二组分典型系统相图的演变规律及其应用_葛华才
物理化学课件二组分相图相图资料
压力-组成图(p-xB图) 温度-组成图(T- xB图) 杠杆规则 二组分真实液态混合物的气-液平衡相图
1
将吉布斯相律应用于二组分系统 ( C = 2 )
f = 2-+2=4-
min=1,fmax=3 最多3个独立变量(T, p, x)
指定温度,则有压力-组成图 ; 指定压力,则有温度-组成图 .
10
• 甲苯(A) - 苯(B)系统在 p = 101.325 Pa下 沸点与两相组成的关系
沸点 t / ℃ 液相组成 xB(L) 气相组成 xB(G)
110.62
0
0
108.75
0.042
0.089
104.87
0.132
0.257
103.00
0.183
0.384
101.52
0.219
0.395
97.76
• 露点: 气相降温至开始 凝结的温度.
• 区分系统点与相点,会 读系统总组成与相组 成.
沸点-组成图
12
苯和甲苯的 压力-组成图 和 温度-组成图 的对比:
• 整体形状基本类似
• 点、线、 面的相对高低位置均颠倒!
13
杠杆规则
p
当系统在 M 点以 L, G 两相平衡时, 对B组分作物料衡算:
t 一定 l (A+B)
若pB* > p > pA*, 则 yB > xB, yA < xA. 可知:
饱和蒸气压不同的两种液体形成理想液态混合物成气-液平 衡时, 两相的组成并不相同, 易挥发组分在气相中的相对 含量大于它在液相中的相对含量.
气-液平衡时蒸气总压p与气相组成yB的关系:
结合式 p = pA* + (pB* - pA* ) xB 和式 yB = pB*xB /p 可得
物理化学葛华才答案
物理化学葛华才答案【篇一:物理化学复习提纲(i)】>(华南理工大学物理化学教研室葛华才)说明:通常的windows没有特殊的化学字符(如标准态、盐桥、液接界面等符号),因此在使用前最好下载有关的字库。
解压后把自定义字库eudc.*三个字库放入windows文件夹下,而其它字库放入windows\font文件夹下。
第一章气体第二章热力学第一定律与热化学第三章热力学第二定律第四章多组分系统热力学第五章化学平衡第六章相平衡第七-十二章第一章气体一.重要概念理想气体,分压,分体积,临界参数,压缩因子,对比状态二.重要关系式(1) 理想气体:pv=nrt , n = m/m(2) 分压或分体积: pb=cbrt=p yb(3) 压缩因子: z = pv/rt第二章热力学第一定律与热化学一、重要概念系统与环境,隔离系统,封闭系统,(敞开系统),广延量(加和性:v,u,h,s,a,g),强度量(摩尔量,t,p),功,热,内能,焓,热容,状态与状态函数,平衡态,过程函数(q,w),可逆过程,节流过程,真空膨胀过程,标准态,标准反应焓,标准生成焓,标准燃烧焓二、重要公式与定义式1. 体积功:?w= -p外dv2. 热力学第一定律:? u = q+w , du =?q +?w3.焓的定义: h=u + pv4.热容:定容摩尔热容 cv,m = ?q v /dt = (? um/? t )v定压摩尔热容 cp,m = ?q p /dt = (? hm/? t )p理性气体:cp,m- cv,m=r ;凝聚态:cp,m- cv,m≈0理想单原子气体cv,m =3r/2,cp,m= cv,m+r=5r/25. 标准摩尔反应焓:由标准生成焓? fhb? (t)或标准燃烧焓? c hb? (t)计算? rhm???= ? vb ? fhb? (t) = -? vb ? c hb? (t)6. 基希霍夫公式(适用于相变和化学反应过程)t2? rhm?(t2)= ? rhm?(t1)+t1? ? rcp,m dt7. 恒压摩尔反应热与恒容摩尔反应热的关系式qp-qv = ? rhm(t) -? rum(t) =? vb(g)rt8. 理想气体的可逆绝热过程方程:p1v1?= p2v2??, p1v1/t1 = p2v2/t2 , ?=cp,m/cv,m三、各种过程q、w、? u、? h 的计算1.解题时可能要用到的内容(1) 对于气体,题目没有特别声明,一般可认为是理想气体,如n2,o2,h2等。
2.6 两组分系统的相图-2
3
形成不稳定化合物的两组分系统
T a L+A TE E A+C A C C+B B b L+B
特点是: 所形成的不 稳定化合物没有确定 的熔点。 在没有完全熔化之前 就分解为另 (转熔温度) 就分解为另 外组成的液相和固相 分解温度称为异成分熔点 或转熔温度或不相合熔点 这类系统有: 这类系统有:
J
D
0 KNO3 (A)
423 H
F
x(TiNO3)
t
1 形成简单低共熔混合物的液固系统相图
0.4Cd 1.0Cd 1.0Bi 0.2Cd 0.7Cd b c d e a H A' A
F
T /K
Cd-Bi二元相图的绘制 p
A
H 596
熔化物(单相)
546
F C
熔化物+Cd(s)
C
B
413
D D' E
G
M
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
G 413 Bi(s)+熔化物 E B D Bi(s)+Cd(s)
1 形成简单低共熔混合物的液固系统相图
下面的小图标是金相显微 镜的观察结果 纯Bi(s)与纯Cd(s)有其自 身的金属结构 后析出的固体镶嵌在先析 出固体的结构之中 低共熔物有致密的特殊结构,两种固体呈片状或粒状均 匀交错在一起,这时系统有较好的强度
2 形成稳定化合物的两组分系统
A和B两个物质可以形成:稳定或不稳定化合物 稳定或不稳定化合物 形成稳定化合物,包括稳 定的水合物具有的特点: 所形成的化合物在性质上相 当于一个纯组分,有确定的 熔点,且在完全熔化之前并 不分解,完全熔化后所得液 相与固相组成相同。
(NH 4 ) 2 SO 4 − H 2 O
二组分系统相图及其应用
线性关系
非线性关系 yB > xB
且 pB ≥ p ≥ p A
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液相线
气相线
(A)甲苯--苯(B)
(A)甲苯--苯(B) 上页 下页 返回
p、 x B p T一定 气-液平衡 f =1 f =2
液
pB
80 60 40 20 0.0 0.2 0.4
p= p 0
