[工學(xué)]第五章相平衡(編輯修改稿)
2025-02-15 12:12 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 103 20 40 100 200 374 22066 表 1 水的相平衡數(shù)據(jù) —— 線 OA與 OC、 OA與 OB、OB與 OC分別形成液態(tài)水、固態(tài)冰和水蒸氣的單相面 — f= 3φ ＝ 3－ 1＝ 2 三個(gè)單相面的自由度均為 2。 t、 p在一定范圍內(nèi)變化，系統(tǒng)均能維持單相。 地區(qū)性 當(dāng) 描述系統(tǒng)狀態(tài)或總的組成的點(diǎn)即物系點(diǎn) 在 OA與 OC之間，即處于單液相區(qū)時(shí)，在一定范圍內(nèi)升溫或增壓，均可維持系統(tǒng)的相態(tài)不變，即仍為單液態(tài)。 地區(qū)性 OA、 OB、 OC分別是水 冰、冰 氣、水 氣的兩相平衡線。 OA稱水的 凝固曲線 或冰的 熔化曲線 ， OB稱冰的升華曲線 或水蒸氣的 凝華曲線， OC稱為水的 蒸發(fā)曲線 或水蒸氣的 液化曲線。線上每一點(diǎn)的坐標(biāo)代表兩相平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度和壓力 。 2．兩相線 地區(qū)性 —— f = 3φ ＝ 3－ 2＝ 1，自由度均等于 1。例，氣液平衡，溫度升高，壓力隨之增大，單純升溫，系統(tǒng)將由氣液平衡變?yōu)閱螝庀? —— 注意 (1)OA線的斜率為負(fù)， (2)O點(diǎn)處 OB斜率大于 OC斜率 ? 其中 oc’線為表中 20～ ℃ 間溫度區(qū)間內(nèi)的過(guò)冷水飽和蒸汽壓曲線 ? 過(guò)冷水飽和蒸汽壓曲線和前面講的水的飽和蒸汽壓曲線實(shí)際上是一條曲線。 ? oc’線落在冰的相區(qū)，說(shuō)明在相應(yīng)的溫度、壓力下冰是穩(wěn)定的。 ? 過(guò)冷水 — 使冰降到 ℃ 以下仍無(wú)冰產(chǎn)生，這就是水的過(guò)冷現(xiàn)象，這種狀態(tài)下的水稱為過(guò)冷水。 mmddHVTpTβαβα??? 前面我們提到了克拉貝龍方程，它適用于單組分系統(tǒng)任意兩相之間的平衡，通過(guò)該方程，可以幫助我們?cè)诩兾镔|(zhì) p ~ T 圖上如何解決 兩相共存線斜率大小 的問(wèn)題。 OA：冰的熔點(diǎn)曲線 OB：冰的飽和蒸氣壓曲線 gsmgsmd 0dHpT T V????lsmlsmd 0dHpT T V????OC：水的飽和蒸氣壓曲線 （蒸發(fā)） 斜率 斜率 斜率 v a p mglmd 0dHpT T V????OC′：過(guò)冷水飽和蒸氣壓曲線 —— o點(diǎn)為水蒸氣、水和冰三相共存的三相點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的溫度、壓力分別為：T=， p= —— f = 3— φ ＝ 3－ 3＝ 0， o點(diǎn)自由度為零。意義：溫度和壓力的任何變動(dòng)，都會(huì)破壞三相平衡系統(tǒng)的存在 3．三相點(diǎn) （ 1） OC向上不能延長(zhǎng)。 C點(diǎn) (TC=，℃。 pC=22119KkPa) —— 補(bǔ)充 關(guān)于臨界狀態(tài)及臨界狀態(tài)參數(shù)(critical parameters) 臨界溫度 TC：氣體液化允許的最高溫度；臨界壓力 pC：臨界溫度時(shí)液化所需的最低壓力；臨界體積 VC：臨界溫度和壓力時(shí)的摩爾體積； 4．討論 幾個(gè)特殊的點(diǎn)和線 地區(qū)性 臨界參數(shù)： TC， pC， VC的總稱。