新相图学习教程.pptx

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1、2023/3/255.0 5.0 引言引言5.1 5.1 单元系相图单元系相图5.2 5.2 相律相律5.3 5.3 二元凝聚系相图二元凝聚系相图 第五章相平衡第五章相平衡第1页/共27页2023/3/25两类化合物 无机盐，金属及其氧化物这类化合物的特点：蒸汽压极小，仅为凝聚相（l l，s s）第2页/共27页2023/3/25二元凝聚系相图坐标f=K-+1f=2-+1fmax=2-1+1=2 直角坐标 平面图选T、x。第3页/共27页2023/3/25二元凝聚系相图举例第4页/共27页2023/3/25二元凝聚系相图教学基本要求及教学目标1.1.了解二组分相图的绘制。2.2.掌握二组分相图

2、的阅读。包括：明确点、线、区的含义；区分物系点及相点；区分系统的总组成及相组成；会计算相图中各相区的条件自由度；会描述系统条件改变时系统状态的变化情况（例如用步冷曲线表述这种变化）。3.3.了解二组分相图的应用。第5页/共27页2023/3/25二元凝聚系相图(5.3.1 二组元在液态下部分互溶类型二组元在液态下部分互溶类型(5.3.2 二组元在液态完全互溶、固态完全不溶二组元在液态完全互溶、固态完全不溶-生成最低共熔混合物类型生成最低共熔混合物类型(5.3.3 二组元在液态完全互溶、固态完全互溶二组元在液态完全互溶、固态完全互溶-生成连续固溶体类型生成连续固溶体类型(5.3.4 二组元在液态

3、完全互溶、固态部分互溶二组元在液态完全互溶、固态部分互溶-生成有限固溶体类型生成有限固溶体类型(5.3.5 二组元在液态完全互溶、固态生成化合物类型二组元在液态完全互溶、固态生成化合物类型(5.3.6 二组元在液态完全互溶、固态有晶形转变的类型二组元在液态完全互溶、固态有晶形转变的类型(5.3.7 复杂二元相图复杂二元相图第6页/共27页2023/3/25二组元在液态下部分互溶类型（教材176177176177页）例如：H H2 2C C6 6H H5 5H H，H H2 2C C6 6H H5 5NHNH2 2，H H2 2C C4 4H H9 9H(H(正丁醇或异丁醇)等系统 。以H H2

4、 2C C6 6H H5 5H H二元系为例。第7页/共27页2023/3/251.1.作图（溶解度法）不同温度下水与酚的互溶度第8页/共27页2023/3/25水-酚二元相图的绘制窝窝头头型型第9页/共27页2023/3/252.2.相图分析（1 1）几何结构：点、线、区的含义。（2 2）相态变化。点：点：在在T0时，两层的组成分别为时，两层的组成分别为A和和B，称为称为共轭层共轭层（conjugate layers），），A和和B称为称为共轭相相点共轭相相点。AB线称为等温连线称为等温连结线结线（tie line）。）。第10页/共27页2023/3/25相点与物系点相点相点 一定温度，压

5、力下代表一定温度，压力下代表某一相组成的点称为相点。某一相组成的点称为相点。物系点物系点 （体系点）一定温度，（体系点）一定温度，压力下代表体系总组成的点称为压力下代表体系总组成的点称为物系点。物系点。在单相区，物系点与相点重合；在两相区，物在单相区，物系点与相点重合；在两相区，物系点和相点不重合，物系点只表示体系总组成，两系点和相点不重合，物系点只表示体系总组成，两个相的组成由对应的相点表示。个相的组成由对应的相点表示。第11页/共27页2023/3/25水-苯酚系统溶解度图线：（1 1）溶解度曲线；（2 2）共轭相相点曲线；（3 3）相变曲线。区：帽形区外，溶液为单一液相，帽形区内，溶液分

6、为两相。点：会溶点点：会溶点D，TD为会溶温度。为会溶温度。D 会溶温度的高低反映了一对液体间的互溶能力，会溶温度的高低反映了一对液体间的互溶能力，可以用来选择合适的萃取剂。可以用来选择合适的萃取剂。第12页/共27页2023/3/253.3.两相平衡时相量的确定设：TO时物系点O的质量W，组成为X；相点：A：WA，XA B：WB，XB-杠杆规则杠杆规则（Lever ruleLever rule）第13页/共27页2023/3/25W=WA+WB XW=XAWA+XBWB X（WA+WB）=XAWA+XBWB WA（X-XA）=WB（XB-X）即：WAOA=WBOB 杠杆规则由质量守恒原理：由

