相平衡43完全互溶ppt课件

药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室制作：陈纪岳制作：陈纪岳第三节 二组分液相互溶系统 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室第三节第三节 二组分液相互溶系统二组分液相互溶系统二组分相律二组分相律 f=K +2=2 +2=4 最多自由度最多自由度 f=41=3T、p、x）相图相图 T-p-x三维相图三维相图 通常固定一个变量，平面图通常固定一个变量，平面图 分类分类 p-x T-x 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室第三节第三节 二组分液相互溶系统二组分液相互溶系统分类分类 完全互溶完全互溶部分互溶部分互溶完全互溶完全互溶 固相完全不互溶固相完全不互溶固相部分互溶固相部分互溶固相完全互溶固相完全互溶 s-g 系统不讨论）系统不讨论）l-g 平衡平衡l-l 平衡平衡 s-l 平衡平衡s-s平衡平衡 ll 系统系统 s-s 系统系统 不生成化合物不生成化合物生成稳定化合物生成稳定化合物生成不稳定化合生成不稳定化合 理想液态混合物理想液态混合物非理想液态混合物非理想液态混合物 T-x图图 p-x图图T-x图图 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图AB(1)溶液组成溶液组成x与蒸气压与蒸气压p 液相线液相线 1.相图绘制相图绘制 p*Ap*BpT=常数常数液相线液相线理想液态混合物遵守理想液态混合物遵守拉乌尔拉乌尔Raoult定律定律 组分组分A AAAxpp*组分组分B BBBxpp*溶液溶液 BBBABA1xp)x(pppp*BABA)(xpppp*液相线是一条直线液相线是一条直线 0.2 0.4 0.6 0.8xB 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室BABAx)pp(pp*一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图气相线气相线ABp*Ap*BpT=常数常数液相线液相线0.2 0.4 0.6 0.8xB 组分组分A pxpppy*AAAA 组分组分B pxpppy*BBBB (2)气相组成气相组成y与蒸气压与蒸气压p 气相线气相线 01.00设设p*A=1，p*B=2 0.21.20.330.51.50.670.81.80.881.02.01.0当当B比比A更易挥发更易挥发(p*B p*A)时时 p*Bp,yB xB 易挥发组分在气相中浓度比液相中浓度大易挥发组分在气相中浓度比液相中浓度大 气相线气相线 p-y不是直线不是直线 xBpyB药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图气相线气相线ABp*Ap*BpT=常数常数液相线液相线0.2 0.4 0.6 0.8xB 2.相图理解相图理解 1l21g22l-g1液相线液相线2l-g1相区相区相数相数相态相态自由度自由度f*气相线气相线2l-g1(1)物系点总组成和相点相组成）物系点总组成和相点相组成）单相区：物系点相点单相区：物系点相点 二相区：物系点相二相区：物系点相1+相相2 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图lg液相组成液相组成=总组成总组成气相组成气相组成=总组成总组成液相液相+气相总组成气相总组成药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图气相线气相线ABp*Ap*BpT=常数常数液相线液相线0.2 0.4 0.6 0.8xB 2.相图理解相图理解 1l21g22l-g1液相线液相线2l-g1相区相区相数相数相态相态自由度自由度f*气相线气相线2l-g1(1)物系点总组成和相点相组成）物系点总组成和相点相组成）单相区：物系点相点单相区：物系点相点 二相区：物系点相二相区：物系点相1相相2(2)二相区二相区f*=1 p改变，相组成必改变，两个相点连线称连结线，反之也是改变，相组成必改变，两个相点连线称连结线，反之也是 物系点在连结线上移动，不改变相组成，只改变相的物质量物系点在连结线上移动，不改变相组成，只改变相的物质量 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图lgpp1p1x结线结线p2p改变，相组成必改变改变，相组成必改变反之也是反之也是 p2p2药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图ABp2.相图理解相图理解(3)压力变化时物态的变化压力变化时物态的变化 a5a4a2a1x4x3y3y2a3a1pp饱饱x a2P=p饱饱xy2第一个气泡）第一个气泡）a3P=p饱饱x3量减少）量减少）y3量增加）量增加）a4P=p饱饱x4最后一滴液）最后一滴液）y4=x 物系点物系点压力压力液相液相气相气相a5pp饱饱y5=xx药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图AB3.