气 液
5
mol, 组成为 xB = 0.4 相的量为 。 5 mol,组成
为 xB = 0.8
xB
0.6
0.8
1.0
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液 态 部 分 互 溶 双 液 系
水(A) 苯酚(B) 20℃ 100g水 苯酚的水溶液 水在苯酚中的饱和溶液 WB%=10.67% 苯酚在水中的饱和溶液 WB%=72% 257 g<mB 水的苯酚溶液 上页 下页 返回
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液相点
物系点
0.8 10
固相点
1.0 50 40 30
s
t/℃
A的熔点下降曲线 f =1
B的熔点下降曲线 F=1
xB n
0.7
nL
ns
n l 1.0 0.8 s n 0.8 0.7
10mol =n + n 2 nl l 2 n = 6 mol s 3 n 1 s n = 3 mol 3
g sln
sln
sln1 + sln2
0
wB 上页 下页 返回
10 0
液态完全不互溶体系相图
t∕℃ t∕℃ p p 一定 一定
0 0
w wB B 上页 下页 返回
二、II二组分系统相图(新)
图3-3为H2O(A)CH3CHOH(B) 系统的 蒸气压-组成图。从图 中可以看出,在定温 (60℃)下,随着XB 的增大,系统的总压 增大,在 xB 0.92 处, 蒸气压出现最大值。 然后,随着XB的增大, 系统的总压减小。最 大值的蒸气总压既高 * 于 ,也高于 。 pA
* pB
y 位于最大值左侧的两相区, B xB ,而右侧的 两相区,yB xB ,在极大值处,气相线与液相线 相交,yB xB 。
2. 在p-x图中,液相线是直线,气相线是曲线,但在t-x图中, 液相线和气相线都是曲线;
p pB ,则 p p pB ; 3. 在p-x图上,当t一定时,若 A A
而在t-x图上,当p一定时,若 t t ,则 t A t t B , 这是因为沸点高的液体难挥发,蒸气压小,沸点低的液体 易挥发,蒸气压大,因此,在t-x图中,在同一温度下,气 液两相区的相组成 y B xB 。
3.2.1二组分液态完全互溶系统的
蒸气压-组成(p-x)图
若两个组பைடு நூலகம்在液态时以任意比例混合都能完全互溶,这 样的系统称为液态完全互溶系统。
1. 蒸气压-组成(p-x)曲线无极大和极小值的类型
这里所谓的无极大和极小值是指,两种组分不论以何种比 例混合,其气相的总压都在两种纯组分的饱和蒸气压之间。 以甲苯(A)-苯(B)二组分系统为例。取A和B以各种比 例配成混合物,所有样品都恒定在79.70℃下,然后测定 该温度下不同组成的混合物的蒸气压p、液相组成 x B 和 气相组成 y B ,所得数据如书上p128表3-2所示。然后,以 混合物的蒸气总压为纵坐标,以组成(液相组成xB,气相 组成yB)为横坐标绘制p-x(y)图(图3-2)。这种绘制 相图的实验方法,称为蒸馏法。
二组分体系相图及其应用.ppt
要完全描述二组分体系,就必须用三维坐标 ( T, p , xB )
描述二组分体系时通常固定一个变量,做成平面相图
T = 常数 P - x 图 (蒸汽压- 组成图) 较常用
P = 常数 T - x 图 (沸点 - 组成图)
常用
xB = 常数 T - p 图
不常用
条件自由度: f C 1 3
这样,将A 与B粗略分开。 一次简单蒸馏, 馏出物中B含量 会显著增加, 剩余液体中A组 分会增多。
精馏
精馏是多次简单蒸馏的组合。
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。
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。
(一)理想的二组分液态混合物
指两个纯液体可按任意比例互溶,并每个组分 全部浓度范围内都服从拉乌尔定律,及为理想的完 全互溶双液系,或称为理想的液体混合物,如苯和 甲苯,正己烷与正庚烷等结构相似的化合物可形成 这种双液系。
(1) p-x图
设 pA*和 pB*分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸 气压,p为体系的总蒸气压
T-x图在讨论蒸馏时十分有用,因为蒸馏通常 在等压下进行。T-x图可以从实验数据直接绘制。 也可以从已知的p-x图求得。
等温 P
P
x1
x2
x3
x4
B
xA
A
将组成与沸点的 P 等温
关系标在下一张以温
度和组成为坐标的图 P
上,就得到了T-x图。
x1
将x1 ,x2,x3和x4 的对应温度 连成曲线
§5-3 二组分体系相图及其应用
对于二组分体系 C 2
二组分体系相图及其应用
设有nAmolA与nBmolB混合后含A的摩尔分数为XA,,当 T1时,物系点在C点,气相总物质的量为n气,液相总物质 的量为n液。
n总 x A n液 x1 n气 x2
溶液中A的 总物质的量 因为 液相中A的 物质的量 气相中A的 物质的量
n总 n液 n气
n液 x A n气 x A n液 x1 n气 x2 n液 ( x A x1 ) n气 ( x2 x A ) n液 DC n气 CE
§5-3 二组分体系相图及其应用
对于二组分体系 根据相律
C2 f C 2
f C 2 4
由于研究的对象最少的相数为1,而自由度最小为0 所以当
f 2 3 f 1 4 f 0
1 2
f 3
max 4
最多可有四
相达平衡
f max 3
( T, p , xB )
等温 P
P
x1 B
x2 xA
x3
x4 A
将组成与沸点的 P 等温 关系标在下一张以温 度和组成为坐标的图 P 上,就得到了T-x图。
x1
x2
xA
x3
x4
A
B 将x1 ,x2,x3和x4 T 等压 的对应温度 连成曲线 * TB 就得液相组成线 。
* 和 TA 分别为A和 T B的沸点。显然 p *越 大, b 越低。 T
要完全描述二组分体系,就必须用三维坐标
( T, p , xB )
描述二组分体系时通常固定一个变量,做成平面相图
T = 常数 P - x 图 (蒸汽压- 组成图) P = 常数 T - x 图 (沸点 - 组成图) 较常用 常用
xB = 常数 T - p 图
二组分凝聚系统相图.
