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物理化学二氧化碳和硫的相图

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6-2 物理化学相图

6-2 物理化学相图
高温物理化学
第六章 相图
教师：李鸿乂 hongyi.li@
相图分类
单组分相图 气-液平衡相图
二组分相图
液-液平衡相图 固相完全不互溶的共晶型 固相完全不互溶且生产化 合物型 生成固溶体型
固-固平衡相图 三组分相图
单组分相图
p
B
l
A
水的相图
s
g
O C
T/ ℃
根据相律 独立组分数K 1 进行分析 自由度f K 2 3
B
l
A
s
g
O C
T/ ℃
d p 相变 H m dT TVm （相变平衡时压力与温度的关系）
OA线、OC线：根据克劳修斯-克 拉佩龙方程求出压力与温度的函数 关系
d ln p vap H m dT RT 2
实际上，水的相图通过 实验作出
（纯物质液-气、固-气平衡时的温 度与压力的关系，是克拉佩龙方程 的简化）
p
B
l
2.23
×107
Pa
A
s
M
101325 Pa
610.62 Pa
G
g
O
0 0.01
C
100
374 T/ ℃
三相点：O点
温度是0.01 ℃、压力是610 Pa 系统处于水、水蒸气和冰的三相平衡 区别于常压下的熔点（M点），又称冰点
水的相图的作法
p
即，作OA、OB、OC三条线 OB线：根据克拉佩龙方程求出压 力与温度的函数关系
思考题2：请分析C的相图。
p/k bar
液相 金刚石
100 1.0 0.1 0.01 0.00
液相 石墨
气相
2000

物理化学第一章包括气液固三相的PVT状态图和相图

物理化学第一章包括气液固三相的PVT状态图和相图
和蒸气压随温度的变化
oc－水的液固平衡线；水的冰
点随压力的变化
o（oa,ob,oc 三线的交点） －水的三相点
★如果系统中存在互相平衡ห้องสมุดไป่ตู้气液固三相，它的 温度与压力是唯一的， p=610.5Pa (4.579mmHg), t=0.01℃
水的相图
oa－水的气液平衡线；水的饱
和蒸气压随温度的变化； 水的沸点随压力的变化
硫的相图
硫的相图
水的相图（高压部分）
pVT 状态图总结
器中的冰和水发生什么变化？
问题2： 水的相图中， L-S 平衡线的 dp/dT > = < 0，并 说明为什么？ （ <） 问题3： 滑冰鞋上的冰刀的作用？ 问题4： 增加压力一定有利于液体变为固体。（对，错错） 问题5： 水的三相点和熔点（冰点、凝固点）一样吗？
黄子卿 在1934年准确测定了水的三相点 温度为 0.00980+0.00005℃，经美国标准 局组织人力重复验证，结果完全一致， 以此为标准，国际温标会议确认绝对零 度 为 -273.15℃ 。 水 的 三 相 点 温 度 为 273.16K。
t / ℃ -30 -20 -15 -10 -5 0.01 p* / Pa 38.1 103.5 165.5 260.0 401.7 610.5
水的相图
oa－水的气液平衡线；水的饱
和蒸气压随温度的变化； 水的沸点随压力的变化
ob－水的气固平衡线冰的饱和
蒸气压随温度的变化
oc－水的液固平衡线；水的冰
相图
★ 如果系统中存在互相平衡的两相（气液、气 固、液固），它的温度与压力 必定正好处于 曲线上
水的气液固三相pVT状态图
水的气液固三相pVm图