杠杆规则各相物质量之间关系杠杆规则各相物质量之间关系 xMONx1x2设物系设物系O分成二个相点：液相分成二个相点：液相M 气相气相N（浓度坐标为摩尔分数时（浓度坐标为摩尔分数时）对于任一组分如对于任一组分如B有下列关系：有下列关系：n总总=n液液n气气 ONnOMn气气液液杠杆规则适用所有二相平衡杠杆规则适用所有二相平衡 ONnOMn 21相相相相浓度坐标为质量分数时浓度坐标为质量分数时 ONWOMW 21相相相相MON相相1相相2n总总x=n液液x1n气气x2 n液液x-x1）=n气气x2-x）药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图18.65p(kPa)AB例例 0.7mol CCl4(A)与与0.3mol CHCl3(B)混合成理想液态混合物混合成理想液态混合物25C时，时，p*A=15.27 kPa，p*B=26.51 kPa 求求25C时，时，xB，p总，总，yB(2)若保持若保持p总不变，加入总不变，加入0.15mol的的B，求，求n液，液，n气气(3)若保持总组成不变，改变总压为若保持总组成不变，改变总压为17.8 kPa，求，求xB，yB(4)若加入若加入B而保持二相共存，当而保持二相共存，当yB=0.5时，时，p总总=?0.4270.3解解(1)xB=0.3 p=(p*Bp*A)xB+p*A=18.65 kPa 总总pxpy*BBB=0.427药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图p(kPa)AB例例 0.7mol CCl4(A)与与0.3mol CHCl3(B)混合成理想液态混合物混合成理想液态混合物25C时，时，p*A=15.27 kPa，p*B=26.51 kPa(2)若保持若保持p总不变，加入总不变，加入0.15mol的的B，求，求n液，液，n气气(3)若保持总组成不变，改变总压为若保持总组成不变，改变总压为17.8 kPa，求，求xB，yB 解解18.650.4270.3=0.391 nl(0.3910.3)=(n总总nl)(0.427 0.391)nl=0.326 molng=0.824 mol(3)p=(p*Bp*A)xB+p*A 17.8=(26.5115.27)xB+15.27 xB=0.225 pxpy*BBB=0.335 701503015030.x 总总(2)0.39117.8药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.理想液态混合物理想液态混合物p-x相图相图例例 0.7mol CCl4(A)与与0.3mol CHCl3(B)混合成理想液态混合物混合成理想液态混合物25C时，时，p*A=15.27 kPa，p*B=26.51 kPa(4)若加入若加入B而保持二相共存，当而保持二相共存，当yB=0.5时，时，p总总=?解解p(kPa)AB1718.650.4270.30.3910.5p=?（4yB=0.5代入代入*pxppxpyABABBBB)(得得xB=0.365 p总总(p*Bp*A)xB+p*A=19.38 kPa 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室 二理想液态混合物二理想液态混合物T-x相图相图 1相图绘制相图绘制 气相样品气相样品电热丝电热丝温度计温度计实验方法沸点仪实验方法沸点仪 T1x1y1T2x2y2Txy液相样品液相样品药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室 二理想液态混合物二理想液态混合物T-x相图相图 1相图绘制相图绘制 实验方法沸点仪实验方法沸点仪 计算方法计算方法 组分组分A：AAm,A1lnCTRHp 组分组分B：BBm,B1lnCTRHp 若绘制压力为若绘制压力为p时时T-x相图相图 B*ABAO)(xpppp*求出求出xB OBBpxpy*B 求出求出yB 对应一个对应一个T p*A，p*B xA，yB，可作可作T-x相图相图计算不同计算不同T时的时的p*A和和p*B 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室 二理想液态混合物二理想液态混合物T-x相图相图 T2T1Ap=常数常数BTx1相图绘制相图绘制 T1x1y1T2x2y2Txylg-lgx2y2x1y1与与p-x 图比较图比较(1)液相线不是直线液相线不是直线(2)相区颠倒相区颠倒 p*大，则大，则T沸小沸小 液相在下，气相在上液相在下，气相在上 2相图理解略）相图理解略）药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室 二理想液态混合物二理想液态混合物T-x相图相图 3理想液态混合物理想液态混合物T-p-x 相图相图 图如梭形在空间移动而成的轨迹图如梭形在空间移动而成的轨迹 前上方前上方气相气相 后下方后下方液相液相 梭筒内梭筒内气液二相气液二相 横切面横切面 p-x 图图 纵切面纵切面 T-x 图图 x=0，1单组分单组分p-T 图图 lT xg-lpg药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室三相图应用三相图应用液相组分分离液相组分分离TT1.