物质的相态-水的相图.ppt

化学基础Huaxuejichu,紧密结合教材,围绕课程标准,方便教师讲课,便于学生理解,2019/12/14,2,第三章物质的聚集状态,主要内容,学习目标,2019/12/14,4,学习内容,物质的相态相和相图；饱和蒸汽压和温度气体理想气体、混合气体、实际气体溶液稀溶液依数性；非电解质溶液气液平衡；电解质的电解胶体胶体的特殊性质；物质的表面特征,物质的聚集状态,物质的聚集状态变化,气态,液态,固态,等离子体,气化,液化,熔化,凝固,升华,2019/12/14,6,物质的相态水的相图,【问题】请分析下面几种情况系统是几相2g氯化钠投入100mL水中，搅拌后静止；20mL的乙醇和80mL的去离子水混合并搅拌后静止；20mL的四氯化碳与80mL去离子水混合并搅拌后静止；2mL酚与98mL去离子水混合并搅拌后静止；2mL去离子水与98mL酚混合并搅拌后静止；50mL酚与50mL去离子水混合并搅拌后静止；,问题分析,2g氯化钠投入100mL水中，搅拌后静止；,溶液是一相因为氯化钠溶于水中。氯化钠电解出的离子与水分子处于“最均匀”的状态。,2019/12/14,7,相数=1；组分数S=2,20mL的乙醇和80mL的去离子水混合并搅拌后静止；,溶液是一相因为乙醇与水能以任意比例混溶。乙醇分子与水分子处于“最均匀”的状态。,2019/12/14,8,问题分析,相数=1；组分数S=2,20mL的四氯化碳与80mL去离子水混合并搅拌后静止；,溶液是两相因为四氯化碳与水不相溶。四氯化碳分子与水分子不是处于“最均匀”的状态。,2019/12/14,9,问题分析,相数=2；组分数S=2,2mL苯酚与98mL去离子水混合并搅拌后静止；,溶液是一相因为苯酚在水中有一定溶解度。苯酚分子与水分子处于“最均匀”的状态。,2019/12/14,10,问题分析,相数=1；组分数S=2,2mL去离子水与98mL酚混合并搅拌后静止；,溶液是一相因为水在苯酚中也有一定的溶解度。水分子与苯酚分子处于“最均匀”的状态。,2019/12/14,11,问题分析,相数=1；组分数S=2,50mL苯酚与50mL去离子水混合并搅拌后静止；,溶液是两相因为苯酚与水不完全相溶。苯酚分子与水分子不是处于“最均匀”的状态。,2019/12/14,12,问题分析,相数=2；组分数S=2,上述的“最均匀”的状态是什么？,相：系统内部物理和化学性质完全均匀的部分,2019/12/14,13,一、物质的聚集状态相,相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的例如问题水和四氯化碳的界面。,如何确定一个系统有几相？,2019/12/14,14,一、物质的聚集状态相,不论有多少种气体混合，只有一相气相,根据液体互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。,一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。,二、水的相图,水的相平衡实验数据表,绘制水的相图,气-固平衡数据-冰在不同温度的饱和蒸气压,气-液平衡数据-水在不同温度的饱和蒸气压,液-固平衡数据-水和冰在不同温度时的平衡压力,分析水的相图,水的相图是根据实验绘制的。图上有：,三个单相区在气、液、固三个单相区内，=1，温度和压力都可以在一定限度内变化不会引起相的改变。,三条两相平衡线气液、气固、固液，=2，压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由体系自定。,OA气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能任意延长，终止于临界点。临界点，这时气-液界面消失。高于临界温度，不能用加压的方法使气体液化。,OB气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0K附近。,OC液-固两相平衡线，当C点延长至压力大于时，相图变得复杂，有不同结构的冰生成。,OD是AO的延长线，是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。因为在相同温度下，过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压，所以OD线在OB线之上。过冷水处于不稳定状态，一旦有凝聚中心出现，就立即全部变成冰。,H2O的三相点温度为273.16K，压力为610.62Pa。