教学指导-相平衡

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1、第四章相平衡首页基本要求重点难点讲授学时内容提要1基本要求[TOP]1.1熟悉相、组分数和自由度的概念，掌握相律的物理意义及其在相图中的应用。1.2掌握克氏方程及其在单组分体系中的应用及各种计算。1.3掌握杠杆规则及其在相图中的应用。1.4了解双液体系统的p-x和T-x图，熟悉蒸馏和精馏的原理，了解恒沸系统的特点。1.5能根据相图绘制冷却曲线，或根据冷却曲线绘制简单的相图。1.6熟悉低共熔系统相图的意义和应用。1.7掌握三组分系统的组成表示法，熟悉水盐系统的相图及其简单应用。熟悉部分互溶三液体系相图及其在萃取过程中的应用。2重点难点[TOP]2.1重点相律及其应用

2、水的相图和应用，单组分系统二相平衡时T-p的定量关系式的应用；各种双液系统相图的特点及其在液相物质分离中的应用；各种固液系统相图的特点及其在固相物质分离提纯中的应用；三组分系统相图的特点及其在萃取和重结晶中的应用。2.2难点相律公式计算结果的解释；各种相图的理解，通过相图解释在温度、压力及组成变化时物态的变化；物系点和相点的区别，二相区自由度f*=1的理解；用相图理解蒸馏过程、重结晶过程、萃取过程的原理和应用3讲授学时[TOP]建议10～12学时54内容提要[TOP]第一节第二节第三节第四节第五节第六节4.1第一节相律4.1.1相相是系统中物理性质和化学性质完全均

3、匀的部分。一般任何情况下，不同种类的气体相混合只能有一个相；各种液体间，根据相互溶解关系可以是一个相也可以是多个相；固体一般是有一个固体便有一个相，如果一个固体能均匀地分散在另一固体中形成固态混合物，则为一个相。4.1.2物种数与组分数平衡系统中所含的化学物质数称为物种数，足以表示系统中所有各相组成所需的最少物种数，称独立组分数或简称组分数，系统的组分数与物种数关系为：K=S-R-R′，R为独立的化学平衡数，R’为独立的浓度限制条件。4.13自由度在一个平衡系统中，在不发生旧相消失或新相产生的条件下，在一定范围内可以任意改变的可变因素（温度、压力及浓度等强度因素）

4、的最多数目，称为自由度。4.14相律的推导从热力学平衡条件导出Gibbs相律公式：f=K-Φ＋24.2第二节单组分系统[TOP]4.2.1单组分系统的相图根据实验数据绘制水的相图，水的相图中主要有3条二相平衡线，一个三相点构成。水的相图是药物冷冻干燥、升华提纯的理论基础。各种物质的三相点的压力是确定升华提纯的重要数据，二氧化碳的相图在超临界萃取中有作重要应用。4.2.2克劳修斯-克拉珀龙方程克劳修斯-克拉珀龙方程是单组分系统二相平衡线p-T关系的数学描述。对于凝聚相之间的二相平衡，p-T关系为：对于凝聚相与气相之间的二相平衡，p-T关系为：4.3第三节完全互溶双液

5、系统[TOP]4.3.1理想的完全互溶双液系统理想的完全互溶液态混合物，组分的蒸气压遵循拉乌尔定律。液态混合物的蒸气压与液相组成呈直线关系：p=pA*+(pB*-pA*)xB，根据道尔顿分压定律，气相中的组成为：，由此可绘制p-x相图。4.3.2杠杆规则5杠杆规则是二相平衡时二个相的物质量多少的定量关系式，与物系点位置和相点的位置有关。4.3.3非理想的完全互溶双液体系多数真实的液态混合物都是非理想的，它们与拉乌尔定律存在各种偏差。当混合后分子间作用力减弱时，产生正偏差，当分子间作用力增强时，产生负偏差。按不同的偏差情况，可分为三类相图：当偏差不大时，系统的相图与

6、理想液态混合物雷同；若正偏差很大时，系统的p-x相图中会出现最高点，在T-x相图中会出现最低点，此点的温度为最低恒沸温度，组成称为最低恒沸组成；若负偏差很大时，系统的p-x相图中会出现最低点，在T-x相图中会出现最高点，此点的温度为最高恒沸温度，组成称为最高恒沸组成。以恒沸点为界，可将后二种系统的相图划分为二部分，分别讨论其分馏的结果。4.3.4蒸馏与精馏蒸馏与精馏是分离液体混合物的重要方法，在工厂和实验室应用很广。简单蒸馏是在某一温度区间进行气液分离，它只能将液体混合物的组分作相对分离。精馏是在系列温度下(塔板)进行连续的部分气化和部分冷凝，实现组分的彻底分离。

7、精馏的装置在工业上为精馏塔，实验室为稽留柱。4.4第四节部分互溶和完全不互溶的双液系统[TOP]4.4.1部分互溶的双液系统两种液体由于极性等性质有显著差别，以致在常温时只能有条件的相互溶解，超过一定范围便要分层形成两个平衡液相。两液相互饱和，互称为共轭相。一般当温度升高时，相互溶解度增大，当两者完全溶解时，此时的温度为临界溶解温度。大多部分互溶体系具有最高临界溶解温度，但也有具最低临界溶解温度和同时具最高最低临界溶解温度的例子。部分互溶的双液系统的气液平衡相图，一定是具最低恒沸点类型的相图。4.4.2完全不互溶的双液系统完全不互溶的双液系统的蒸气压是两纯组分的饱

8、和蒸气压之