易挥发的组分在气相中的成分大于液相中的组分,反之亦然。;(3) T-x图; 用 的方法求出对应的气相组成线。;二、杠杆规则; 液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算,即以物系点为支点,支点两边连结线的长度为力矩,计算液相和气相的物质的量或质量,这就是可用于任意两相平衡区的杠杆规则。即;或;三、蒸馏(或精馏)的基本原理; 如:有一组成为x1的A,B二组分溶液,加热到T1时开始沸腾,与之平衡的气相组为y1,一旦有气相生成,;精馏;用A、B二组分T-x图表述精馏过程。;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。;作业:13、16;四、非理想的二组分液态混合物;(1) 正偏差(或负偏差)不大的系统;(2)正偏差很大,在p-x图上有最高点;正偏差很大;最低恒沸混合物; 如果把它对应的气相组成线也画出来,分别得到对应的p-x(y)图和T-x(y)图,这时液相线已不再是直线。; 具有最低恒沸点的相图可以看作由两个简单的T-x(y)图的组合。在组成处于恒沸点之左,精馏结果只能得到纯B和恒沸混合物。组成处于恒沸点之右,精馏结果只能得到恒沸混合物和纯A 。;作业: P338 18 ;(3)负偏差很大,在p-x图上有最低点;最高恒沸点混合物;五、部分互溶的双液系; 帽形区外,溶液为单一液相,帽形区内,溶液分为两层。;部分互溶的双液系;在 温度(约为291.2K)以下,两者可以任意比例互溶,升高温度,互溶度下降,出现分层。;部分互溶的双液系;部分互溶的双液系;部分互溶的双液系;六、不互溶的双液系;水蒸气蒸馏;不互溶的双液系;馏出物中两组分的质量比计算如下:;七、简单的低共熔二元相图; 首先将二组分系统加热熔化,记录冷却过程中温度随时间的变化曲线,即步冷曲线(cooling curve)。当系统有新相凝聚,放出相变热,步冷曲线的斜率改变。 ,出现转折点; ,出现水平线段。据此在T-x图上标出对应的位置,得到低共熔T-x图。;Cd-Bi二元相图的绘制;2. 作含20?Cd,70? Cd的步冷曲线。; 至D’点,熔液全部凝结为Bi(s)和Cd(s),温度又开始下降;;3.作含40?Cd的
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