[理学]相平衡5版12学时-2012-02.ppt

子的混合物为两个相, 不同的晶型为不同相, 同一种 物质不论分散得多么细仍为一个相。 例题1 试说明下列平衡体系的自由度为若干？ (1) 25℃及 1p一 下 NaCl(s)与其水溶液平衡共存 f ** = C – Φ + 0 = C – Φ 例题2 碳酸钠与水可形成下列 3 种化合物: Na2CO3 . H2O Na2CO3 . 7H2O Na2CO3 . 10H2O (1) 说明在标准压力下与碳酸钠水溶液和冰平衡 共存的含水盐最多有几种？ (2) 说明30℃时与水蒸气平衡共存的含水盐最多 有几种？ (3) Φ = 3 时, f = 0 (无变量体系), 因此三相平衡在 p – T 图上是一个点, 称为三相点, 此时, 温度和压力均有确 定数值, 不能变化。 (2) T ? x 图 4、精馏 多次蒸馏称为精馏(分馏), 目的是为了把互溶的二组分 的混合液分离成两个纯组分。 通过二组分双液系的T ? x 图可说明精馏原理。 把组成为 x1 的液相取出, 放在另一容器中加热到 T2 , 使其再部分汽化，所得液相组成为 x2 , A 的含量又 提高了, 这样经过多次部分汽化, 可以得到纯 A。 三、部分互溶双液系的 T ? x 图 两种液体的性质差异较大时, 只有当一种液体的量 很少而另一种的量很大时, 才能形成均匀的一个相。 在大部分组成范围内它们只能部分互溶，体系将 分层形成两个液相且平衡共存。 部分互溶双液系也有 p ? x 图和 T ? x 图。 下面介绍在工业实际应用中更有意义的 T ? x 图。 根据实验结果知部分互溶双液系的 T ? x 图有四 种类型。 ? 具有最高临界溶解温度 如 水 ? 苯酚体系的 T ? x 图 各区相平衡如图所示。 先设物系点为T1 , 体系为液态水单相, 等温时向其 中加入苯酚, 物系点自左向右移动。 开始形成的是酚在水中的不饱和溶液, 单相。到达 a 点时, 酚在水中已达饱和, 饱和溶解度为o’点, 体系呈浑浊状态, 开始出现第二相, 即水在酚中的饱 和溶液, 其饱和溶解度为b′ 点。 继续加酚, 见体系分层, 呈上下两个液相平衡共存, 一个液相是富水层, 另一个是富酚层, 组成分别为o′ 和 b′ 点。 随着体系中酚含量的增大, 物系点继续向右移动, 在 b点前, 体系自始至终为两个饱和液相平衡共存, 只 是两个相的相对数量在变化, 富水层的量在减少, 而 富酚层的量在增多,两个相的数量比可通过杠杆规则 计算。 到达 b 点时, 富水层开始消失, 过了 b 点, 体系为水在酚 中的不饱和溶液, 单相。 若把温度从低到高逐渐变化, 发现酚在水中的溶解度沿 aC 线变化, 而水在酚中的溶解度沿 bC 线变化, 当温度 升至 TC 时, OC 线和 bC 线在 C 点会合, 在此点, 两个 液层有相同组成, 故形成单相溶液。 温度高于 TC 时, 水与酚能以任意比例互溶。 在这种体系中, 只要两种液体共存, 不论其相对数量如 何, 体系的总蒸汽压总是高于任一纯组分的蒸汽压, 而 沸点总是低于任一纯组分的沸点。见 p? x 图和 T ? x 图。 对于组成一定的体系, 还可以作出 p ? T 图。 下图为水和溴苯体系的 p ? T 图。在外压为 pΘ时, 溴 苯的沸点是 156 ℃, 水的沸点是 100 ℃ , 而水 ?溴苯体 系的沸点是 95 ℃。当把水蒸气通入溴苯中时, 加热到 95 ℃体系即开始沸腾, 溴苯与水一同馏出。冷却后分 当压力恒定在大气压力时, 相律为 f * = C － Φ + 1 在此只讨论 T? x 图。 T? x 图的制作方法有两种： 盐水体系的相图在工业生产中对物质提纯的工艺操 作具有指导意义。 热分析法是通过步冷曲线来绘制相图。 把组成一定的二组分体系加热融化, 再把熔融液缓 慢冷却, 体系温度随时间的变化曲线称为步冷曲线。 由于此时 Bi 和 Cd 同时析出, 所以固相的组成并不是 s4 点指示的 100% Cd, 而是纯晶态的 Cd和固态低共熔混 合物所形成的混合晶体, 所以，表示固相的点便从 s4 点 向 k4 方向移动。此时, 杠杆规则中的 k4 s4 线段会逐渐 缩短, 表明液相的量在逐渐减少。当固相混合物的组成 到达 k4 时, 固相混合物的组成就与体系的原组成相同, k4 s4 线段缩短为零, 表明液相完全消失。再