《工科化學》課件工科化學10章5-6

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：(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系曲線，(p=f(x)曲線)的制作設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?？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——證明則有2023/10/1110——氣相線(表示蒸氣壓與氣相組成關系曲線，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 2023/10/1112●討論——關于系統(tǒng)點和相點p-x（y）圖中，每個點對應壓力和系統(tǒng)總組成。對應著系統(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：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