TB 以下是单一液相
0 水
0.2
0.4 0.6 0.8 1.0 质量分数 三乙基胺 水-三乙基胺的溶解度图
(3)同时具有最高、最低会溶温度 水和烟碱的溶解度图: 在最低会溶温度 Tc' (约334 K)以下和在最高会 溶温度 Tc (约481K)以上, 两液体完全互溶。 在这两个温度之间只能 部分互溶,形成一个完全封 闭的溶度曲线,曲线之内是 两液相共存区。
杠杆规则(Lever rule)
在T-x图上,由nA和nB混合成的物系的组成为xA 加热到T1温度,物系点C 落在两相区 DE线称为等温 连结线 落在DE线上所有 物系点的对应的液相和
T /K
* Tb,B
g
定压 F
T1
C
D
E
g-l
* Tb,A
l
气相组成,都由D点和
E点的组成表示。
B
x1
xA
xA
x2
f*=2
双变量系统 单变量系统 无变量系统
F = 2 F = 3
f*=1
f*=0
1. 热分析法
首先将二组分固相系统加热熔化,记录冷却过
程中温度随时间的变化曲线,即步冷曲线 当系统有新相凝聚,放 出相变热,步冷曲线的斜
f* 2
率变小
出现转折点
T
f 1
*
f * 1
f* 0
f * 1
出现水平线段
A
液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算
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 这就是杠杆规则,可用于任意两相平衡区
nl CD ng CE
或 ml CD mg CE 若已知
物理化学完整二组分体系相图ppt课件
可编辑课件
18
§ 6.2 单组分体系的相图
单组分体系的相数与自由度
C=1 f =3-P 当 P=1 单相
P=2 两相平衡
f 2 双变量体系
f 1 单变量体系
P=3 三相共存
f 0 无变量体系
单组分体系的自由度最多为2,双变量体系 的相图可用平面图表示,通常用P-T图来描述。
可编辑课件
19
6.2.1 水的相图
相律(phase rule)根据多相平衡的热力学条件,结合 相平衡实验研究温度、压力、组成如何来影响多组分多 相平衡状态
相图(phase diagram)表达多相体系的状态如何随温
度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形,称为
相图。
可编辑课件
3
§ 6.1 Gibbs相律
•基本概念 •相律 •相律的推导 •相律的意义
说明:不同物质在同一相中的浓度限制条件 R’=0 C a C O 3 ( s ) → C a O ( s ) + C O 2 ( g )
b ) 独 立 的 化 学 反 应 数 “ R ” 表 示
化 学 平 衡 时 , 平 衡 可常 编辑课数 件 限 制 浓 度 8
自由度 (degrees of freedom)
相变摩尔熵 相变摩尔体积
得:
Si,m
Hi,m T
dP H i,m
dT
T可编V辑课i件,m
Clapeyron equation
适用于纯物质两相
平衡
30
6.2.2 Clapeyron方程
在一定温度和压力下,任何纯物质达到两相平 衡时,蒸气压随温度的变化率可用下式表示:
dp H dT T V
H为相变时的焓的变化值,V为相应的体积变化值。 这就是克拉贝龙方程式(Clapeyron equation)。d p 变化 值就是单组分相图上两相平衡线的斜率。 d T
华南理工大学考试教材
华工和物化专业课共分为两批,分别是工科物化二和理科物化一,工科物化二最近已经不要求统计热力学内容参考书工科类(非化学类专业)教材:1. 葛华才,袁高清,彭程编. 立体化《物理化学》. 高等教育出版社,2008年下半年将由出版。
配套光盘内容含:教材题解,复习题要,2000-2008年历年研究生题解及本科生典型题解,模拟练习题等。
2. 天津大学物理化学教研室编,王正列,周亚平修订。
物理化学(上下册):第四版。
北京:高等教育出版社。
2001年。
主要教材。
理科类(化学专业)教材:1.南京大学化学化工学院傅献彩等编,物理化学:第五版(上,下册). 北京:高等教育出版社,2005,2006。
主教材实验教材1.华南理工大学物理化学教研室编。
物理化学实验。
广州:华南理工大学出版社,2003年。
主教材2. 复旦大学等编.《物理化学实验》。
北京:高等教育出版社,1993年下载地址:华南理工物化真题PDF及DOC下载好的话,请回个贴,呵呵~~~~/d/e68c5bc59ec0c0bc8ca006154b2bc2fdfac48a1deecb3600华南理工大学物化学习专貼(也有部分化原资料)前言:华工的化工专业这两年很火,难度高于大工,也不低于天大,所以报考时要小心,我认为华东理工的性价比很好,入学难度比较小。
所以我认为如果你想上华工,而且能拿到全免加补助最好奔向最少350分,甚至不少于380分的目标去,低于340分的有可能只是陪太子读书的角色,所以这个分数段的考生复试一定要付出更多努力。
个人意见:清华>中科院(大物所,上有机所)>浙大>天大>华工>大工>华理>北化和中石油>南工正题:华工和物化专业课共分为两批,分别是工科物化二和理科物化一,工科物化二最近已经不要求统计热力学内容。
在2005年以前个人认为无论是工科还是理科物化出题难度较小,而且风格不变,不适合考研这种选拔性的考试,但2006年以后,个人就无法把握规律了。
物理化学64学时各章总教案
教案完成时间:2007 年2 月 课程名称 教 研 室 使用教材 使用课件
物理化学
化学学院物理化学教研室 教材配套 授 课 章 节 标 题