华东理工大学《物理化学》课件4.5 两组分液固相图

华东理工大学《物理化学》课件4.5 两组分液固相图

开始析出Sb
L Sb Sa
SaSb
开始析出Sa 液相消失 的降温
t（时间）
液 相 完 全 互 溶 ， 固 相 完 全 互 溶
液 相 完 全 互 溶 ， 固 相 部 分 互 溶
液 相 完 全 互 溶 ， 固 相 完 全 不 互 溶
液 相 部 分 互 溶 ， 固 相 完 全 不 互 溶
L+SA SA+SC1
V i
L i
pyAA pA* xA A
pyBB K Hx,B xB x,B
理想气体
i 1
理想稀溶液
A=1 x,B=1
1. 多组分系统的气液平衡
V i
L i
pyAA pA* xA A
pyA pA* xA
pyBB K Hx,B xB x,B
pyB K Hx,B xB
2. 多组分系统的液液平衡和液固平衡
3.固相完全不互溶且生成化合物的系统
稳定化合物 A:四氯化碳 B:对二甲苯
3.固相完全不互溶且生成化合物的系统
稳定化合物 A:四氯化碳 B:对二甲苯
L SA L SC1 SA SC1
L
水硫酸二元系相图
L SC1 L SC2
SC1+SC2
不稳定 化合物
SC S A L1 f 0
CaF2(A) CaCl 2(B) 相图
B
333
46.8
B
343
47.8
B
353
48.8
B
363
49.8
B
373
50.8
B
382
51.8
B
相图绘制——溶解度法
2.液相完全互溶固相完全不互溶的两组分系统

天津大学版物理化学课件六章相平衡

天津大学版物理化学课件六章相平衡

又如：任意组成的二组分盐水溶液与水蒸气的两相平衡系统， 又如：任意组成的二组分盐水溶液与水蒸气的两相平衡系统， 可以改变的变量有三个：温度、压力和盐水溶液的组成。 可以改变的变量有三个：温度、压力和盐水溶液的组成。但 因水蒸气压是温度和溶液的组成的函数，或者说沸腾温度是 因水蒸气压是温度和溶液的组成的函数， 压力和溶液的组成的函数。显然，要保持两相平衡， 压力和溶液的组成的函数。显然，要保持两相平衡，这三个 变量之中只有两个可以独立改变，故这个系统的自由度数为2 变量之中只有两个可以独立改变，故这个系统的自由度数为2 F=2）。 （F=2）。
要表示每一相的组成需要（S-1）个浓度变量，系统共有P个 相，共需有P（S-1）浓度变量。根据相平衡条件：所有各相 的温度相等，压力相等，于是确定系统状态的总变量数=[P （S-1）+2]。
• 设一相平衡系统： Ⅰ：1，2，3，…，S Ⅱ：1，2，3，…，S …………… 共有P（S-1）浓度变量 P： 1，2，3，…，S 各相温度压力相等，则有 总变量数=[P（S-1）+2]
3.自由度数 自由度数F 自由度数 • 相平衡系统发生变化时，系统的温度、压力及 每个相的组成均可发生变化。我们把能够维持 把能够维持 原有相数而可独立改变的变量（可以是温度、 原有相数而可独立改变的变量（可以是温度、 压力和某一相组成的某些物质的相对含量） 压力和某一相组成的某些物质的相对含量）叫 做自由度，这种变量的数目叫自由度数， 做自由度，这种变量的数目叫自由度数，用F表 示。 • 例如：纯水的气液两相平衡时，温度、压力可 以改变，但是其中只有一个变量（如T）可以独 立改变，另一个变量（p）是不能独立改变的， 它是前一个变量的函数，这个函数关系就是克 拉佩龙方程。由此可见，要维持纯水的气液两 相平衡，系统只有一个独立可变的变量，我们 说这一系统的自由度数F = 1。

