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高等工程热力学童钧耕第章溶液和相平衡第一节：溶液的基本概念1.1 溶液的定义溶液是指由两个或两个以上的物质在一定温度和压力下混合形成的均相体系。
1.2 溶解度溶解度是指在某一温度和压力下，单位体积溶剂中最多溶解的物质的量，通常用摩尔溶解度表示。
在给定的温度和压力下，溶液中溶质的摩尔浓度等于溶解度，此时称为饱和溶液。
1.3 等温线等温线是指在恒定温度下，溶质在溶剂中溶解度随压力变化的曲线。
当某一压强下，溶质的摩尔浓度等于溶解度时，称为等温线上的点，该点就是该压强下的平衡点。
第二节：相平衡2.1 相平衡的定义相平衡是指在一定温度和压力下，两个或两个以上的不同相处于平衡状态时所对应的状态，即两个或两个以上的相间存在相互转化的正逆反应，并且反应速率相等，达到动态平衡。
2.2 平衡常数平衡常数是指在一定温度下，反应物与生成物之间的摩尔浓度比值，即为反应的平衡常数。
反应的正逆反应之间的平衡常数满足比例关系。
2.3 相图相图是描述物质（纯物质或混合物）在不同条件下相平衡关系的图形记录。
它通常是以温度和压力为轴，画出不同相的出现范围，用以研究物质在不同条件下的相变规律。
第三节：二元液体体系3.1 物质在不同条件下的相变物质在不同条件下的相变表现为液态、固态、气态之间的相互转化。
同一物质在不同条件下的相变规律与其在相图上的相变曲线有关。
3.2 系统的有序性和无序性在研究液体体系时，通常采用统计力学的方法。
在这种方法中，系统的有序程度通常用熵来描述。
对于二元液体体系，其混合熵对于温度和组成都是函数，因此可以得到相互作用参数。
3.3 凝聚度模型凝聚度模型用于描述液-液混合，其核心是假设体系可以分为两类分子，一类是聚集分子（偏好型分子），一类是单体分子（排斥型分子）。
据此可以得到混合自由能，用于计算热力学性质。
第四节：非理想溶液4.1 溶液中混合气体的非理想性在高压条件下，气体分子之间的相互作用不能忽略，导致混合气体的非理想性。
C )2117-1是25℃时一些典型非极性液体以及90K时少数液化气体的液体摩尔体积和溶解度参数。
观察不同液体的溶解度参数，完全可能对某些混合物偏离理想的情况作出定性的判断。
例如，注意到活度系数的对数与溶解度参数差值的平方成正比，可以推知，四氯化碳和正己烷的混合物会出现对拉乌尔定律的较大正偏差，而四氯化碳和环己烷则近乎于是理想的。
混合物各组分的溶解度参数的差别提供了溶液非理想性的一种度量。
脂肪烃的混合物近乎于理想溶液，而脂肪烃与芳烃的混合物则显示出显著的非理想性。
杨冬荣对许多含非极性组分的溶液，正规溶液方程是较好的半定量活度方程通常给出一级近似。
对于非极性系统，虽然正规溶液方程的结果不能总是很好，但通常可以接受。
如果需要预测相平衡，它还是有参考价值的[必须再一次强调式(7-30)和式(7-31)不适用于含极性组分的溶液]，对于非极性流体，正规溶液理论的最大不足莫过于不适用于某些含氟碳化合物的溶液(Scott ，1995)，其原因还不完全清楚。
对于近乎理想的混合物，正规溶液方程常常不大好，因为Gibbs 自由能的预测和实测结果相差悬殊。
不过，对近于理想的混合物，这样的误差对汽-液平衡计算当然只有小的影响。
在实际应用中正规溶液方程对于具有显著非理想性的非极性混合物非常有用。
溶解度参数理论能相当满意地预测大多数常规非极性液体的超额Gibbs 自由能，当超额Gibbs 自由能较大时尤其如此。
当偏离理想性较小时，正规溶液活度系数的可靠性较小，因为当δ1和δ2相互接近时，几何平均假设和溶解度参数中的小误差就变得相对严重起来。
表明，溶解度参数主要对于半定量预测液体混合物中的活度系数有用。
