第三章+相变+液体-1.ppt

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1、第第3章章 相变相变 液体液体l有关概念有关概念相变相变 相平衡相平衡 相图相图临界温度临界温度Tc、临界压力、临界压力pc、临界体积、临界体积Vc蒸发与冷凝、蒸气压蒸发与冷凝、蒸气压过热现象及其防止过热现象及其防止液体的凝固、固体熔化液体的凝固、固体熔化l水的相图水的相图 蒸气压曲线蒸气压曲线水的相图水的相图相变相变F物质存在物质存在3 3种状态种状态(s s，l l，g g)F它们之间可以相互转化它们之间可以相互转化相变：相变：固体熔化、液体气化、气体液化以及固体熔化、液体气化、气体液化以及液体凝固等物态变化过程液体凝固等物态变化过程相平衡：相平衡：相变时两相之间的动态平衡相变时两相之间的

2、动态平衡相图：相图：温度与压力对相变影响的关系图温度与压力对相变影响的关系图l有关概念有关概念相相（物相）：体系中均匀的部分（物相）：体系中均匀的部分气体的性质气体的性质F气体分子的热运动气体分子的热运动F分子间的相互吸引分子间的相互吸引气体的液化气体的液化F任何气体都可以液化任何气体都可以液化F任一气体的液化必须在一定的温度以下任一气体的液化必须在一定的温度以下CO2O2 临界温度临界温度Tc、临界压力临界压力pc、临界体积临界体积Vc 扩散、膨胀扩散、膨胀凝聚凝聚T，p？119 oC以下，再加以下，再加 5 MPa的压力的压力室温，加压室温，加压？临界现象临界现象临界温度临界温度Tc、临界

3、压力、临界压力pc、临界体积、临界体积Vc临界温度临界温度TcF能使气体液化的最高温度能使气体液化的最高温度临界压力临界压力pcF在临界温度使气体液化所需的最低压力在临界温度使气体液化所需的最低压力临界体积临界体积VcJ在在Tc 和和Pc条件下，条件下，1 mol气体所占的体积气体所占的体积F气体的沸点越低，临界温度也越低，就越气体的沸点越低，临界温度也越低，就越难液化。难液化。（表（表3.1）临界现象临界现象l蒸发与冷凝、蒸气压蒸发与冷凝、蒸气压液体的性质液体的性质F相内相内F表面表面液体汽化液体汽化蒸发蒸发F蒸发只在表面气化蒸发只在表面气化沸腾沸腾F液体的气化在表面和液体的气化在表面和内部

4、同时发生内部同时发生蒸气蒸气（vapor）F在液面上的气态分子群在液面上的气态分子群冷凝冷凝（condensation）F逸出液面的蒸气分子在相互碰撞中返回液逸出液面的蒸气分子在相互碰撞中返回液相的过程相的过程饱和蒸气饱和蒸气(saturation)F与液相处于与液相处于动态平衡动态平衡的气体的气体饱和蒸气压饱和蒸气压（vapor pressure）F饱和蒸气的压力饱和蒸气的压力l蒸发与冷凝、蒸气压蒸发与冷凝、蒸气压蒸发蒸发 冷凝冷凝 “动态平衡动态平衡”蒸发与冷凝的热效应蒸发与冷凝的热效应蒸发蒸发F吸热吸热冷凝冷凝F放热放热蒸气压的性质蒸气压的性质F不随容器体积而变，亦与不随容器体积而变，亦

5、与液体液体的物质的量的物质的量无关；无关；F随随T T的升高而增大的升高而增大?l蒸发与冷凝、蒸气压蒸发与冷凝、蒸气压冷凝是蒸发的逆过程冷凝是蒸发的逆过程下页上页末页首页分子的动能分子的动能蒸发所需分子蒸发所需分子蒸发所需分子蒸发所需分子的最低动能的最低动能的最低动能的最低动能当温度升高时，液体分子中能量高、速率快的分子百分率增多，当温度升高时，液体分子中能量高、速率快的分子百分率增多，表层分子逸出液面的机会也增加，随之气相分子返回液面的数目表层分子逸出液面的机会也增加，随之气相分子返回液面的数目也逐渐增多，直到建立一个新的平衡状态。这个过程的总效果是也逐渐增多，直到建立一个新的平衡状态。这个