授课年级及专业 教师姓名
高分子材料本科2005级 葛华才 职称 教授
《物理化学》(多媒体版),高等教育出版社 总教学学时 教材起始页码 教学特点 64 教学学时
教学内容
教学要求
理 解 内 容 了 解 内 容
教学要点
重 点 难 点
0. 引言 (0.3 学时) 1. 拉乌尔定律和亨利定律(0.5 学时) 2. 偏摩尔量(1.2 学时) 定义。广延量与偏摩尔量的关系。摩尔量与偏摩尔量的关系 3. 化学势与多组分系统的热力学基本方程(0.8 学时) 化学势的定义。多组分系统的热力学基本方程。化学势判据 教学进程 4. 气体物质的化学势(0.5 学时) ) 5. 理想液态混合物各组分的化学势(0.7 学时 学时) 理想液态混合物的定义,任一组分的化学势。混合性质 ) 6. 理想稀溶液各组分的化学势(0.5 学时 学时) ) 7. 理想稀溶液的依数性(1.2 学时 学时) 蒸气压降低。凝固点降低。沸点升高。渗透压与反渗透 8. 真实液态混合物和真实溶液各组分的化学势(0.3 学时) 采用对比方法引出理想气体、理想混合物及理想稀溶液的溶质和溶剂的化学势, 同时引出对应实际系统的化学势表达式及标准态。 拉乌尔和亨利定律【1-2】:1,2 理想液态混合物【6,9-10】: 6,10 凝固点下降【8-8】: 8 渗透压【11-13】: 12 偏摩尔量【3-5】: 5 沸点升高【7-7】: 7 蒸气压下降【】: 化学势【14】
注意问题 课后作业 (括号为选 做题) 教学后记
反应过程A ,G【17-19】 :17,18 克氏,克-克方程【22-24】:22,23
二组分金属相图
二组分金属相图二组分金属相图的背景和重要性二组分金属相图是研究金属合金系统中不同成分的相变行为和相组成的重要工具。
金属相图的研究对于金属材料的设计、合金的制备以及材料性能的调控具有重要意义。
通过分析金属相图,可以了解金属合金中的相变温度、相组成以及相稳定性等关键信息,为合金的开发和应用提供重要参考。
金属相图是通过对不同成分的金属合金进行实验研究得到的,通常以成分百分比为横坐标,温度为纵坐标。
在相图中,不同相的出现和消失可以通过相线来表示,相线上的点表示相变发生的温度和相组成。
金属相图可以提供一系列重要信息,如相区的稳定性、相变温度和相平衡的位置等,从而指导金属合金的制备和性能优化。
在工程领域,二组分金属相图的应用十分广泛。
例如,在材料设计中,通过控制金属合金的相变行为和相组成,可以调节合金的硬度、强度、韧性等力学性能,提高材料的耐热性、耐腐蚀性等化学性能。
此外,金属相图的研究还有助于了解金属合金的相变机制和相稳定性,从而为金属材料的加工和使用提供科学依据。
总之,二组分金属相图对于金属材料的研究和应用具有重要意义。
通过对金属相图的深入研究,我们可以了解金属合金的相行为和相平衡规律,为合金的制备和性能调控提供指导和参考。
二组分金属相图是研究两种金属元素在不同温度和成分下形成相组成关系的图表。
它记录了两种金属在不同比例和温度下所形成的相的类型、组成和相对稳定性。
相区域:相图中的相区域表示了两种金属元素以及它们的相互溶解度。
相区域通常用不同的颜色或符号来表示。
相线:相图中的相线表示了不同相之间的平衡关系,即在相线上表示的两个相处于平衡状态。
相线可以是固相线、液相线或气相线,取决于相图涉及到的温度范围。
相点:相图中的相点表示了相变点,即两种金属在特定温度和成分下发生相变的点。
相点可以是共晶点、共熔点、共析点等。
二组分金属相图的基本特征可以帮助我们了解金属间的相互作用和相变规律,对于金属合金的设计和工艺优化具有重要意义。
二组分体系的相图及应用.ppt
在p-x图上有最高点者,在T-x图上就有最低点,这 最低点称为最低恒沸点(minimum azeotropic point)
非理想的完全互溶双液系
最低恒沸混合物
在T-x(y)图上,处在最 低恒沸点时的混合物称为最低 恒沸混合物(Low-boiling azeotrope)。它是混合物而不 是化合物,它的组成在定压下 有定值。改变压力,最低恒沸 点的温度也改变,它的组成也 随之改变。
)
xA
已知
p* A
,pB*
,x气
相组成求出,画在 p-x 图上就得 p-x-y 图。
理想的完全互溶双液系
如果
p* A
p* B
,则 yA xA ,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。
在等温条件下,p-x-y 图分为三个区域。在液相 线之上,体系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。
计算出对应的气相组成,分 别画出p-x(y)图和T-x(y)图。如图 (b),(c)所示。
在p-x图上有最低点,在T-x图上就有最高点,这 最高点称为最高恒沸点(maximum azeotropic point)
非理想的完全互溶双液系
最高恒沸点混合物 在T-x(y)图上,处在最
高恒沸点时的混合物称为最 高恒沸混合物(high-boiling azeotrope)。
n(l) (0.5 0.2) n(g) (0.7 0.5)
n(g) 1.5n(l)
又 n(总) n(g) n(l) 10
则 n(l) 4mol (其中含B 0.8mol,含A 3.2mol) n(g) 6mol(其中含B 4.2mol,含A 1.8mol)
物理化学葛华才上课布置的课后习题详细答案(含64学时)
2
葛华才等编.《物理化学》 (多媒体版)教材的计算题解.高等教育出版社
