二組分體系相圖及其應(yīng)用

§5-3二組分體系相圖及其應(yīng)用根據(jù)相律(T,p,xB)對(duì)于二組分體系由于研究的對(duì)象最少的相數(shù)為1，而自由度最小為0所以當(dāng)最多可有四1描述二組分體系時(shí)通常固定一個(gè)變量,做成平面相圖T=常數(shù)

P-x圖(蒸汽壓-組成圖)較常用P=常數(shù)

T-x圖(沸點(diǎn)-組成圖)常用xB=常數(shù)T-p圖不常用條件自由度:(T,p,xB)要完全描述二組分體系，就必須用三維坐標(biāo)2完全互溶的雙液體系二組分體系雙液體系雙固體系部分互溶的雙液體系完全不互溶的雙液體系完全互溶的雙固體系部分互溶的雙固體系完全不互溶的雙固體系氣——液固——液P-X圖和T-X圖T-X圖3一、完全互溶雙液系完全互溶雙液系是指兩個(gè)純液體可按任意比例互溶，一般按照“相似相溶”原理，能相互溶的兩種物質(zhì)結(jié)構(gòu)很相似。形成的溶液可能是理想液態(tài)混合物也可能是非理想液態(tài)混合物。（一）理想的二組分液態(tài)混合物

指兩個(gè)純液體可按任意比例互溶，并每個(gè)組分全部濃度范圍內(nèi)都服從拉烏爾定律，及為理想的完全互溶雙液系，或稱為理想的液體混合物，如苯和甲苯，正己烷與正庚烷等結(jié)構(gòu)相似的化合物可形成這種雙液系。4(1)

p-x圖設(shè)和分別為液體A和B在指定溫度時(shí)的飽和蒸氣壓，p為體系的總蒸氣壓xAAB等溫PPA=PA*xAPB=PB*xBP=PA+PB液相區(qū)氣相區(qū)f*=2f*=2液相線f*=15可見，溶液的總蒸氣壓與氣相組成間不是線性關(guān)系，但當(dāng)

（2）p-x-y圖6因?yàn)橐言O(shè)A為易揮發(fā)組分即，又由于所以即：易揮發(fā)組分在氣相中的成分大于在液相中的成分，可見在一定的總壓下，氣相線總是在液相線的下面。7xA等溫ABPxA1yA1yA2液相區(qū)g氣相區(qū)l氣液兩相共存區(qū)g+lf*=2f*=2液相線氣相線f*=1xA28(3)T-x圖——沸點(diǎn)-組成圖沸點(diǎn)是指在一定的大氣壓力下，當(dāng)溶液的蒸氣壓等于外壓時(shí)，溶液沸騰時(shí)的溫度。某組分的蒸氣壓越高，其沸點(diǎn)越低，反之亦然。如果在一定壓力下，以沸點(diǎn)溫度為縱坐標(biāo)，以液相或氣相組成為橫坐標(biāo)所作的相圖就是T-x圖