7、质量守恒原理：第14页/共27页2023/3/25杠杆规则说明：a a）即力学中的杠杆原理：即以物系点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算液相和气相的物质的量或质量。b b）只适用于两相平衡 X X：摩尔分数或质量百分数 W W：总摩尔数或总质量 由合比定理得：由合比定理得：第15页/共27页2023/3/25例题 p、30时，有100g由60%H2O及40%ArOH（质量百分数）所组成的液体混合物，平衡时分成上下两层。ArOH层中含有H2O 30%，H2O 层中含有8%的ArOH，试求两层的质量分别为多少?第16页/共27页2023/3/25具有最高会溶温度类型B点温度称为最高临界会溶温

8、度（critical consolute temperature）。温度高于 ，水和苯胺可完全互溶。第17页/共27页2023/3/25在在 温度（约为温度（约为291.2K）以下，两者可以下，两者可按任意比例互溶，升高按任意比例互溶，升高温度，互溶度下降，出温度，互溶度下降，出现分层。现分层。具有最低会溶温度类型 水水-三乙基胺的溶三乙基胺的溶解度图如图所示。解度图如图所示。以下是单一液相以下是单一液相区，以上是两相区。区，以上是两相区。第18页/共27页2023/3/25具有最低会溶温度类型第19页/共27页2023/3/25同时具有最高最低会溶温度类型 如图所示是水和烟碱的如图所示是水和

9、烟碱的溶解度图。溶解度图。在最低会溶温度在最低会溶温度 (约约334 K)以下和在最高会溶温以下和在最高会溶温度度 (约约481K)以上，两液以上，两液体可完全互溶，而在这两个体可完全互溶，而在这两个温度之间只能部分互溶。温度之间只能部分互溶。形成一个完全封闭的溶度曲形成一个完全封闭的溶度曲线，曲线之内是两相区。线，曲线之内是两相区。第20页/共27页2023/3/25同时具有最高最低会溶温度类型第21页/共27页2023/3/25不具有会溶温度类型 乙醚与水组成的双液乙醚与水组成的双液系，在它们能以液相存在系，在它们能以液相存在的温度区间内，一直是彼的温度区间内，一直是彼此部分互溶，不具有会

10、溶此部分互溶，不具有会溶温度。温度。第22页/共27页2023/3/25不互溶的双液系不互溶的双液系不互溶双液系的特点不互溶双液系的特点 如果如果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，各组分的蒸气压与单独存在时一共存时，各组分的蒸气压与单独存在时一样，液面上的样，液面上的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，不管其相对数量当两种液体共存时，不管其相对数量如何，其总蒸气压恒大于任一组分的蒸气如何，其总蒸气压恒大于任一组分的蒸气压，压，而沸点则恒低于任一组分的沸点。而沸点则恒

11、低于任一组分的沸点。通常在水银的表面盖一层水，企图减少汞蒸气，其通常在水银的表面盖一层水，企图减少汞蒸气，其实是徒劳的。实是徒劳的。即：即：第23页/共27页2023/3/25不互溶的双液系不互溶的双液系水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏 以水以水-溴苯体系为例，两者互溶程度极小，而密度溴苯体系为例，两者互溶程度极小，而密度相差极大，很容易分开，图中是蒸气压随温度变化的相差极大，很容易分开，图中是蒸气压随温度变化的曲线。曲线。由表可见，在溴苯中通入水气后，双液系的沸点由表可见，在溴苯中通入水气后，双液系的沸点比两个纯物的沸点都低，很容易蒸馏。由于溴苯的摩比两个纯物的沸点都低，很容易蒸馏。由于溴苯的摩尔质量大，蒸出的混合物中溴苯含量并不低。尔质量大，蒸出的混合物中溴苯含量并不低。第24页/共27页2023/3/25不互溶的双液系不互溶的双液系第25页/共27页2023/3/25不互溶的双液系不互溶的双液系馏出物中两组分的质量比计算如下：馏出物中两组分的质量比计算如下：虽然虽然 小，但小，但 大，所以大，所以 也不会太小。也不会太小。为蒸馏出单位质量有机物所需水蒸气为蒸馏出单位质量有机物所需水蒸气的质量，称为水蒸气的消耗系数，此系数的质量，称为水蒸气的消耗系数，此系数越小，表示水蒸气蒸馏的效率越高。越小，表示水蒸气蒸馏的效率越高。第26页/共27页2023/3/25感谢您的观看！第27页/共27页