解:据题意,1mol 理想气体的状态变化框图如下:
1mol T1=500K p1=1.0MPa
Q=0
T2 p2=0.1MPa
dV=0
T3=500K p3
因为 T3=T1,理想气体的始终态的内能和焓相同, 故 U=0,H=0 又 Q1=0,U1=W1 即有 nCV, m(T2-T1)= -p2(V2-V1)= - (nRT2-nRT1P2/p1) T2= T1 (CV, m+Rp2/p1) /(CV, m+R)= {500× (20.786+8.315× 0.1/1.0)}K/(20.786 +8.315)=371.4K W=U1 = nCV, m(T2-T1) = 1mol× 20.786 J·K-1·mol-1× (371.4K-500K)=-2673J 因为恒容,所以 W2=0。 整个过程: W=W1= -2673J,Q=-W=2673J 17. 300K、16g 的氧气经绝热可逆过程从 10dm3 压缩到 6dm3,然后再经等温可逆膨胀使体积复原, 求该过程的 W、Q、U 和H。已知 Cp,m=7R/2,O2 视为理想气体。 解:据题意,氧气的状态变化框图如下:
3
葛华才编.《物理化学》 (多媒体版)上课布置的计算题解.
解:据题意,在 101325Pa 下 1mol 水的状态变化框图如下: t1=25℃ H2O(l) t2=100℃ H2O(l) t2=100℃ H2O(g) t3=200℃ H2O(g)
(1)
(2)
(3)
(1) 为液态水的恒压升温过程 H1=nCp,m(l)(T2-T1)=1mol×75.29 J· K-1· mol-1× (373K-298K)=5.647kJ (2) 为水的平衡相变过程: H2=nvapHm≈nvapHm =40.637kJ (3) 为水蒸气的恒压升温过程: H3=nCp,m(g)(T3-T2)= 1mol× 33.58 J· K-1· mol-1× (473K-373K)=3.358kJ 对于整个过程而言: H=H1+H2+H3=5.647 kJ +40.637kJ +3.358 kJ =49.642 kJ Qp=H= 49.642kJ U=H-pV≈H-pV(g,终)= H-nRT(,终态)=(49.62-1*8.315*0.47315)kJ=45.686kJ W=U-Q=45.686-49.642=-3.956 kJ 考虑到实际加热水的过程与上框图类似,分步计算各过程的 Q 和 W 再累加,亦可认为正确。当然 Q 和 W 是过程量,应与实际过程有关。 21. 在 298.15K 时,使 4.6 克的乙醇(摩尔质量为 46g/mol) 在弹式量热计中恒容燃烧,放出 136.68kJ 的热量。忽略压力对焓的影响。
二组分液液平衡系统相图讲义
7.5%<wB<71.2%
共轭溶液
11.5%<wB<62.0% 18.5%<wB<50.0%
二组分液液平衡系统相图
71.2%<wB<100%
水的酚溶液
62.0%<wB<100% 50.0%<wB<100%
第五节 二组分液-液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度
共轭溶液: T一定时,部分互溶的溶液浓度超过
FK 12 1 12
表示在此温度以上,水与苯酚可以任意比例混溶而不分层,则C 点称为临界点,C点所对应的温度称为“最高临界溶解温度” 。
从上述图中可以看出:AC线相当于苯酚在水中的溶解度曲 线,BC线相当于水在苯酚的溶解度曲线
二组分液液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度
水-苯酚系统溶解度图
况下,共轭溶液的组成是确定的。 因为这时自由度: f= C + 0 = 22 + 0 = 0 • 而在压力一定的条件下,共轭溶液 的组成将随温度的不同而改变,因 为这时,自由度:
f= C + 1 = 22 + 1 = 1 右图中即为水-酚体系在恒压下的温度-组成图。
二组分液液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度
二组分液液平衡系统相图
第五节 二组分液-液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度 二、部分互溶液体的蒸馏 三、不互溶的液-液系统—水蒸气蒸馏
二组分液液平衡系统相图
第五节 二组分液-液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度
当两种液体性质上有明显的不同,体系的行 为比之理想溶液有很大的偏差时,会发生“部分互 溶”的现象,即一液体在另一液体中只有有限的溶 解度。
二组分系统相图的分析和应用毕业论文
JIANGXI NORMAL UNIVERSITY本科论文(2010—2014年)二组分系统相图的分析和应用Analysis and application of the two component phase diagram 姓名:冯蓉梅学号:1007032025学院:化学化工学院专业:化学教育指导老师:熊丽华老师2014年4月中文摘要分析和探究二组分系统相图,重点研究完全互溶双液系统,部分互溶双液系统,完全不互溶双液系统,以及简单低共熔二组分系统,形成化合物系统等相图,对这些相图进行分析,总结。
从而运用到实际化工生产和生活当中,如在双液系统中寻找到蒸馏和精馏和水蒸气蒸馏的操作原理,在简单低共熔混合物的相图分析中通过步冷曲线的分析找到检查金属纯度的方法,提纯金属,制备低共熔合金,制备低共熔点的熔融电解质的方法等,在二组分盐水系统的相图探究中找到粗盐提纯的方法,和如何制备冷冻剂,等等。
