第3節(jié)：單組分系統(tǒng)相律分析

1、1水的不同相態(tài)水的不同相態(tài) 液氮的正常沸液氮的正常沸點(diǎn)是點(diǎn)是 196 Br2(g)冷凝冷凝單組分系統(tǒng)相律分析單組分系統(tǒng)相律分析2水的相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)水的相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)t / 飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓p/kPa 平衡壓力平衡壓力p/kPa水水氣氣冰冰氣氣冰冰水水 20 0.1260.103193.5 103 15 0.1910.165156.0 103 10 0.2870.260110.4 103 5 0.4220.41459.8 103 0.01 0.6100.6100.610 20 2.338 40 7.367 60 19.916 80 47.343 100 101.325 150 476.02

2、200 1554.4 250 3975.4 300 8590.3 350 16532 374 220603水的相圖水的相圖 OB線線, OC線和線和OC 線線依次是冰依次是冰, 水和過冷水的飽和蒸氣壓曲線水和過冷水的飽和蒸氣壓曲線; OC線止于臨界點(diǎn)線止于臨界點(diǎn). OA線線是冰的熔點(diǎn)隨壓力變化曲是冰的熔點(diǎn)隨壓力變化曲線線. 注意其注意其斜率為負(fù)值斜率為負(fù)值. 3 個面分別是氣、液、固單相區(qū)個面分別是氣、液、固單相區(qū). 交點(diǎn)交點(diǎn)O是三相平衡點(diǎn)是三相平衡點(diǎn), 自由度數(shù)自由度數(shù)為為0, 其溫度比正常熔點(diǎn)高其溫度比正常熔點(diǎn)高0.01K. 從相圖分析從相圖分析恒壓變溫恒壓變溫和和恒溫變壓恒溫變壓過程的相

3、變化過程的相變化.4將相律運(yùn)用于單組分將相律運(yùn)用于單組分 ( C = 1 )系統(tǒng)系統(tǒng), 得得F = CP + 2 = 3P 若若P = 1, 則則F = 2, 單組分單相單組分單相雙變量雙變量(T和和p)系統(tǒng)系統(tǒng); 若若P = 2, 則則F = 1, 單組分兩相單組分兩相單變量單變量(T或或p)系統(tǒng)系統(tǒng); 若若P = 3, 則則F = 0, 單組分三相單組分三相無變量無變量系統(tǒng)系統(tǒng); 單組分系統(tǒng)平衡共存的相數(shù)最多為單組分系統(tǒng)平衡共存的相數(shù)最多為3 (此時此時 F = 0); 單組分系統(tǒng)最大自由度最大為單組分系統(tǒng)最大自由度最大為 2 (此時此時P = 1), 故單組故單組分相圖可用分相圖可用 p

4、 T 平面圖來表示平面圖來表示. 雙變量系統(tǒng)雙變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng)無變量系統(tǒng)無變量系統(tǒng)冰冰水水水蒸氣水蒸氣冰冰 水水冰冰 水蒸氣水蒸氣水水 水蒸氣水蒸氣 水蒸氣水蒸氣冰冰 水水面面p = f(T) 線線點(diǎn)點(diǎn)單組分系統(tǒng)相律分析單組分系統(tǒng)相律分析5水的相圖水的相圖 3 個面分別是氣、液、固單相區(qū)個面分別是氣、液、固單相區(qū). 交點(diǎn)交點(diǎn)O是三相平衡點(diǎn)是三相平衡點(diǎn), 自由度數(shù)自由度數(shù)為為0, 其溫度比正常熔點(diǎn)高其溫度比正常熔點(diǎn)高0.01K. O點(diǎn)所對應(yīng)的壓力為點(diǎn)所對應(yīng)的壓力為611Pa。 對應(yīng)的相態(tài)情況是：對應(yīng)的相態(tài)情況是： O點(diǎn)稱為點(diǎn)稱為“三相點(diǎn)三相點(diǎn)”。)()()(222gOHlOHsOH

5、0 對應(yīng)的壓力為對應(yīng)的壓力為101.325kPa101.325kPa。對應(yīng)的相態(tài)情況為：對應(yīng)的相態(tài)情況為：這一點(diǎn)稱為這一點(diǎn)稱為“冰點(diǎn)冰點(diǎn)”。)()()(222gOHairOHsOH 6純純 水水冰冰三相點(diǎn)三相點(diǎn)冰冰 點(diǎn)點(diǎn) H2O的三相點(diǎn)與冰點(diǎn)的區(qū)別的三相點(diǎn)與冰點(diǎn)的區(qū)別被空氣飽和的水被空氣飽和的水冰冰水蒸氣水蒸氣 p = 611Pa t = 0.01空氣和水蒸氣空氣和水蒸氣p = 101.325kPat = 0水的相圖水的相圖72. 2. 水的相圖水的相圖 三相點(diǎn)是物質(zhì)自身的特性，不能加以改變，三相點(diǎn)是物質(zhì)自身的特性，不能加以改變，如如H2O的三相點(diǎn)的三相點(diǎn) T =274.16K , p = 6

6、10.62 Pa 冰點(diǎn)是在大氣壓力下，水、冰、氣三相共存。冰點(diǎn)是在大氣壓力下，水、冰、氣三相共存。當(dāng)大氣壓力為當(dāng)大氣壓力為100 KPa時，冰點(diǎn)溫度為時，冰點(diǎn)溫度為273.15K，改，改變外壓，冰點(diǎn)也隨之改變。變外壓，冰點(diǎn)也隨之改變。冰點(diǎn)溫度比三相點(diǎn)溫度低冰點(diǎn)溫度比三相點(diǎn)溫度低0.01K是由兩種因素造成的：是由兩種因素造成的：（1）因）因外壓增加外壓增加，使凝固點(diǎn)下降，使凝固點(diǎn)下降0.00748K ； （2）因）因水中溶有空氣水中溶有空氣，使凝固點(diǎn)下降，使凝固點(diǎn)下降0.00241K。8兩相平衡線上的相變過程兩相平衡線上的相變過程 在兩相在兩相平衡線上平衡線上的任何一的任何一點(diǎn)都可能點(diǎn)都可能有三

7、種情有三種情況。如況。如OCOC線上的線上的P P點(diǎn)：點(diǎn)：（1 1）處于）處于f f點(diǎn)的純水，保持溫度不變，逐步減小壓力，點(diǎn)的純水，保持溫度不變，逐步減小壓力，在無限接近于在無限接近于P P點(diǎn)之前，氣相尚未形成，系統(tǒng)自由度為點(diǎn)之前，氣相尚未形成，系統(tǒng)自由度為2 2。用升壓或降溫的辦法保持液相不變。用升壓或降溫的辦法保持液相不變。fgfg92. 2. 水的相圖水的相圖（2）到達(dá)到達(dá)P P點(diǎn)點(diǎn)時，氣相出現(xiàn)，時，氣相出現(xiàn)，在氣在氣- -液兩相平液兩相平衡時，衡時，F(xiàn)=1。壓力與溫度只壓力與溫度只有一個可變。有一個可變。（3 3）繼續(xù)降壓，離開）繼續(xù)降壓，離開P P點(diǎn)時，最后液滴消失，點(diǎn)時，最后液滴消失，成單一氣相，成單一氣相，F(xiàn)=2。 通常只考慮通常只考慮（2）的情況。的情況。fgf