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2023/10/111補充作業(yè)
1、汞在101.325kPa下的熔點是-38.87℃,此時液體汞的密度是13.690gcm-3,固體汞的密度是14.193gcm-3,熔化熱是9.75Jg-1。試估算汞在:(1)1013.25kPa下的熔點(2)358.7MPa下的熔點2、冰和水的密度分別為0.917kgdm-3和1.000kgdm-3
,冰的熔化熱為6.008kJmol-1。求壓力由0.1MPa增加到2MPa時冰熔點的變化思考題由克氏方程證明,為何(1)OA線的斜率為負,(2)O點處OB斜率大于OC斜率2023/10/1121.一個多相平衡系統(tǒng)系統(tǒng)的相數(shù)P最小為幾?自由度F最小為幾?相數(shù)P增大,相應(yīng)自由度F怎樣變化?2.水的冰點與其三相點是否為同一點?7.水煤氣發(fā)生爐中共有C(s),H2(g),H2O(g),CO(g)和CO2(g)五種物質(zhì),其間能發(fā)生反應(yīng):(1)CO2(g)+C(s)=2CO(g)(2)H2O(g)+C(s)=H2(g)+CO(g)(3)CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)試求該系統(tǒng)的組分數(shù)C解:(3)=(1)-(2),R=2,R’=0,C=S-R-R’=32023/10/1138.于300K下,在抽空的容器中,(NH4)2S(s)與其分解產(chǎn)物NH3(g)和H2S(g)成平衡,其組分數(shù)C,相數(shù)P及自由度F分別是多少?若容器中原有部分H2S(g),則分解平衡后,上述各量又為多少?解:真空時:P=2;R=1,R’=1,C=S-R-R’=3-1-1=1;F=C-P+1=0有部分H2S(g)時,P=2;R=1,R’=0,C=S-R-R’=3-1-0=1;F=C-P+1=09.硫酸的含水鹽有:H2SO4·H2O(s);H2SO4·2H2O(s);H2SO4·4H2O(s)三種,試說明在標準壓力下,能與硫酸水溶液共存的含水鹽最多可有幾種?解:F=C-P+10P
C-F+1=2-F+1=3-F3,最多2種含水鹽2023/10/114第四節(jié)二組分系統(tǒng)的氣液平衡相圖一、二組分系統(tǒng)相圖的相律分析及分類(一)二組分相圖的相律分析由F=C-P+2,F(xiàn)2-1+2=3,最大自由度為3,三個獨立變量:溫度、壓力和組成。完整相圖應(yīng)為三維立體圖,p~t~x圖2023/10/115
三維相圖直觀性差,實際多用平面相圖。由相律知,指定溫度或壓力后,相律為F﹡=C—P+1代C=2入,得F﹡=3—P溫度一定,P=1,F(xiàn)﹡max=2,兩個獨立變量,可作壓力~組成圖,即p~x圖壓力一定,P=時,F(xiàn)﹡max=2,也有兩個獨立變量,可作溫度~組成圖,即T~x圖2023/10/116(二)二組分系統(tǒng)相圖的類型據(jù)實際存在的狀態(tài),可將二組分系統(tǒng)分成以下幾類
液態(tài)完全互溶的氣液平衡系統(tǒng)氣液平衡系統(tǒng)液態(tài)部分互溶的氣液平衡系統(tǒng)兩組分相圖液態(tài)完全不溶的氣液平衡系統(tǒng)固態(tài)完全互溶的固液平衡系統(tǒng)固液平衡系統(tǒng)固態(tài)部分互溶的固液平衡系統(tǒng)
固態(tài)完全不溶的固液平衡系統(tǒng)分別介紹各類系統(tǒng)的相圖2023/10/117二、液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的氣液平衡相圖(一)理想液態(tài)混合物的氣液平衡相圖1.理想液態(tài)混合物的壓力-組成圖(p~x(y)圖)●概況定溫,以組成為橫坐標,壓力為縱坐標,作p~x(y)圖,稱壓力-組成圖●相圖制作——理想液態(tài)混合物任一組分在全部濃度范圍均服從拉烏爾定律——液相線(表示蒸氣壓與液相組成關(guān)系曲線,(p=f(x)曲線)的制作設(shè)A與B形成理想的液態(tài)混合物,有式中,、、xA、xB分別為A、B的飽和蒸汽壓和摩爾分數(shù)2023/10/118據(jù)道爾頓分壓定律,系統(tǒng)的壓力即總蒸汽壓為
上式表示系統(tǒng)的總蒸汽壓與液相組成的關(guān)系,p~xB線又稱液相線——結(jié)論
?理想液態(tài)混合物的(總)蒸汽壓與液相組成呈直線關(guān)系
?混合物的蒸氣壓介于兩純組分蒸氣壓之間2023/10/119——氣相線(表示蒸氣壓與氣相組成關(guān)系曲線,p=f(y)曲線)的制作由得代入得——討論A、B飽和蒸汽壓不同,在氣相中的組成與液相不同。可證,較易揮發(fā)的B在氣相組成yB大于B在液相組成xB:yB
>xB——證明則有2023/10/1110——氣相線(表示蒸氣壓與氣相組成關(guān)系曲線,p=f(y)曲線)的制作由得代入得知氣相線是曲線
——意義A、B的飽和蒸汽壓不同,在氣相中的組成與液相不同??勺C,較易揮發(fā)的B在氣相組成yB大于B在液相組成xB:yB