二组分系统相图的研究对我们的生活有重大的意义。
关键词:二组分系统相图双液系最低共熔点蒸馏步冷曲线AbstractPhase diagram analysis and probe into two component system, focuses on complete miscibility double fluid system, partial miscibility double fluid system, no miscibility double fluid system, and simple eutectic two component system, forming compound system phase diagram, the phase diagram analysis and summary. To apply to the actual chemical production and life, as in double fluid system to find the distillation and distillation and steam distillation, the operating principle of the simple eutectic phase diagram analysis through the analysis of the cooling curve of the find a way to check the purity of metal, purification of metals, preparation of eutectic alloy, the preparation of low melting point of the molten electrolyte, etc., in the two component found in brine system phase diagram into coarse salt purification method, and how the preparation of coolant, etc..Two component system phase diagram of the study is of great significance for our life.Key words:Two component phase diagrams double fluid system The minimum total melting point distillation The cooling curve目录中文摘要 (I)Abstract (II)目录........................................................................................................................................... I II 引言 (1)1 二组分液-液系统相图的分析和运用 (1)1.1完全互溶的双液系统 (1)1.1.1完全互溶双液系统相图的分析 (1)1.1.2完全互溶双液系统相图的应用 (3)1.2部分互溶的双液系统 (5)1.2.1部分互溶双液系统相图的分析和应用 (5)1.3完全不互溶的双液系统 (5)1.3.1完全不互溶双液系统相图的分析 (5)1.3.2完全不互溶双液系统相图的应用 (6)2 二组分固-液系统相图的分析和运用 (7)2.1简单低共熔系统 (7)2.1.1简单低共熔系统相图的分析 (7)2.1.2简单低共熔系统相图的应用 (9)2.2有固态化合物生成的固液系统 (10)2.2.1生成稳定化合物系统的相图分析 (10)2.2.2生成不稳定化合物系统的相图分析 (10)2.2.3有固溶体生成的固液系统相图的分析 (11)2.2.4有固溶体生成的固液系统相图的应用 (11)结语 (13)参考文献 (14)致谢 (16)引言用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何、不同的相的相对量是多少,以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图叫相图。
二组分凝聚系统相图PPT课件
杠杆规则(Lever rule)
在T-x图上,由nA和nB混合成的物系的组成为xA 加热到T1温度,物系点C 落在两相区
DE线称为等温 连结线
T /K
T* b,B
落在DE线上所有 T1 D
物系点的对应的液相和
气相组成,都由D点和
x1
E点的组成表示。
B
g
C
g-l
l
xA
xA
定压 F
E
T* b,A
第六章 相平衡
6.1 相律 6.2 单组分系统的相图 6.3 二组分液态混合物的气-液平衡相图 6.4 二组分凝聚系统相图 6.5 二组分系统复杂相图的分析
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上次课内容回顾
相律
f = C- F + 2
如果已指定某个强度变量,除该变量以外的其 它强度变量数称为条件自由度,用 f * 表示。
水和烟碱的溶解度图:
(约33在4 K最)以低下会和溶在温最度高T会c'
溶温度 Tc (约481K)以上,
两液体完全互溶。
在这两个温度之间只能 部分互溶,形成一个完全封 闭的溶度曲线,曲线之内是 两液相共存区。