简单蒸馏简单蒸馏 系统在某一温度区间加热分离系统在某一温度区间加热分离 AB加热平均温度加热平均温度TT 气相气相yy变化，变化，实现实现A，B组分的相对分离组分的相对分离 含较多高沸点组分含较多高沸点组分A含较多低沸点组分含较多低沸点组分B液相液相xx变化，变化，xxyy药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室三相图应用三相图应用液相组分分离液相组分分离2.精馏精馏 系统在不同温度区间连续气化和冷凝，可完全分离系统在不同温度区间连续气化和冷凝，可完全分离A和和B 装置：精馏塔工业），精馏柱实验室）装置：精馏塔工业），精馏柱实验室）T3T2T1原液原液加热釜加热釜T3T2T1ABT原液原液药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室三相图应用三相图应用液相组分分离液相组分分离2.精馏精馏 T3T2T1原液原液加热釜加热釜T3T2T1ABT原液原液T2气化气化x2T3气化气化x3剩余液剩余液 纯纯AT3液化液化y2T2气化气化y1馏出液馏出液 纯纯Bx1液相变化：液相变化：y3气相变化：气相变化：x3x2x1x1x2x3剩余液剩余液A剩余液剩余液y1y2y3馏出液馏出液By2y1y3馏出液馏出液药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四 非理想液态混合物气液平衡非理想液态混合物气液平衡1蒸气压的偏离蒸气压的偏离 非理想液态混合物偏离拉乌尔定律非理想液态混合物偏离拉乌尔定律 正偏差正偏差 FA-BFA-A，FA-Bp理理 负偏差负偏差 FA-BFA-A，FA-BFB-B，如，如A-B缔合，缔合，H键，溶剂化，键，溶剂化，使使p，即，即px 若若x，p，则，则yx 最低恒沸温度最低恒沸温度 最低恒沸组成最低恒沸组成 柯诺瓦洛夫规则柯诺瓦洛夫规则 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四 非理想液态混合物气液平衡非理想液态混合物气液平衡右支右支(2)正偏差很大的系统正偏差很大的系统 xpglxTg-l1g-l2相图理解：相图理解：将相图在恒沸点处分成二部分，每一部分类同理想液态混合物将相图在恒沸点处分成二部分，每一部分类同理想液态混合物 分馏分馏 馏出物：恒沸物馏出物：恒沸物 馏出物：恒沸物馏出物：恒沸物 残留物：纯残留物：纯B 左支左支 残留物：纯残留物：纯A恒沸物恒沸物AB药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四 非理想液态混合物气液平衡非理想液态混合物气液平衡(3)负偏差很大的系统负偏差很大的系统 xH2OHNO3pxT特点特点（1p-x图中，蒸气压出现最低点图中，蒸气压出现最低点 T-x图中，沸点出现最高点图中，沸点出现最高点（2同上同上（3同上同上 最高恒沸温度最高恒沸温度 最高恒沸组成最高恒沸组成 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四 非理想液态混合物气液平衡非理想液态混合物气液平衡(3)负偏差很大的系统负偏差很大的系统 xpxT相图理解：相图理解：可分二部分理解可分二部分理解 右支右支 分馏分馏 馏出物：纯馏出物：纯A馏出物：纯馏出物：纯B左支左支 残留物：恒沸物残留物：恒沸物 恒沸物恒沸物AB残留物：恒沸物残留物：恒沸物药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四 非理想液态混合物气液平衡非理想液态混合物气液平衡(4)T-p-x相图相图 如如H2O-C2H5OH系统系统 p=p时，低沸类型相图，时，低沸类型相图，x恒恒=95.5 p=9.33kPa时，无恒沸点时，无恒沸点 pT x水水乙醇乙醇药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四 非理想液态混合物气液平衡非理想液态混合物气液平衡3.恒沸物分离恒沸物分离 以分离以分离H2O-C2H5OH为例为例(1)加入添加剂特殊蒸馏，如加入添加剂特殊蒸馏，如 恒沸蒸馏：恒沸蒸馏：馏出的低沸物馏出的低沸物 馏出物：三元低沸物沸点低，含水多）馏出物：三元低沸物沸点低，含水多）残留物：乙醇残留物：乙醇 CaCl2甘油甘油乙醇乙醇萃取蒸馏：萃取蒸馏：盐溶蒸馏：盐溶蒸馏：（2改变压力，避开低沸点改变压力，避开低沸点 加入苯蒸馏加入苯蒸馏 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室制作：陈纪岳制作：陈纪岳请转下一节