常见物质的转化关系网络图

常见物质的转化关系网络图

常见物质的转化关系网络图常见物质的转化关系网络图一、钠及其化合物之间的相互转化SO2(20)HCl(13)/Cl2(19) CO2(12)H2O(10) C a(O H)2(11)NaOHH2O(8) H2O(9)O2 (1) O2 (2) CO2(3) CO2(6)Na Na2O Na2O2Na2CO3NaHCO3NaOH/△(7)O2点燃（4）HCl(14) HCl(15)Cl2(17) CO2(5)NaCl电解(18) 先通NH3再通CO2 (16)粗盐提纯（含有泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-）涉及的化学方程式：（1）4Na+O2=2Na2O（白色固体）(2)2Na2O+O2=2Na2O2（淡黄色固体）（3）2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2(作为潜水艇供氧剂的原理)(4)2Na+O2Na2O2（5）Na2O+ CO2= Na2CO3（6）Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3（除去NaHCO3溶液中的少量Na2CO3）（7）NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O（除去Na2CO3溶液中．．．的少量NaHCO3）2 NaHCO3Na2CO3+ CO2 +H2O（除去Na2CO3固体中．．．的少量NaHCO3）（俗名：碳酸钠-纯碱碳酸氢钠-小苏打）（8）Na2O+H2O= 2NaOH（9）2Na2O2+2H2O =4NaOH +O2（10）2Na+2H2O=2NaOH+H2 [现象：浮、熔、游、响、红（滴加酚酞的溶液）] （11）Na2CO3+C a(O H)2=CaCO3 +2NaOH （土法炼碱原理）(12) 2NaOH+CO2（少量）= Na2CO3+H2O(13) NaOH+HCl=NaCl+H2O(14) Na2CO3+2HC l（足量）=2NaCl+CO2 +H2O 可用互相滴加的方法鉴别(15) NaHCO3+HCl（少量）=NaCl+CO2 +H2O 盐酸和碳酸钠溶液(16)NaCl+NH3+CO2+H2O=NH4Cl+NaHCO3（2 NaHCO3Na2CO3+ CO2 +H2O ）（侯氏制碱法原理）(17)2Na+Cl22NaCl（现象：白烟）(18) 2NaCl（熔融）2Na+Cl2 （工业制金属钠的方法）（19）Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O（氯气的尾气处理原理）(20) SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O（二氧化硫尾气的处理原理）二、镁及其化合物之间的转化(6)CO2MgO(5)O2(7)HCl (8)△(10)N2 (1)HCl (3) Ca(OH)2Mg3N2Mg MgCl2Mg(OH)2(11)H2O (2)通电(4)HCl(9)H2O、△涉及的化学方程式：(1)Mg+2HCl=MgCl2+H2 (典型的放热反应)(2) MgCl2Mg+Cl2 （工业上制取金属镁的方法）（3）MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2 +CaCl2（从海水中提取镁的第一步反应）(4) Mg(OH)2 +2HCl= MgCl2+2H2O(5) 2Mg+O22MgO（现象：耀眼的白光用途：提供光照条件）(6) 2Mg+CO22MgO+C（说明二氧化碳也可以支持燃烧）(7) MgO+2HCl=MgCl2+H2O(8) Mg(OH)2MgO+H2O(9) Mg+2H2O Mg(OH)2 +H2（2Na+2H2O=2NaOH+H2 剧烈反应Al+H2O不反应，利用三者与水反应的差异比较金属性强弱）(10) 3Mg+N2Mg3N2（说明氮气也可以支持燃烧）(11) Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2 +2NH3三、硫及其化合物之间的相互转化(16)O2(13)SO2Na2SO43(12) NaOH (5)O2 (6)H2OSO3(1)H2(2)O2(9)Na2SO3H2S S SO2H2SO4(3)O2(10)Cu(11)C(14)CaO H2SO3(19)H2SO4(18)Fe (17)Hg (18)O2CaCO3 (7)H2O (8)O2(15)O2CaSO423涉及到的化学方程式（1）S+H2H2S（2）S+O2SO2(现象：空气中-淡蓝色火焰；纯氧中-蓝紫色火焰) （3）2H2S+O2(不足) 2S+2H2O（4）2H2S+SO2=3S +2H2O（体现二氧化硫氧化性的）（5）2SO2+O22SO3（空气中催化剂可以为灰尘，工业上采用V2O5作为催化剂）（6）SO3+H2O=H2SO4（7）SO2+H2O=H2SO3 酸雨形成的两条途径（8）H2SO3+O2= H2SO4（9）Na2SO3+H2SO4Na2SO4+SO2 +H2O（实验室制SO2的方法，由于SO2的溶解度较大，所以使用Na2SO3固体和浓硫酸在加热条件下反应，体现硫酸的强酸性）（10）Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2 +2H2O（硫酸体现酸性和强氧化性）思考一：1、实验现象？2、如何检验产物（CuSO4和SO2））3、硫酸体现什么性？4、被还原和未被还原硫酸的物质的量之比为多少？5、含溶质2mol的浓硫酸与足量的铜反应，被还原的硫酸为多少？（11）C+2H2SO4(浓) CO2 2 +2H2O（硫酸体现强氧化性）思考二：1、如何设计实验依次检验出此反应的产物？2、蔗糖里加浓硫酸，再加少量水，不断的搅拌，现象？体现硫酸的什么性质？（12）SO2(少量)+2NaOH= Na2SO3+H2O（含二氧化硫尾气的处理方法）（13）Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3（14）SO2+CaO CaSO3（15）2CaSO3+O2=2CaSO4 （钙基固硫原理，将二氧化硫最终变为石膏）（16）2Na2SO3+O2= 2Na2SO4思考三：1、暴露在空气中亚硫酸钠固体可能含有什么杂质？2、如何检验亚硫酸钠是否变质？3、如何设计定量测定已部分变质的亚硫酸钠固体的纯度？（17）S+Hg=HgS（实验室处理洒落水银的方法）（18）S+Fe Fe+2S 说明氯气的氧化性比硫单质强（3Cl2+2Fe2Fe+3Cl3）（19）FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S （实验室制备H2S的方法，体现硫酸的强酸性）（20）4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2（2SO2+O22SO3 SO3+H2O=H2SO4））工业制硫酸的原理。