T/K
等压
Tc'
473
c'
453
两相 413
373
Tc
单相
c
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
p* A
高恒沸混合物
A
它是混合物而不是化合
物,其组成在定压下有定值。
改变压力,最高恒沸点的温
T T*
度及组成也随之改变。
A
A
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l
定温
p* B
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第24卷 第4期大学化学2009年8月二组分典型系统相图的演变规律及其应用葛华才(华南理工大学化学与化工学院化学系 广东广州510641)摘要 分析了二组分典型系统的溶解性变化引起相图的演变规律,同时应用于实际教学中,达到了既可减少课堂授课时间,又可使学生较好地掌握各类典型相图特点和变化规律的目的。
相平衡是物理化学课程中重要的一章内容,对了解物质的分离、提纯及吸附等原理有着重要的指导作用。
但是,教学实践表明,学好相图比较困难,主要原因是相图种类较多,内容杂乱而难以记忆;另一方面,由于课堂授课时间缩减,进一步加大了教学难度。
因此,如何使学生能够更好更快地了解和认识相平衡与相图的基本理论和规律,掌握分析和阅读实际相图的方法和技巧,利用相图基本原理分析典型系统相图的相变化规律及其实际应用,是教师在授课过程中必须解决的问题。
近年来,已有一些教师从不同角度对相平衡内容的教学进行了探讨[1-2]。
考虑到二组分系统相图是相平衡一章的主要教学内容,亦是较难理解的内容,本文作者曾提出利用左右边界线区分该类平面相图区域的相态数[3]。
本文将探讨二组分典型系统平面相图的演变规律,并介绍其应用于实际教学时的效果。
1 二组分气-液典型系统相图的演变规律对于二组分气-液系统,由于气相组分间一般能形成均匀的混合物而表现为单相(或称气态溶液),液相则有所不同,根据二组分间的性质(主要体现在分子的结构和分子间的相互作用力)差异由相近逐渐变大,液相的溶解性由完全互溶变成部分互溶或完全不互溶,液相相态则从完全单相变成部分区域两相或完全两相。
因此,二组分气-液系统常根据液相的溶解性分为液相完全互溶、液相部分互溶和液相完全不互溶三大类系统。
这些系统的平面相图又分为压力(蒸气压)-组成和温度(沸点)-组成图,下面分别介绍这些典型相图的来源及演变特征。
1.1 液相完全互溶气-液典型系统的蒸气压-组成图这类相图是恒温相图,主要有理想液态混合物、一般正偏差或负偏差,最大正偏差或最大负偏差等系统相图,图1给出了其典型相图及其演变规律。
理想液态混合物的相图可基于液相服从拉乌尔定律绘制而成。
在某恒定温度下,设二组分A和B形成的理想液态混合物含B为x B,纯A和B液体的饱和蒸气压分别为p*A和p*B,且B组分易挥发,即有p*B>p*A,根据拉乌尔定律可得到气相压力和组成的关系:p A=p*A(1-x B),p B=p*B x Bp=p A+p B=p*A+(p*B-p*A)x B p*By B=p B/p=p*B x B/(p*A+(p*B-p*A)x B) x B29因此可知,p-x B关系即液相线POQ为直线,p-y B关系即气相线PRQ为曲线且位于液相线的右方,具体得到的相图见图1(a)。
一般正偏差系统是其蒸气总压高于理想液态混合物且处于两个纯组分的饱和蒸气压之间的系统,最大正偏差系统是其蒸气总压在一定组成范围内高于易挥发组分的饱和蒸气压的正偏差系统。
因此,一般正偏差系统的相图相当于理想液态混合物系统的液相线POQ和气相线PRQ中间部分往上偏移但低于易挥发组分B的饱和蒸气压点Q的情形,如图1(b);而最大正偏差系统的相图相当于一般正偏差系统相图的液相线POQ和气相线PRQ中间部分往上偏移至高于点Q并且切于最高点O的情形,如图1(c)。
类似地,一般负偏差系统是其蒸气总压比理想液态混合物低且处于两个纯组分的饱和蒸气压之间的系统,最大负偏差系统是其蒸气总压在一定组成范围内比难挥发组分的饱和蒸气压还小的负偏差系统。
因此,一般负偏差系统的相图相当于理想液态混合物系统的液相线POQ和气相线PRQ中间部分往下偏移但高于难挥发组分A的饱和蒸气压点P的情形,如图1(d);而最大负偏差系统的相图相当于一般负偏差系统相图的液相线POQ和气相线PRQ中间部分往下偏移至低过点P并且切于最低点R的情形,如图1(e)。
根据相图的上述演变特征,很容易理解最大正偏差或最大负偏差系统相图中间的两个区域是两相(l+g)平衡区。
图1 液相完全互溶时气-液典型系统的蒸气压-组成图的演变规律(a)理想液态混合物系统;(b)一般正偏差系统;(c)最大正偏差系统;(d)一般负偏差系统;(e)最大负偏差系统。
1.2 液相完全互溶时气-液典型系统的沸点-组成图沸点-组成图是压力一定时测得的液相沸点与平衡气相和液相组成的关系图。
液相组成一定时,蒸气压越高,越易气化,液相沸点越低;另外,系统处于高压时呈液态,处于高温时呈气态。
因此,压力与温度对相态的影响近似为反因素,表现在相图的特征上可近似为通过平行于组成轴的轴CD互为镜像或倒反关系,见图2。
但两者不是完全的倒反关系,所以沸点-组成图的液相线POQ不再呈线性。
30图2 理想液态混合物系统的沸点-组成图与蒸气压-组成图特征的近似倒反关系基于上述原理,很容易得到液相完全互溶时5种典型气-液系统的沸点-组成图,见图3。