>xB——證明但故2023/10/1111意義飽和蒸汽壓愈大,越易蒸發(fā),在氣相的含量越高——蒸餾分離的理論基礎(chǔ) 2023/10/1112●討論——關(guān)于系統(tǒng)點和相點p-x(y)圖中,每個點對應(yīng)壓力和系統(tǒng)總組成。對應(yīng)著系統(tǒng)總組成的點稱系統(tǒng)點zB,系統(tǒng)中實際存在的液相和氣相的組成點為相點(phasepoint)xB或yB。系統(tǒng)點與相點有時重合,有時不重合,系統(tǒng)點的組成不會變化——關(guān)于三個區(qū)液相線與氣相線將整個相圖分成三個區(qū)單相區(qū)液相線(直線)之上為單液相區(qū),氣相線(曲線)以下為單氣相區(qū)。特點:均為P=1,F(xiàn)=2的單相點,組成xB、yB與系統(tǒng)點的組成zB相等;由于xB=zB或yB=zB,稱實相點
兩相區(qū)液相線和氣相線所夾區(qū)。特點:(1)在兩相區(qū),P=2,F(xiàn)=1;(2)其中每個點,只表示系統(tǒng)點的組成zB,是“虛”點,它分別對應(yīng)兩相的“相點”。相點的求?。哼^系統(tǒng)點作水平線(等壓線),與兩相線(液相線和氣相線)的交點即為液相點和氣相點2023/10/1113——理想液態(tài)混合物壓力-組成圖的標示
——狀態(tài)變化示例組成為yB的氣體混合物加壓,b→a。b點,單相區(qū),yB=zB,P=1,F(xiàn)=2;到b′點,進入兩相區(qū),出現(xiàn)液相,組成xB,到O點,氣液兩相共存,組成分別為xB和yB,到a′點,剩最后一點氣相,組成為yB,再加壓,進入液相區(qū),組成xB=zB。在b′→a′內(nèi)兩相平衡,壓力增大,氣相量漸少,液相量漸多,至a′點,全為液相。氣相量與液相量之比服從杠桿規(guī)則2023/10/11142.杠桿規(guī)則(leverrule)●推導(dǎo)系統(tǒng)點在O,壓力p1,組成zB,液相點M,組成xB,氣相點N,組成yB,MN連線稱結(jié)線設(shè):物質(zhì)的總量n(總),液相和氣相量n(l)和n(g)則n(總)=n(l)+n(g)對B物料衡算n(總)zB=n(l)xB+n(g)yB[n(l)+n(g)]zB=n(l)xB+n(g)yB
n(g)(zB-yB)=n(l)(xB
-
zB
)即n(g)·ON=n(l)·MO
或 2023/10/1115●討論
——杠桿規(guī)則表示兩相平衡(共存)時,兩相物質(zhì)的量與兩相點到系統(tǒng)點的距離成反比:相點離系統(tǒng)點越短(近),對應(yīng)物質(zhì)的量越大——利用合比定理,易得n(l)/n(總)=ON/MN或n(g)/n(總)=MO/MN——組成用質(zhì)量百分數(shù)或其它方式表示,杠桿規(guī)則同樣適用2023/10/1116例10.4
將5mol苯(A)和5mol甲苯(B)混合,在95℃、p°下,氣液兩相平衡,相應(yīng)的組成為xB=0.7,yB=0.2,平衡系統(tǒng)中氣液兩相物質(zhì)的量各為多少?又,氣、液二相中,甲苯和苯的量各為多少解:先確定系統(tǒng)點的組成
聯(lián)立
解得n(l)=6moln(g)=4mol氣相中,n(苯)=y(tǒng)(苯)n(g)=0.24=0.8(mol)2023/10/11173.理想的液態(tài)混合物的沸點—組成圖(T~x(y)圖)●概況定壓(例,101.325kPa),組成為橫坐標,溫度為縱坐標,作T~x(y)圖,稱溫度~組成圖,又稱沸點-組成圖(boilingpointcompositiondiagram)●制作——理想的液態(tài)混合物可計算作沸點~組成圖。例,苯和甲苯
?條件需知純物質(zhì)的Tb和不同t下的
?步驟(1)標出純物質(zhì)的Tb:Tb,A=110.6℃,Tb,B=80.1℃(2)計算某沸點時的xB,yB。依據(jù):總有故總有,即I.M.的沸點總在二純組分的沸點之間2023/10/1118例,90℃時,pA*=54.22kPa,pB*=136.12kPa,當Tb=90℃時p=101.325kPa=pA*+(pB*-pA*)xB=54.22+(136.12-54.22)xB解之,xB=0.575,yB=pB/p=pB*xB/p=136.120.575/101.325=0.773——非理想的液態(tài)混合物
實驗。例,乙醇(A)-環(huán)已烷(B)系統(tǒng)的相圖
?不同組成的液態(tài)A、B混合物,一定壓力(101.325kPa)下加熱至沸,得相應(yīng)的沸點溫度稱泡點(bubblepoint),以此可畫出泡點線或沸點線
?不同組成的A、B混合氣體,一定壓力下降溫至開始液化或出現(xiàn)露點(dewpoint),以此可畫出液化線或露點線——二組分理想的液態(tài)混合物的沸點-組成圖如下頁圖示2023/10/1119●討論
——T~x(y)圖與p~x(y)圖比較皆三個區(qū)域,均單“葉”狀,但“葉的兩端高低相反二相線及二個單相區(qū)位置相反——相圖分析液線以下單液相區(qū),氣線以上單氣區(qū),兩區(qū)內(nèi)自由度均為2系統(tǒng)點是實相點;兩線之間是氣液兩相平衡區(qū),自由度
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