由溶解度参数可以立即知道由两种非极性液体形成的混合物所应有的非理想程度。
此外，如果经过经验改进，溶解度参数可作为精度更高的定量应用的基础。
例如，赵广绪(Chao)和Seader 曾利用溶解度参数在广泛条件范围关联了烃类混合物的汽-液平衡。
溶解度与溶液的热力学平衡溶解度是指在一定温度和压力下，溶质在溶剂中所能溶解的最大量。
它是描述溶解过程的重要参数，与溶质溶解能力以及溶剂性质密切相关。
溶解度的大小直接影响溶液的浓度，对于理解溶解动力学和热力学平衡有着重要的意义。
1. 溶解度与溶解过程的热力学溶解度与溶解过程的热力学参数之间存在着密切的关系。
在溶解过程中，吸热与放热是不可避免的。
当溶解过程吸热时，外界温度升高，溶解度相应增加；当溶解过程放热时，外界温度降低，溶解度则减小。
这是因为热力学平衡要求在不受外界条件影响下，溶解过程中吸热与放热达到平衡。
2. 孤立系统中的溶解度在孤立系统中，溶解度达到平衡时，溶质与溶液之间的转化速率达到动态平衡。
此时，溶解度与溶解自由能变化(ΔG)密切相关。
溶质溶解的自由能变化等于零，即ΔG=0，表明溶解过程处于热力学平衡状态。
当ΔG小于零时，溶质具有向溶液中溶解的趋势，溶解度增加；当ΔG大于零时，溶质具有从溶液中析出的趋势，溶解度减小。
3. 开放系统中的溶解度在开放系统中，溶质溶解的自由能变化还需要考虑外界压强对溶解过程的影响。
根据盖亚斯关系，当溶质溶解自由能变化与外界压强的乘积等于零时，溶解过程达到热力学平衡。
即ΔG + PΔV = 0。
其中，P 为外界压强，ΔV为溶解过程的体积变化。
4. 温度对溶解度的影响温度是影响溶解度的重要因素之一。
通常情况下，溶解度随温度的升高而增加。
这是因为在吸热的条件下，增加温度有利于溶质分子间的运动，促使溶质更容易与溶剂相互作用，从而增加溶解度。
然而，并非所有溶质在升高温度下溶解度都会增加，某些溶质在特定温度下存在溶解度极值点。
5. 溶质与溶剂之间的相互作用力对溶解度的影响溶质与溶剂之间的相互作用力对溶解度也有着重要的影响。
如果溶质与溶剂之间的相互作用力足够强，溶解度会增加；而如果相互作用力较弱，则溶解度会降低。
溶解度与溶质与溶剂之间的相互作用力可以通过溶解热来间接表征。
总结：溶解度与溶液的热力学平衡密切相关，受到多种因素的影响，包括溶解过程的热力学参数、孤立系统中的平衡条件、开放系统中的压强和温度以及溶质与溶剂之间的相互作用力。
化学热力学中的相平衡分析化学热力学是化学中的一门重要的学科，它研究化学反应的热力学过程，进一步推导热力学方程来预测化学反应的发生、方向和程度等，可以充分地了解和分析物质转化过程中的各种热力学和动力学现象。
其中相平衡分析是化学热力学中的一个重要的概念之一，本文将着重阐述各种相平衡分析的实际应用。
一、相平衡的概念相平衡指的是不同物质组成的不同相之间达到了稳定的平衡状态，是由各种原子、分子、离子等不同物质构成的不同状态，如固体、液体或气体等。
物质状态越多，其相平衡越加复杂。
例如，对于一个混合物而言，根据其组成及常温常压下的物态，可能存在以下相平衡：气/氲/液：当有两种或以上相平衡时，就存在气/氲/液三相平衡。
气/液：当仅有两种相平衡时，就存在气/液二相平衡。
氲/液：当仅有两种相平衡时，就存在氲/液二相平衡。
氲/气：当仅有两种相平衡时，就存在氲/气二相平衡。
在相平衡的状态下，系统中各组成部分已经稳定地分配在各自的相中，而且压力、温度等条件保持不变。
任何因素的改变都可能破坏相平衡的状态，如温度、压力、物质浓度等的变化。
二、化学平衡常数在化学热力学中，我们可以通过化学平衡常数计算化学反应偏离平衡状态的程度。
在理想情况下，化学平衡常数K是指反应浓度的比率，其中各物质的浓度都以多少分子/升的形式来表示。