是物質(zhì)的特性常數(shù)。特點(diǎn)：臨界點(diǎn)時(shí)，氣液不分 （ 4） OD虛線是水的過(guò)冷曲線，是在特殊條件下存在的氣液兩相平衡線。稱 “ 亞穩(wěn)狀態(tài) ” （ 2） OA線向下不能延長(zhǎng)，向上只能延長(zhǎng)至一定程度。達(dá) A處附近（ 2 108Pa， 20℃ ）后，再降溫，冰的晶型改變，形成新的固相，情形復(fù)雜。 OA線的斜率為負(fù)，反映了水的凝固點(diǎn)隨外壓增大而降低的 “ 反常現(xiàn)象 ” 地區(qū)性 （ 3） OB線向上不能延長(zhǎng)，向下理論上可延至絕對(duì)零度（ 0K） （ 5）三相點(diǎn)不同于冰點(diǎn) ——三相點(diǎn)：?jiǎn)谓M分系統(tǒng)的氣 液 固三相平衡點(diǎn)。冰點(diǎn) (ice point)：常壓()下水的凝固點(diǎn)(T=)。是溶解了空氣中多種氣體的液態(tài)水與純固態(tài)冰間多組分系統(tǒng)的液 固兩相平衡點(diǎn) ?—— 冰點(diǎn)低于三相點(diǎn)溫度 (T=)約 ℃ 。原因有二：一是水中溶解了CO2等，凝固點(diǎn)下降 ℃ ，二是常壓()下水壓力大于三相點(diǎn)壓力()，使水的凝固點(diǎn)下降℃ ?—— 相圖意義 了解溫度、壓力對(duì)系統(tǒng)相態(tài)的影響。 ?舉例，恒壓升溫。在相圖上為一水平線，在 a點(diǎn)為單相冰；至 b點(diǎn)， 開(kāi)始 冰開(kāi)始液化，水 冰平衡；繼續(xù)恒壓升溫，進(jìn)入水單液相區(qū)，達(dá) c點(diǎn)，水開(kāi)始汽化。水 氣平衡；再升溫，系統(tǒng)進(jìn)入單氣相區(qū) 地區(qū)性 ???????? ???21mv a p12T1T1RHppln???????? ????233T13 7 313 1 1 0 1 3 2 51070ln例 已知水在 101325Pa下，沸點(diǎn)為 100℃ ，摩爾蒸發(fā)焓為 mol1，計(jì)算在高原地區(qū)壓力為 70 kPa時(shí)，水的沸點(diǎn)。 克 克方程的應(yīng)用 ： 解得 T2 ==℃ ，該高原地區(qū)的水的沸點(diǎn)是 ℃ ，低于水在常壓下的沸點(diǎn)。 例：如圖為 CO2的相圖 ， 試問(wèn)： （ 1） 將 CO2在 25℃ 液化 ， 最小需加多大壓力 ？ （ 2） 打開(kāi) CO2滅火機(jī)閥門時(shí) ， 為什么會(huì)出現(xiàn)少量白色固體 ？ 固 液 臨界點(diǎn) 氣 解： （ 1） 根據(jù)相圖 ， 當(dāng)溫度為 25℃ 液一氣平衡時(shí) ，壓力應(yīng)為 67大氣壓 ， 在 25℃ 時(shí)最小需要 67大氣壓才能使 CO2液化 。 （ 2） CO2的三相點(diǎn)壓力為 ， 當(dāng)外壓小于 。 當(dāng)打開(kāi)閥門時(shí) ， 由于壓力驟降到 1個(gè)大氣壓 ， 液相不能穩(wěn)定存在 ， 大量氣化時(shí)需吸收熱量 ， 使周圍溫度迅速降低 ， 在相圖上該系統(tǒng)有可能進(jìn)入固相區(qū) ， 而出現(xiàn)固體 CO2， 即干冰 。 對(duì)于二組分體系 ,C=2, f = 4φ。 φ至少為 1，則 f 最多為 3。這三個(gè)變量通常是 T， p 和組成 x。所以要表示二組分體系狀態(tài)圖，需用三個(gè)坐標(biāo)的立體圖表示。 保持一個(gè)變量為常量，從立體圖上得到平面截面圖。 （ 1） 保持溫度不變，得 px 圖 較常用 （ 2） 保持壓力不變，得 Tx 圖
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