物理化学第四章省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

4.2 二组分系统气液平衡相图及应用二组分系统气液平衡相图及应用p p-x图和图和T-x图图p 理想完全互溶双液系理想完全互溶双液系p 杠杆规则杠杆规则p 蒸馏（或精馏）原理（了解）蒸馏（或精馏）原理（了解）p 非理想完全互溶双液系非理想完全互溶双液系第1页p-x图图 和和 T-x图图二组分系统：变量通常是二组分系统：变量通常是T，p 和组成和组成 x 。二组分系统状态图：需用三个坐标立体图表示。二组分系统状态图：需用三个坐标立体图表示。保持一个变量为常量，从立体图上得到平面截面图。保持一个变量为常量，从立体图上得到平面截面图。保持温度不变，得保持温度不变，得 p-x 图图（恒温相图）（较惯用恒温相图）（较惯用）保持组成不变，得保持组成不变，得 T-p 图图 （不惯用）（不惯用）保持压力不变，得保持压力不变，得 T-x 图图(恒压相图）恒压相图）（惯用）（惯用）第2页理想完全互溶双液系理想完全互溶双液系(1)p-x图（恒温相图）图（恒温相图）第3页理想完全互溶双液系理想完全互溶双液系（2）p-x-y 图（恒温图）图（恒温图）第4页理想完全互溶双液系理想完全互溶双液系三个区域（面）三个区域（面）：在：在液相线之上液相线之上，系统压力高于任一，系统压力高于任一混合物饱和蒸气压，气相无法存在，是混合物饱和蒸气压，气相无法存在，是液相区（面）液相区（面）在在气相线之下气相线之下，系统压力低于任一混合物饱和，系统压力低于任一混合物饱和蒸气压，液相无法存在，是蒸气压，液相无法存在，是气相区（面）气相区（面）。在液相线和气相线之间是在液相线和气相线之间是气气-液两相平衡液两相平衡。液相线：液相线：p-xA线线气相线：气相线：p-yA线线第5页理想完全互溶双液系理想完全互溶双液系(3)T-x图（恒压相图）图（恒压相图）亦称为沸点亦称为沸点-组成图。外压为大气压力，组成图。外压为大气压力，当溶当溶液蒸气压等于外压时，溶液沸腾液蒸气压等于外压时，溶液沸腾，这时温度称为，这时温度称为沸点沸点。某组成蒸气压越高，其沸点越低，反之亦。某组成蒸气压越高，其沸点越低，反之亦然。然。第6页理想完全互溶双液系理想完全互溶双液系气相线（气相线（T-yB）液相线液相线(T-xB)l气相区（面）气相区（面）l液相区（面）液相区（面）l气气-液共存区（面）液共存区（面）T-x图：图：相点相点系统点系统点相点相点第7页三个坐标分别代表三个坐标分别代表p，T,和和x；理想完全互溶双液系理想完全互溶双液系（4）T-p-x图（立体图）图（立体图）把把p-x图和图和T-x图合在一起，就得到图合在一起，就得到T-p-x三维图。三维图。第8页杠杆规则（杠杆规则（Lever rule）两相区中，两相区中，系统点系统点C代表了系统总组成和温度。代表了系统总组成和温度。DE线：恒温连结线线：恒温连结线（tie line）。）。落在落在DE线上全部系统点对线上全部系统点对应液相和气相组成，都由应液相和气相组成，都由D点和点和E点组成表示。点组成表示。第9页杠杆规则（杠杆规则（Lever rule）借助于力学中杠杆规则求算，借助于力学中杠杆规则求算，即以系统点为支点，即以系统点为支点，支点两边连结线长度为力矩，计算液相和气相物质量或支点两边连结线长度为力矩，计算液相和气相物质量或质量质量，这就是可用于任意两相平衡区，这就是可用于任意两相平衡区杠杆规则杠杆规则。即。即或或 能够用来计算两相相对量能够用来计算两相相对量（总量未知）或绝对量（总（总量未知）或绝对量（总量已知）。量已知）。第10页蒸馏（或精馏）原理了解）蒸馏（或精馏）原理（了解）简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏只能把双液系中简单蒸馏只能把双液系中A和和B粗略分开。粗略分开。假如纯假如纯A沸点高于纯沸点高于纯B沸点，说沸点，说明蒸馏时明蒸馏时气相中气相中B组分含量较高组分含量较高，液相中液相中A组分含量较高。组分含量较高。一次简单蒸馏，馏出物中一次简单蒸馏，馏出物中B含量会显著增加，剩下液体含量会显著增加，剩下液体中中A组分会增多。组分会增多。第11页蒸馏（或精馏）原理蒸馏（或精馏）原理精馏精馏 精馏是屡次简单蒸馏组合。精馏是屡次简单蒸馏组合。精馏塔精馏塔底部是加热区底部是加热区，温度最高；温度最高；塔顶温度最低塔顶温度最低。精馏结果：塔顶冷凝精馏结果：塔顶冷凝搜集是纯低沸点组分，搜集是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在纯高沸点组分则留在塔底。塔底。第12页非理想完全互溶双液系非理想完全互溶双液系(1)对拉乌尔定律发生偏差对拉乌尔定律发生偏差 如图所表示，是对拉如图所表示，是对拉乌尔定律发生正偏差情况，乌尔定律发生正偏差情况，虚线为理论值，实线为试虚线为理论值，实线为试验值。