反应达到平衡时，反应物的浓度与生成物的浓度通过一定的比率来表达。
如果得到的K值大于1，则表示反应向生成物方向偏移，如果小于1则代表反应向反应物方向偏移，而等于1，则表示反应达到了平衡状态。
三、相平衡的应用相平衡的应用有很多，我们可以用相平衡研究多种化学反应、物质转化、液态-气态的相互转化等问题。
下面我们来探讨一下相平衡的实际应用。
1. 研究电解过程在电解池中，化学反应发生时往往伴随着气体和溶液的生成。
为了研究电解过程中的相平衡，我们可以通过热化学分析法测定溶液中各种离子的活度，考虑到水的极性，研究溶液中各种离子带电基团与水相互作用过程，进而确定阴、阳离子的离子半径、硬度、氢氧化能力等性质。
第一章 绪论一、选择题（共3小题，3分）1、(1分）关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ） A.可以判断新工艺、新方法的可行性。
B 。
优化工艺过程。
C 。
预测反应的速率。
D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。
E 。
相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础.2、（1分）关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是( ） （A ）研究体系为实际状态。
（B )解释微观本质及其产生某种现象的内部原因. （C )处理方法为以理想态为标准态加上校正。
（D ）获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。
(E ）应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题.3、（1分）关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（ ） A.判断新工艺的可行性. B.化工过程能量分析。
C.反应速率预测。
D 。
相平衡研究参考答案一、选择题（共3小题，3分) 1、（1分）C 2、（1分)B 3、(1分）C第二章 流体的PVT 关系一、选择题(共17小题，17分)1、（1分）纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压,则此物质的状态为( ）。
A ．饱和蒸汽 B.饱和液体 C ．过冷液体 D 。
过热蒸汽2、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。
A 。
高于T c 和高于P cB 。
临界温度和临界压力下C 。
低于T c 和高于P cD 。
高于T c 和低于P c3、（1分)对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω，近似等于 . A 。
0 B. 1 C. 2 D 。
34、（1分)0.1Mpa ，400K 的2N 1kmol 体积约为__________A 3326LB 332。
6LC 3.326LD 33.263m5、(1分)下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________ A K kmol m Pa ⋅⋅⨯/10314.833B 1。
987cal/kmol KC 82。
May 27, 2011背景两相接触时，相间将发生物质、能量的交换，直至相的性质如温度、压力、组成等保持恒定，即处于相平衡。
掌握相平衡时体系的温度、压力、各相的体积和组成以及其它热力学函数间的关系较为重要。