6、过程的总效果是蒸气压增大。蒸气压增大。l蒸发与冷凝、蒸气压蒸发与冷凝、蒸气压(温度区间不大温度区间不大)101 100 30 70lg p/kPa2.001.000.00水的蒸气压与温度曲线水的蒸气压与温度曲线lg p 1/T的直线关系的直线关系珠峰珠峰 p/kPa t/oC0直线方程直线方程直线斜率直线斜率液体的摩尔蒸发热液体的摩尔蒸发热截距截距不同液体的蒸气压与温度的关系不同液体的蒸气压与温度的关系实验测定不同实验测定不同 T 下下的的 p，作，作 lg p 1/T 图，可求图，可求Clapeyron-Clausius 方程方程 T 升高，升高，p 升高。升高。沸点沸点(boiling p

7、oint,Tb)：T，p=p外外时，液体时，液体沸腾。沸腾。正常正常(normal)沸点沸点：p外外为为101 kPa时的沸点。时的沸点。(Hvap与与 R 的的单位一致单位一致)l蒸发与冷凝、蒸气压蒸发与冷凝、蒸气压过热过热（superheating）F将液体加热到超过正常沸点一定温度才开将液体加热到超过正常沸点一定温度才开始沸腾，之后温度又降至正常沸点的现象始沸腾，之后温度又降至正常沸点的现象过热液体过热液体F温度高于正常沸点的液体温度高于正常沸点的液体K危害危害预防办法预防办法F搅拌和加入沸石搅拌和加入沸石过热现象及其防止过热现象及其防止例例 已知异丙醇在已知异丙醇在2.4 oC时的蒸气

8、压是时的蒸气压是1.33 kPa，在在39.5 oC时蒸气压是时蒸气压是13.3 kPa。试求异丙醇的蒸发试求异丙醇的蒸发热和沸点。热和沸点。解：根据公式解：根据公式 若若p外外101 kPa，且且p p外外，有沸点温度有沸点温度（T）有有 l液体的凝固、固体熔化液体的凝固、固体熔化过冷液体过冷液体F低于凝固点而不凝固的液低于凝固点而不凝固的液体体过冷现象过冷现象（Super cooling phenomena）?凝固点凝固点（Freezing point or Solidifying point）F 因固液共存，加热或吸热因固液共存，加热或吸热只能改变只能改变 s、l 的相对量，的相对量，T

9、不变，这个不变，这个s、l 共存的共存的T。水的冷却曲线水的冷却曲线固体受热曲线固体受热曲线凝固点即熔点在凝固点，在凝固点，p p液液 p p固固 过冷液体过冷液体,p p过过 p p固固过冷液体处于不稳定状过冷液体处于不稳定状有没有过热固体有没有过热固体?温度温度蒸蒸气气压压液体及固体的蒸气压与温液体及固体的蒸气压与温度的关系度的关系凝固点ABCD极限为临界点极限为临界点l水的相图水的相图注：注：气相区气相区 曲线下面的各种状态曲线下面的各种状态 液相区液相区 曲线上面的各种状态曲线上面的各种状态蒸气压曲线蒸气压曲线不同压力下的冰的熔点不同压力下的冰的熔点液液固固平平衡衡区区液固平衡曲线液固

10、平衡曲线l水的相图水的相图三相点：三相点：气气-液平衡线和气液平衡线和气-固平衡线的交点，气固平衡线的交点，气-液液-固三相处于平衡状态。固三相处于平衡状态。热力学温标：热力学温标：用水的三相用水的三相点定义。点定义。J水的三相点定标为水的三相点定标为273.16 K，它的，它的1/273.16就是热力学就是热力学温度单位温度单位Kelvin。水的冰点应为水的冰点应为273.15 K(即即0 oC)注：注：三相点（纯水，不变）三相点（纯水，不变）水的冰点：水的冰点：标准压标准压力下，被空气饱和力下，被空气饱和的水的凝固点，即的水的凝固点，即空气的饱和水溶液空气的饱和水溶液和冰的平衡温度。和冰的