真实蒸气压大于理验值。真实蒸气压大于理论计算值。论计算值。第13页非理想完全互溶双液系非理想完全互溶双液系第14页非理想完全互溶双液系非理想完全互溶双液系(2)正偏差在正偏差在p-x图上有最高点图上有最高点在在p-x图上有最高图上有最高点者，在点者，在T-x图上图上就有最低点（最低就有最低点（最低恒沸点）恒沸点）第15页非理想完全互溶双液系非理想完全互溶双液系最低恒沸混合物最低恒沸混合物是混合物而不是化合物是混合物而不是化合物它组成在定压下有定值。它组成在定压下有定值。改变压力，最低恒沸点发生改变压力，最低恒沸点发生移动。移动。问题：怎样用相律解释？问题：怎样用相律解释？第16页非理想完全互溶双液系非理想完全互溶双液系（3）负偏差在负偏差在p-x图上有最低点图上有最低点在在p-x图上有最低图上有最低点者，在点者，在T-x图上图上就有最高点（最高就有最高点（最高恒沸点）恒沸点）第17页非理想完全互溶双液系非理想完全互溶双液系最高恒沸混合物最高恒沸混合物它组成在定压下有定值。它组成在定压下有定值。改变压力，最高恒沸点温改变压力，最高恒沸点温度会改变，其组成也随之度会改变，其组成也随之改变。改变。第18页4.3 部分互溶双液系部分互溶双液系p 含有上部会溶温度含有上部会溶温度(consolute temperature）p 含有下部会溶温度含有下部会溶温度p 同时含有上部、下部会溶温度同时含有上部、下部会溶温度p 不含有会溶温度不含有会溶温度第19页4.3 4.3 部分互溶双液系部分互溶双液系（1 1）含有上部会溶温度含有上部会溶温度 系统在常温下系统在常温下只能部分互溶，分为两层。只能部分互溶，分为两层。B点温度称为最高临界会溶温度点温度称为最高临界会溶温度（critical consolute temperature）。温度高于。温度高于 ，水和苯胺可无限混溶。，水和苯胺可无限混溶。左半支：水中饱和了苯胺左半支：水中饱和了苯胺右半支：苯胺中饱和了水右半支：苯胺中饱和了水升高温度，彼此溶解度都增加。升高温度，彼此溶解度都增加。抵达抵达B点，界面消失，成为单一点，界面消失，成为单一液相。液相。第20页部分互溶双液系部分互溶双液系帽形区外：溶液为单一液相帽形区外：溶液为单一液相帽形区内：溶液分为两相。帽形区内：溶液分为两相。全部平均值连线与平衡曲线交点为全部平均值连线与平衡曲线交点为临界会溶温度临界会溶温度。一定温度下，两层组成份一定温度下，两层组成份别为别为A和和A”，称为称为共轭层共轭层（conjugate layers），），A和和A”称为称为共轭配对点共轭配对点。是共轭层组是共轭层组成平均值。成平均值。第21页在在 温度（约为温度（约为291.2K）以下，二者能）以下，二者能够任意百分比互溶，升够任意百分比互溶，升高温度，互溶度下降，高温度，互溶度下降，出现分层。出现分层。部分互溶双液系部分互溶双液系（2）含有下部会溶温度含有下部会溶温度 水水-三乙胺溶解度图三乙胺溶解度图如图所表示。如图所表示。以下是单一液相区，以下是单一液相区，以上是两相区。以上是两相区。第22页部分互溶双液系部分互溶双液系（3）同时含有上部、下部会溶温度同时含有上部、下部会溶温度 如水和烟碱溶解度图如水和烟碱溶解度图下部会溶温度下部会溶温度 (约约334 K)上部会溶温度上部会溶温度 (约约481K)形成一个完全封闭溶度曲线，形成一个完全封闭溶度曲线，曲线之内是两液相区。曲线之内是两液相区。第23页部分互溶双液系部分互溶双液系（4）不含有会溶温度不含有会溶温度 如：如：乙醚与水组成双液乙醚与水组成双液系，在它们能以液相存在系，在它们能以液相存在温度区间内，一直是彼此温度区间内，一直是彼此部分互溶，不含有会溶温部分互溶，不含有会溶温度。度。第24页4.4 不互溶双液系不互溶双液系不互溶双液系特点不互溶双液系特点 假如假如A，B 两种液体彼此互溶程度极小，以致可忽略两种液体彼此互溶程度极小，以致可忽略不计。则不计。则A与与B共存时，各组分蒸气压与单独存在时一样，共存时，各组分蒸气压与单独存在时一样，液面上液面上总蒸气压等于两纯组分饱和蒸气压之和总蒸气压等于两纯组分饱和蒸气压之和。当两种液体共存时，不论其相对数量怎样，当两种液体共存时，不论其相对数量怎样，其总蒸气压恒大于任一组分蒸气压，其总蒸气压恒大于任一组分蒸气压，而沸点则恒而沸点则恒低于任一组分沸点。低于任一组分沸点。即：即：第25页4.4 不互溶双液系不互溶双液系问题：分析相图问题：分析相图第26页气液液平衡相图气液液平衡相图第27页气液平衡和气液液平衡相图汇总气液平衡和气液液平衡相图汇总(1)第28页气液平衡和气液液平衡相图汇总气液平衡和气液液平衡相图汇总(2)第29页l 杠杆规则杠杆规则气液平衡和气液液平衡相图（小结）气液平衡和气液液平衡相图（小结）主要概念及其利用主要概念及其利用l 相律应用相律应用l 系统点系统点l 相点相点l 结线结线l 液相线液相线l 气相线气相线第30页