第三章 相图

第三章 相图

被空气饱和的水
三相点
冰 点
2.水相态随温度的变化
p D
l
P M
P 点：固态的冰，f=2 PM段：固态冰温度不断升高,f=2 M 点：冰，水两相平衡，f=1 MN段：液态水，f=2 N 点：汽，水两相平衡，f=1 NO段：水蒸气，f=2
N O
s
O
A
g
T
超临界状态
二氧化碳相图示意图
超临界 流体
p/Pa
T
pA*
p-x 线以上区域： p
B
*
p大于该平衡温度下溶液上方的蒸汽压p>pa
B
xA ,yA
A 液相区
T
面
p p-y线以下区域：
pA*
p小于该平衡温度下溶液上方的蒸汽压 p<pb
pB *
气相区
xA ,yA ≤p≤pa B p-x与p-y线之间的区域：pbA
气液两相区
相律分析：
f1 1 2 1 0
保持压力不变，得 T-x 图
较常用
常用
（3）
保持组成不变，得 T-p 图
不常用。
1. 理想液态混合物系统压力—组成图
1. p～x关系
对于苯(A)+甲苯(B)理想溶液： 已知一定温度下
* * p 苯 p甲苯
苯称为轻组分，甲苯称为重组分 当体系达气液相平衡时：
* * p pA pB pA xA pB xB
硫的 p（对数坐标）—T 图
104 102 p / 10 5 Pa 100 10-2 10-4 正 交 硫 S(R) B 单 斜 硫 S(M) C
E
液 态 硫 S(l)
10-6
气态硫 S(g) 120 160

物理化学复习题答案(part 3)


[2]
s l dT T fusV T dp fus H fus H l s
(1)绘制对二甲苯和间二甲苯的熔点-组成图； (2)若有 100 kg 含对二甲苯的摩尔分数为 0.70 的溶液由 10 ℃冷至-15 ℃时， 能析出对 二甲苯多少？ (3)当继续降温时，可析出纯对二甲苯最多能有多少千克？此时液相的质量为若干？ 解 30：(1)绘制相图如下：
间二甲苯
x(对二甲苯)
对二甲苯
为 D) + 固相 B → 固体 AB2 (不稳定化合物)。此时，体系三相平衡，F*= 0，温度不能 改变，随温度不断冷却，固体 AB2 不断增加，液相量不断减少，直到溶液全部消失，剩下 固体 B 和 AB2，温度又不断下降。 [3 分]
30.
用热分析法测得对二甲苯和间二甲苯的步冷曲线转折点如下表所示：
答案（part 3）
相平衡部分 21. 指出下列各体系的独立组分数、相数和自由度数各为若干？ (1)NH4Cl(s)部分分解为 NH3(g)和 HCl(g)； (2)若在上述体系中再加入少量的 NH3(g)； (3)NH4HS(s)和任意量的 H2S(g)和 NH3(g)混合达平衡； (4)C(s)与 CO(g)，CO2(g)，O2(g) 在 973 K 时达平衡。 解 21：(1) C S R R' 1=， P 2 F=C-P+2=1-2+2=1 (2) C S R R' 3 1 0 2 ， P 2
[5 分]
(2)当温度从 P 点降到 O 点 （物系点） 时， 由图可看出， 液相组成为 x （对二甲苯） 056 . ，
设此时析出的对二甲苯的质量为 m ，则液相的质量应为(100 kg-m)，根据杠杆规则： m(1.00-0.70)=(100 kg-m)(0.70-0.56) 解得： m=31.8 kg (3)设析出纯对二甲苯的质量为 m(s)，则液相的质量 m(l)=100 kg-m(s)， 则 m(s) (1.00-0.70)=[100 kg-m(s)] (0.70-0.133) 解得： m(s)=65.4 kg 故 m(l)=100 kg-65.4 kg=34.6 kg 31. 根据相图回答： [2 分]

