物理化学Lesson21-22 相平衡.doc

物理化学教案 类别 说明 内容 编号 按施教的顺序标明序号 21、22 教学课型 选择相应的教学课型 理论课 实验课 习题课 题目 标明章、节或主题 第六章 6.3、6.4 教学目标 包括掌握知识技能和发展学生能力思想 掌握相律的计算 掌握水的相图中点、线、面的物理意义 重点难点 大纲要求的重点及难度较大的难点 理解相律 教学方法 教学的方式、手段 讲授 指导 讨论 示教 课后作业 通过反馈客观评估教学目标是否达到 课后总结 反思教学过程中的结构安排和教学方法 参考书目 列出参考书籍等资料 《物理化学》第五版，傅献彩 授课日期 本堂课授课的时间 第六章 相平衡 复习 在化工生产中对原料和产品都要求有一定的纯度，因此常常需要对原料和产品进行分离和提纯。最常用的分离提纯方法是结晶、蒸馏、萃取和吸收等，这些过程的理论基础就是相平衡原理。 本章的内容分为两大部分，首先介绍各种相平衡系统所共同遵守的规律——相律和杠杆规则；然后介绍典型的单组分、二组分系统的基本相图。 基本概念 物种数(S)和组分数(C)：C=S-R-R’ 自由度(F)：在不引起旧相消失和新相生成的前提下，可以在一定范围内独立改变的变量（性质）称为系统的自由度，用符号F表示。 相率（如何确定系统的自由度） 独立变量数（自由度）=总变量数（T、P、P*S）-非独立变量数（方程式数）。 相率：F =C-P+2，外界影响因素：n=2 单组份系统相图 f =3－P。即F的极限值为0。因此可以说对于单组分体系其最多只有三相。 如何看相图： 静态：几条线几个点把相图分成几个区域 动态：恒压变温，恒温变压 §6.3 二组分理想液态混合物的气－液平衡相图 掌握二组分理想液态混合物的气－液平衡相图和液－固平衡相图， 二组分系统相率和相图概述 C=2，f=4-P，P大于等于1，所以自由度f最大为3。这三个变量通常是T，p 和组成 x。所以要表示二组分系统状态图，需用三个坐标的立体图表示。保持一个变量为常量，从立体图上得到平面截面图。 保持温度不变，得 p-x 图 较常用 保持压力不变，得 T-x 图 常用 保持组成不变，得 T-p 图 不常用。 这节课我们主要要讲的两张图就是二组分气液平衡的P-x，T-x图 二组分气液平衡相图： 相图很大程度上受到液体溶解度影响 二组分气－液平衡相图的分类：按两液体组分A、B之间相互溶解度的不同，区分为：液态完全互溶、液态部分互溶及液态完全不互溶三类。液态完全互溶系统又分为理想液态混合物和真实液态混合物。 液态完全互溶的理想系统为例。 理想液态混合物概念：两个纯液体可按任意比例互溶。每个组分都服从拉乌尔定律的系统，通常化学结构相似的化合物可形成此类系统。理想液态混合物的气－液平衡相图是气－液平衡相图中最有规律的、最重要的相图，是讨论其它气－液平衡相图的基础。 压力－组成图（温度不变） 对于理想液态混合物来说，符合拉乌尔定律 A组分的分压： ① B组分的分压 气相总压：P= （液相线） 恒温下，饱和蒸汽压为定值。以组成为横坐标，压力为纵坐标作图，以上三式可得三条直线。 温度：T，f=2-P+1=3-P 总压P，气相分压：PA，PB 气相组成：摩尔分数yA，yB，yA+yB=1 液相组成：xA，xB，xA+xB=1 两相平衡时自由度为1，也就是说只有一个独立变量，其他变量都与这个独立变量有确定的函数关系。若改变液相组成，气相组成和压力都应该是液相组成的函数。 若蒸汽为理想气体，道尔顿分压定律： ，带入可得到： ， ，饱和蒸汽压大即易挥发的组分在气相中的含量大于液相中的含量，反之亦然。 把液相组成x和气相组成y画在同一张图上就得到了p-x-y 图。 1、静态分析： 液相线：表示恒温下，系统压力（即气相总压P）与其液相组成（xB）之间的关系的线。液相线：p—x对理想液态混合物来说是直线。 气相线：表示气相总压与气相组成关系的线。 液相区：液相线以上的区域。液相线之上，系统压力高于任一混合物的饱和蒸气压，气相无法存在，是液相区。 气相区：气相线以下的区域。在气相线之下，体系压力低于任一混合物的饱和蒸气压，液相无法存在，是气相区。 气－液两相平衡共存区：在液相线和气相线之间的梭形区内，是气-液两相平衡。 特殊点： 系统点：相图中每个点都有明确的物理意义，系统点代表了系统总的组成和压力/温度 相点：相线上的点（如气相线上、液相线上）。 结线：两个平衡相点的连结线。 纯物质沸点、饱和蒸汽压 2、动态分析（实际相变过程）： 恒温降压