一般正偏差系统的沸点-组成图是理想液态混合物相图中的气相线和液相线的中间部分往下偏移的情形,而最大正偏差系统的沸点-组成图是一般正偏差系统相图的气相线和液相线的中间部分继续往下偏移至低于易挥发组分的沸点且切于最低点O 的情形,该切点O称为最低恒沸点。
负偏差系统相图的演变特征与正偏差系统相反。
1.3 液相溶解性不同时气-液典型系统的温度-组成图气-液典型系统的温度-组成图根据液相溶解度不同可分为完全互溶、部分互溶、完全不互溶系统,其中液相完全互溶的气-液相图有5种类型,前面已作介绍(图3)。
根据液相部分互溶系统的液-液相图一般具有帽型线(或称抛物线)特征,所以其典型的气-液相图有3种类型,即图4(b )~(d)。
图4(b)是完全互溶系统相图4(a)中液相出现少量部分互溶区图3 液相完全互溶时气-液典型系统的沸点-组成图的演变规律(a)理想液态混合物系统;(b)一般正偏差系统;(c)最大正偏差系统;(d)一般负偏差系统;(e)最大负偏差系统。
(l 1+l 2)的情形;图4(c)是液相部分互溶区向上(同时可能向左、右)区域扩大至高会溶点S 与最低恒沸点O 接触,形成三相线FOG 的情形;图4(d)是纯组分B 的沸点低于两液相共沸温度的情形,即相当于图4(c)的点Q 下移至低于三相线FOG ,结果使区域(l 1+g)向右扩大,两液相共存区(l 1+l 2)减少。
液相完全不互溶的气-液系统相图4(e)相当于部分互溶典型相图4(c)的液相部分互溶区(l 1+l 2)向左右两边扩大至完全互溶区l 1和l 2消失的情形,这时l 1相不再含B 即为纯A 相l A ,l 2相不再含A 即为纯B 相l B 。
31图4 液相从完全互溶到完全不互溶时气-液典型系统的温度-组成图的演变规律(a)形成最大正偏差的液相完全互溶系统;(b)最低恒沸点与高会溶点分离的液相部分互溶系统;(c)最低恒沸点与高会溶点重合的液相部分互溶系统;(d)具有转沸点的液相部分互溶系统;(e)液相完全不互溶系统。
2 二组分液-固系统的典型相图液-固系统常称凝聚系统。
由于压力对凝聚系统相态的影响可以忽略,所以二组分凝聚系统相图通常为熔点-组成图或含水系统的温度-溶解度(组成)图,即t-x B或t-w B图。
二组分凝聚系统的相图常分为简单的凝聚系统和形成化合物的凝聚系统的相图,其特征将分别介绍。
2.1 二组分简单的凝聚系统这类系统可分为液相完全互溶而固相完全互溶、固相部分互溶及固相完全不互溶3类典型系统,相图分别见图5和图6,其形状特征类似于气-液系统中液相完全互溶、液相部分互溶及液相完全不互溶3类系统,即分别类似于图3和图4。
对于凝聚系统,固相完全互溶时形成的均匀混合物称为固溶体或固态溶液,用符号s表示,见图5。
若固相出现少量部分互溶区域,即固相区出现较小的两种固溶体共存区,该区可认为是固溶体s分层而成,故其相态常记为s1+s2,如图6(b)。
若单相固溶体区进一步减小至分成左右两个单相固溶体区时,这两个单相固溶体的性质相差较大,因此分别记为 和 ,见图6(c)。
对于固相完全不互溶系统,如水(A)-盐(B)系统,由于两者的熔点相差很大,在未达盐的熔点时,盐水溶液已沸腾气化,所以出现图6(f)的情形,其中线M SN为三相线: l A(g)+B(s),这是讲解重结晶原理所需的一条线,但不属于凝聚系统的相态,所以在一般的教材中没有画出。
2.2 形成化合物典型系统的相图二组分A和B之间可形成稳定化合物和不稳定化合物(C),其组成x<1。
A和B之间B32(a)理想混合物系统;(b)一般正偏差系统;(c)最大正偏差系统;(d)一般负偏差系统;(e)最大负偏差系统。
图6 液相完全互溶而固相从完全互溶到完全不互溶时液-固系统的温度-组成图的演变规律(a)形成最大正偏差的固相完全互溶系统;(b)最低共熔点O与高会溶点S分离的固相部分互溶系统;(c)最低共熔点与高会溶点重合的固相部分互溶系统;(d)具有转熔点的固相部分互溶系统;(e)固相完全不互溶系统;(f)B的熔点高于溶液沸点时的固相完全不互溶系统。
形成稳定化合物的相图,可认为是两个二组分系统A-C和C-B相图的组合,见图7(a)~(b)。
对于A和B之间形成不稳定化合物的相图,相当于稳定化合物相图中三相线M SG上移至两相区(s C+l)完全消失的情形,见图7(c),即不稳定化合物是指其分解温度低于其熔点的化合33物。
对于能形成含水盐(不稳定化合物)的水-盐(如H2O-NaC l)系统,由于盐水溶液的沸点比盐的熔点低得多,盐水溶液的温度未到盐的熔化温度时已开始气化而出现三相线MT N:l A(g)+B(s),因此其相图为图7(d),其中虚线TQ是虚拟的液相线(溶解度线)。
图7 形成固体化合物的液-固系统相图的演变规律(a)A和B分别与它们的化合物C形成的固相完全不互溶的部分相图;(b)A和B形成稳定化合物C的完整相图;(c)A和B形成不稳定化合物C的相图;(d)B的熔点高于溶液沸点时形成不稳定化合物C的相图。
3 在教学中的应用根据上述分析可知,二组分各类典型系统的相图是相互联系的,我们将其演变规律制作成F l a sh动画。
教学时,只需重点讲解气-液系统形成理想液态混合物的蒸气压-组成图的来源和特征,再利用其演变规律简单讲解液相完全互溶时非理想(正、负偏差)系统的蒸气压-组成和沸点-组成图。
同时,通过重点讲解液相部分互溶液-液系统相图的特点,根据其组合和演变规律简单讲解液相部分互溶和完全不互溶的气-液系统相图。
至于液-固系统,不形成化合物的简单系统相图与气-液系统相图除相态不同外,其形状特征类似,教学时只需讲解其相态的差别;至于形成化合物的系统,若形成的是稳定化合物系统,可强调是两个或多个二组分系统相图的组合,而形成不稳定化合物的相图是由形成稳定化合物的相图演变而成。