,O点是三相点，气-液-固三相共存，。三相点的温度和压力皆由体系自定。,学习效果检验,（4）从水的相图上看出OC线的斜率是正还是负？能说明什么问题？,1、回答下列问题（1）从水的相图上看，如果想让冰直接升华成水蒸汽，压力最高不能超过多少？,（2）从水的相图可以看出液态水的饱和蒸汽压随温度的升高而增大还是减小？,（3）水的冰点和三相点有区别吗？,（1）在水的相图中常常会出现OD线,是水的过冷线。实验表明,当温度低于0.01时,水应该结成冰,但有时往往不是这样,温度甚至到-20仍不结冰，这种现象称为过冷现象,这种水称为过冷水。过冷水是一种亚稳态，是热力学上不稳定的状态，在一定条件下会自动结成冰。,（2）三相点的温度(0.01)比冰点(0)稍高,原因是冰点为101.325kPa外压下被空气饱和的水的凝固点。空气溶解在水中,压力由三相点压力增大到101.325kPa,两者使冰点比三相点的温度0.01。,（3）冰水系统的饱和蒸气压随温度上升而下降,与大部分系统不同。由于一般情况下,冰的体积大于水的体积,出现这种现象与冰水的特殊结构有关。,下图是二氧化碳的相图，根据相图回答问题,(1)分析相图中区、线、点的意义。,固相,液相,气相,(2)OC线的斜率是正还是负？,三、液体的饱和蒸汽压,液体的饱和蒸汽压：,动态平衡,沸腾,外界压力,沸点：,一定外压下，液体沸腾的温度。,液体的饱和蒸汽压与沸点的关系：,图1.3.1气液平衡示意图,气液平衡时：气体称为饱和蒸气；液体称为饱和液体；压力称为饱和蒸气压。,饱和蒸气压是温度的函数,表1.3.1水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压,饱和蒸气压外压时的温度称为沸点饱和蒸气压101.325kPa时的温度称为正常沸点,T一定时：如pBpB*，B气体凝结为液体至pBpB*（此规律不受其它气体存在的影响）,相对湿度的概念：相对湿度=,在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平衡时，蒸气压随温度的变化率可用下式表示：,2019/12/14,29,学习效果检验,一、选择题1.铁块与铁粉的混合物相数为（）（1）1；（2）2；（3）3；（4）4。2.在不饱和的NaCl溶液中组分数C,相数为（）。（1）2，1；（2）2，2；（3）2，1；（4）2，2。3.在NaCl固体与饱和的NaCl溶液共存体系中C,相数分别为（）。（1）2，1；（2）2，2；（3）2，1；（4）2，2。,（2）,（3）,（2）,2019/12/14,30,学习效果检验,4.由79%N2和21%O2所组成的空气系统的组分数C,相数分别为（）。（1）C=2，=1；（2）C=2，=2；（3）C=2，=1；（4）C=2，=1。5.水蒸气、水、冰三相平衡共存的点，称为三相点点，在该点组分数、相数分别为（）。（1）C=1，=1；（2）C=1，=3；（3）C=2，=3；（4）C=3，=3。,（1）,（2）,2019/12/14,31,学习效果检验,（）1.粉碎得很细的铜粉和铁粉经过均匀混合后成为一个相。（）2.为了使水在90沸腾，可以降低压力，使其压力在90的保证蒸汽压下温度达到90即可。（）3.对于氯化钠的水溶液，温度、压力和浓度都可以在一定范围内自由变化而不致引起相变化。（）4.冰在压力低于610.62Pa（水的三相点压力）升温时可以升华。（）5.从水的相图看，水结冰后体积会变大。,2019/12/14,32,内容总结,2019/12/14,33,课后任务,作业：1.请查阅二氧化碳单组份系统相图，并与水的相图进行比较，并解释为什么干冰会直接升华而不是液化。2.将玻璃烧杯装满水放在冰柜中冷冻，会将烧杯“涨破”，为什么？如果烧杯中装的不是水而是其他液体（例如乙醇），冷冻凝固后会怎样？,2019/12/14,34,课后任务,作业：4.生活中，用高压锅煮肉会在很短时间内煮的熟烂，道理是什么？5.为什么二氧化碳灭火器使用时喷出的是粉末而不是液体？,2019/12/14,35,课后任务,下次课要解决的问题：【问题3-4】生活中常见到炎热的夏天汽车在高速公路行驶时间长容易爆胎，自行车在夏天太阳下容易爆胎；氢气球一旦脱离束缚会升空等等，请说明这些现象的原因。,2019/12/14,36,课后任务,下次课要解决的问题：【问题3-5】生产实践中遇到的气体往往不是单一的气体，而是由多种气体组成的气体混合物，例如空气、工业生产中产生的尾气等。若在一体积为V的容器中，放入的N2气、的O2气，那么容器中气体的总压力是多少？容器中N2、O2各自的压力为多少？各自的压力能否用来计算？,