物理化学第六章 相平衡(72)


a
bБайду номын сангаас
c
d
e
系统点：相图中表示整个系统状态的点，它和系统具体 存在几相无关。
• 3.4 其它相图
（1）CO2的相图
（2）硫的相图 F 正 交 硫 E 单 斜 G 硫C 液 相 1.四个单相面: 正交硫，单斜硫，液，气 2.六条两相平衡线: AB, BC, CD, CE, EF,BE D 四条亚稳线 BG, CG, EG,BH 3.三个三相点: B, C, E 一个亚稳三相点:G
(2) 压力-组成图：恒定温度下研究p、x、y之间关系
• 3.2 压力-组成图
复习：理想液态混合物 混合物中任一组分在全部组成范围内都符合拉乌尔定律
pB p x (0 xB 1)
(1) 分析
B B
p A p x p (1 xB ) pB p x
B B A B A
p A
0
A
1 B
理想液态混合物甲苯（A）-苯（B）系统相图
(3)读图 ① 气相线、液相线 ② 各相区的相态及自由度 F＝C－P＋1 ③ 确定相组成 a.确定系统点 相点：表示平衡系统中各相 组成的点。
等温
pa
a
pB
l
L1
g l
M
L3

L2
G1
G2
G3
在单相区内，系统点和相点重合； pA 在气液两相平衡区内，系统点只 p b 有一个，而相点有两个，一 个称气相点，一个称液相点。 0
m(L1) = 130.2 g m(L2) = 269.8 g
• 3.4 温度-组成图
气相线：
表示液相蒸气总压与 蒸气组成关系的曲线
液相线：

二氧化碳和硫的相图


A
C
O
B
二氧化碳的相图
1.如果在图中作一条横 线，由箭头所示可知， 当压强p不变时，随温度 T的升高，CO2由固态变 为液态 2.如果在图中作一条纵 线，由箭头所示可知， 当温度T不变时，随压强 p的增大，CO2由气态变 为液态
A
————→ O
C
↑ ▏
B
硫的相图
硫有四种相：单 斜硫、斜方硫、液态 硫、硫蒸汽 原因：单组分体 系最多只能有三相共 存，而硫却有单斜硫 和斜方硫两种固态， 因此硫的相图存在四 个三相点。
硫的相图
如图： 单相面（4个）：OAC、 OAB、ABC、CBT 两相平衡线（6条） 三相点（3个）：A、B、 C 亚稳三相点（1个）: G
硫的相图
实线为稳定平衡态 虚线为介稳平衡态 如果将斜方硫迅速加热 至ABC区，仍为斜方硫， 但在该温度下久置便会 转变成单B——固体CO2蒸汽压曲线 OC——液体CO2蒸汽压曲线 OA——固体CO2熔点曲线
B
二氧化碳的相图
A
C
O点是三相点，干冰、 液体CO2、固体CO2三 相同时存在，呈平衡 状态。
B
O
二氧化碳的相图
三相点O的温度 是液体CO2再起蒸汽压 力下的凝固点。物质 的熔点和凝固点相同， 在101325Pa下是正常 熔点。因此，CO2无正 常熔点，三相点的温 度就是熔点。
二氧化碳和硫的相图
简要介绍
单组分系统
这里的二氧化碳的相图和硫的相图 都属于单组分系统相图。 而在单组分体系中，组分数C=1， 因此相律为： f =C–φ+2=3-φ 面：φ=1，f= 2；单相区 线：φ=2，f=1；两相平衡 点：φ=3，f=0。 三相平衡
二氧化碳的相图