T-x圖在討論蒸餾時(shí)十分有用，因?yàn)檎麴s通常在等壓下進(jìn)行。T-x圖可以從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接繪制。也可以從已知的p-x圖求得。9x2x3x4P等溫BAxA381K373K365K357Kx110將組成與沸點(diǎn)的關(guān)系標(biāo)在下一張以溫度和組成為坐標(biāo)的圖上，就得到了T-x圖。和分別為A和B的沸點(diǎn)。顯然越大，越低。x2x3x4T等壓BAxA381K373K365K357Kx1BAxAP等溫x2x3x4381K373K365K357Kx1將x1，x2，x3和x4的對(duì)應(yīng)溫度連成曲線就得液相組成線。11同理在p-x圖中先測(cè)出不同溫度下的氣相線，用相同的方法可得到T-x圖中的氣相線，如圖中等壓BAxAT液相線氣相線液相區(qū)g氣相區(qū)l氣液兩相共存區(qū)g+lf*=2f*=2f*=112（4）T-p-x圖13（5）杠桿規(guī)則A、物系點(diǎn)和相點(diǎn)物系點(diǎn)：是相圖中表示體系總組成的點(diǎn)，如圖中K、C、E點(diǎn)，都表示體系由3.5的B和5.5的A組成.KTBAxA5.5Ex1X2C相點(diǎn)：是相圖中表示某個(gè)平衡相的組成的代表點(diǎn)，如圖中K1、K2都是相點(diǎn)[K1表示液相的組成為X1，K2表示氣相的組成為X2]，比如C點(diǎn)表示的體系在兩相區(qū)，而且氣相組成由K1代表，液相組成由K2代表，這兩點(diǎn)共同表示該條件下體系的平衡狀態(tài)。K1K2物系點(diǎn)與相點(diǎn)在單相區(qū)可以重合如K、E點(diǎn)，但在梭形區(qū)（不包括線上的點(diǎn)）只能是物系點(diǎn)，而不能是相點(diǎn)如C點(diǎn)。14KxAEHF氣相線也叫露點(diǎn)線液相線也叫泡點(diǎn)線TBAxAT3T2T1等壓對(duì)于物系點(diǎn)為K點(diǎn)的體系，在等壓下進(jìn)行冷卻，物系點(diǎn)就要沿KE向下移動(dòng)，當(dāng)冷卻到T2時(shí)，開始凝結(jié)出如露珠的液體，所以H點(diǎn)又叫露點(diǎn)，把不同組成的露點(diǎn)連起來就是氣相組成線，也叫露點(diǎn)線。同理物系點(diǎn)在E的體系當(dāng)加熱到T1時(shí)液體開始起泡沸騰，所以F點(diǎn)又叫泡點(diǎn)，同樣把組成不同泡點(diǎn)連起來就是液相組成線，也叫泡點(diǎn)線。15B、杠桿規(guī)則

在T-x圖的兩相區(qū)，物系點(diǎn)C代表了體系總的組成和溫度。

通過C點(diǎn)作平行于橫坐標(biāo)的等溫線，與液相和氣相線分別交于D點(diǎn)和E點(diǎn)。DE線稱為等溫連結(jié)線。

落在DE線上所有物系點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的液相和氣相組成，都由D點(diǎn)和E點(diǎn)的組成表示。16設(shè)有nAmolA與nBmolB混合后含A的摩爾分?jǐn)?shù)為XA,，當(dāng)T1時(shí)，物系點(diǎn)在C點(diǎn)，氣相總物質(zhì)的量為n氣，液相總物質(zhì)的量為n液。液相中A的物質(zhì)的量氣相中A的物質(zhì)的量溶液中A的總物質(zhì)的量因?yàn)?7

杠桿規(guī)則只適用于相互平衡的兩個(gè)相，可以是液-氣、液-固、固-固的兩相平衡區(qū)，橫坐標(biāo)可以是質(zhì)量分?jǐn)?shù)，也可以是物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)?；?8（6）蒸餾（或精餾）原理-完全互溶雙液系相圖的應(yīng)用簡(jiǎn)單蒸餾-是按照混合液中組分的沸點(diǎn)不同而進(jìn)行粗略的分離。

如有一組成為x1的A，B混合溶液，加熱到T1時(shí)開始沸騰，與之平衡的氣相組成為y1，顯然含B量顯著增加。19

將組成為y1的蒸氣冷凝，剩余液相中含B量下降，組成沿OA線上升，沸點(diǎn)也升至T2，這時(shí)對(duì)應(yīng)的氣相組成為y2。接收 間的餾出物，組成在y1與y2之間，剩余液組成為x2，A含量增加。

這樣，將A與B粗略分開。一次簡(jiǎn)單蒸餾，餾出物中B含量會(huì)顯著增加，剩余液