相平衡是化工分离技术与分离设备开发、设计的理论基础，工业上应用广泛的精馏、吸收、萃取、吸附、结晶等就是分别以汽-液、气-液、液-液、气-固、液-固平衡为设计依据。
本章主要论述相平衡理论及平衡数据的计算，重点讨论汽-液平衡。
进行混合物相平衡计算时，需将混合物的相平衡准则与反映混合物特征的模型(状态方程+混合规则或活度系数模型)结合起来。
Gibbs-Duhem方程反映了混合物中各组分的偏摩尔性质的约束关系，它不仅在检验偏摩尔性质模型时非常有用，而且因某些偏摩尔性质，例如, ，等，与混合物的相平衡紧密联系，在相平衡数据的检验和推算中也有非常重要的应用。
ln i γˆln i φ1）确定平衡状态；2）计算互成平衡状态下各个相的性质。
相平衡热力学性质计算包括两个部分：重点内容：¾平衡性质与判据，混合物的汽液相平衡及其表达¾混合物相平衡关系（温度T、压力p、与各相的组成）的确定¾汽液相平衡计算类型与方法¾汽-液平衡计算¾Gibbs-Duhem方程应用于汽液平衡数据的热力学一致性校验主要内容7.1 相平衡的判据与相律7.2 汽液平衡相图7.3 汽液平衡计算7.1.1 相平衡的判据7.1 相平衡的判据与相律等温等压的封闭体系达到平衡的判据：,()0T p dG =(7-1)相平衡指的是溶液中形成若干相，这些相之间保持着物理平衡而处于多相共存状态。
一切自发过程必引起体系的自由焓减少，达到平衡时，体系的自由焓最小。
7.1.2 相律揭示平衡体系自由度、组分数、相数之间的关系！表征相平衡体系强度状态的变量称作相律变量。
对于含有π个相和N个组分的体系，独立相律变量有T、p以及每相中N-1个组分的摩尔分数, 总计2+ π(N-1)个。
热力学基础中的相变与相平衡热力学是研究能量转化和能量传递的科学，而相变和相平衡则是热力学中一个重要的概念和研究对象。
一、相变的概念相变是指物质在一定条件下，由一个相变为另一个相的过程。
在相变过程中，物质的性质会发生明显的变化，如物态的改变、性质的改变等。
常见的相变有凝固、熔化、升华和凝华等。
在凝固过程中，物质从液态相变为固态；熔化过程中，物质从固态相变为液态；升华过程中，物质从固态直接相变为气态；凝华过程中，物质从气态直接相变为固态。
相变过程中存在着相变潜热的概念。
相变潜热是指在相变过程中单位质量物质的潜在热量变化。
在相变过程中，物质从一个相转化为另一个相时，吸收或释放的热量被用于改变分子间的相互作用力，而不会改变温度。
二、相平衡的概念相平衡是指在热力学系统中，各相之间的转化达到平衡状态。
在相平衡状态下，系统中各相之间的物质的质量、能量和化学势等之间达到平衡。
相平衡的存在可以通过相图来表示。
相图是描述相变和相平衡的图表，通常以压力和温度作为坐标轴。
在相图上，可以观察到各个相的存在区域以及相变的过程和条件。
相平衡的研究可以通过热力学方程和关系进行求解，如化学势平衡条件、熵平衡条件等。
通过这些方程和条件，可以确定不同物质在给定条件下的相平衡状态。
三、热力学基础中的应用热力学的基础概念和理论在实际应用中有着广泛的应用。
下面以几个典型的例子来说明。
1. 蒸发过程在蒸发过程中，液体受热转化为蒸汽。
蒸发过程可以被看作是液态相变为气态的过程。
根据热力学中的相图和相平衡条件，可以确定在给定温度和压力下，液体转化为蒸汽的条件。
2. 冰的融化冰的融化是固态相变为液态的过程。
在热力学中，可以通过相变潜热和相平衡条件来确定在给定的温度和压力下，冰融化为液态水的条件。
3. 合金的相变合金是由两种或多种金属元素组合而成的材料。
合金中存在着相变和相平衡的问题。
根据不同的元素组成和比例，合金的相变行为和相平衡状态会有所不同。
这些例子只是热力学中相变和相平衡应用的一小部分，热力学的基础理论可以帮助我们理解和解释更复杂的物质转化和能量变化过程。