11、平衡温度。下页上页末页首页曲线上的任意一点表示两相共存的条件曲线上的任意一点表示两相共存的条件线是两相的分界线线是两相的分界线两线间的平面表示一相独存的条件两线间的平面表示一相独存的条件气相区位于温度高，气相区位于温度高，压力低的位置（右下方）压力低的位置（右下方）固相区位于压力高，固相区位于压力高，温度低的部位（左上方）温度低的部位（左上方）液相区介乎其中液相区介乎其中374.0 oC,2.21*104KPa升华：升华：固体受热固体受热直接变成直接变成气体的现气体的现象。象。升华点升华点:F三相点三相点以下气以下气固平衡线固平衡线上任意一上任意一点点正常升华点正常升华点l液体和液晶的基本性质

12、液体和液晶的基本性质凝聚态凝聚态液体、液晶、固体统称为凝聚态。其特点是液体、液晶、固体统称为凝聚态。其特点是都不能像气体分子那样自由扩散。都不能像气体分子那样自由扩散。液体的特征：液体的特征：能自由流动和各向同性能自由流动和各向同性有一定的体积但无一定的形状，可充满整个有一定的体积但无一定的形状，可充满整个容器。容器。“长程无序，短程有序长程无序，短程有序”。液体的表面张力液体的表面张力液体表层分子间的引力，是液体化学中最液体表层分子间的引力，是液体化学中最重要的物理量重要的物理量与液体的摩尔质量、密度和温度等有关。与液体的摩尔质量、密度和温度等有关。单位单位NmNm-1-1或或mNmmNm-

13、1-1。l液体和液晶的基本性质液体和液晶的基本性质液体的润湿性和毛细现象液体的润湿性和毛细现象随液面分子与固体表面分子间作用力的强随液面分子与固体表面分子间作用力的强弱不同，有浸润和不浸润之别。弱不同，有浸润和不浸润之别。将毛细管插入液体中，毛细管中的液面呈将毛细管插入液体中，毛细管中的液面呈弯月形，并且与管外液面有一定的高度差。弯月形，并且与管外液面有一定的高度差。测定高度差、毛细管半径和液体密度可以测定高度差、毛细管半径和液体密度可以计算表面张力。计算表面张力。l液体和液晶的基本性质液体和液晶的基本性质液体的粘度液体的粘度用以描述液体的流动性用以描述液体的流动性反映了液体流动时内摩擦力的大

14、小反映了液体流动时内摩擦力的大小与液体的密度、温度和压力有关与液体的密度、温度和压力有关l液体和液晶的基本性质液体和液晶的基本性质液晶液晶力学性质像液体，可以自由流动。力学性质像液体，可以自由流动。光学性质像晶体，显各向异性。光学性质像晶体，显各向异性。F在某个方向上长程有序，在另一个方向上在某个方向上长程有序，在另一个方向上却近程有序。却近程有序。l液体和液晶的基本性质液体和液晶的基本性质液晶液晶胆甾型液晶胆甾型液晶向列型液晶向列型液晶高分子液晶高分子液晶l液体和液晶的基本性质液体和液晶的基本性质3.33.10 本章作业下页上页末页首页解题思路解题思路1.该气体与水蒸气的该气体与水蒸气的混合

15、气体混合气体的的总体积总体积总体积总体积,n n总总总总不变，不变，不变，不变，P1V1=P2V2 2.压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，可以用该气体的分压来计算总体积：有变化，可以用该气体的分压来计算总体积：P P气气气气1 1V V1 1=n=n气气气气RTRT =P P气气气气2 2V V2 2 3.n3.n总总总总不变，不变，不变，不变，V1/T1=V2/T2=常数常数4.温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，可以用该气体的分压来计算总体积：数没有变化，可以用

16、该气体的分压来计算总体积：P P气气气气1 1V V1 1/T/T1 1=n=n气气气气R R =P=P气气气气2 2V V2 2/T/T2 2P31 2.13下页上页末页首页解：解：1.P1 V1=P2 V2 100 1.00=50.0 V2 V2=2.00(dm3)2.58 C时，时，P水水=18.1 kPa,P气体气体=(100-18.1)kPa V2=(P气气1 V1)/P气气2=(100-18.1)1.00)/(200-18.1)=0.450(dm3)3.V1/T1=V2/T2 1.00/(273+58)=V2/(273+100)V2=1.13(dm3)4.P1V1/T1=P2V2/T2 10 C时时 P水水=1.23 kPa,P气体气体=(100-1.23)kPa (100-1.23)V2/(273+10)=(100-18.1)1.00)/(273+58)V2=0.709(dm3)Thank you.