物理化学二氧化碳和硫的相图


A
————→ O
C
↑ ▏
B
硫的相图
硫有四种相：单 斜硫、斜方硫、液态 硫、硫蒸汽 原因：单组分体 系最多只能有三相共 存，而硫却有单斜硫 和斜方硫两种固态， 因此硫的相图存在四 个三相点。
硫的相图
如图： 单相面（4个）：OAC、 OAB、ABC、CBT 两相平衡线（6条） 三相点（3个）：A、B、 C 亚稳三相点（1个）: G
三相点O的温度 是液体CO2再起蒸汽压 力下的凝固点。物质 的熔点和凝固点相同， 在101325Pa下是正常 熔点。因此，CO2无正 常熔点，三相点的温 度就是熔点。
A
C
O
B

二氧化碳的相图
1.如果在图中作一条横 线，由箭头所示可知， 当压强p不变时，随温度 T的升高，CO2由固态变 为液态 2.如果在图中作一条纵 线，由箭头所示可知， 当温度T不变时，随压强 p的增大，CO2由气态变 为液态
ab硫的相图硫的相图实线为稳定平衡态虚线为介稳平衡态如果将斜方硫迅速加热但在该温度下久置便会转变成单斜硫
二氧化碳和硫的相图
轻化工程1101 王哲 学号：201136090119
单组分系统
这里的二氧化碳的相图和硫的相图 都属于单组分系统相图。 而在单组分体系中，组分数C=1， 因此相律为： f =C–φ+2=3-φ 面：φ=1，f= 2；单相区 线：φ=2，f=1；两相平衡 点：φ=3，f=0。 三相平衡
硫的相图
实线为稳定平衡态 虚线为介稳平衡态 如果将斜方硫迅速加热 至ABC区，仍为斜方硫， 但在该温度下久置便会 转变成单斜硫。
感谢您的观看！
二氧化碳的相图
BOA——固相面 → 固相区 AOC——液相面 → 液相区 BOC——气相面 → 气相区
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二氧化碳和硫的相图
轻化工程1101 王哲 学号：201136090119
单组分系统
这里的二氧化碳的相图和硫的相图 都属于单组分系统相图。 而在单组分体系中，组分数C=1， 因此相律为： f =C–φ+2=3-φ 面：φ=1，f= 2；单相区 线：φ=2，f=1；两相平衡 点：φ=3，f=0。 三相平衡
二氧化碳的相图
BOA——固相面 → 固相区 AOC——液相面 → 液相区 BOC——气相面 → 气相区
O
A
C
OB——固体CO2蒸汽压曲线 OC——液体CO2蒸汽压曲线 OA——固体CO2熔点曲线
B
二氧化碳的相图
A
C
O点是三相点，干冰、 液体CO2、固体CO2三 相同时存在，硫的相图
实线为稳定平衡态 虚线为介稳平衡态 如果将斜方硫迅速加热 至ABC区，仍为斜方硫， 但在该温度下久置便会 转变成单斜硫。
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A
————→ O
C
↑ ▏
B
硫的相图
硫有四种相：单 斜硫、斜方硫、液态 硫、硫蒸汽 原因：单组分体 系最多只能有三相共 存，而硫却有单斜硫 和斜方硫两种固态， 因此硫的相图存在四 个三相点。
硫的相图
如图： 单相面（4个）：OAC、 OAB、ABC、CBT 两相平衡线（6条） 三相点（3个）：A、B、 C 亚稳三相点（1个）: G
三相点O的温度 是液体CO2再起蒸汽压 力下的凝固点。物质 的熔点和凝固点相同， 在101325Pa下是正常 熔点。因此，CO2无正 常熔点，三相点的温 度就是熔点。
A
C
O
B
二氧化碳的相图
1.如果在图中作一条横 线，由箭头所示可知， 当压强p不变时，随温度 T的升高，CO2由固态变 为液态 2.如果在图中作一条纵 线，由箭头所示可知， 当温度T不变时，随压强 p的增大，CO2由气态变 为液态