空气的气液相平衡

4．2气液相平衡关系本节教学要求1、重点掌握的内容：相平衡的影响因素及相平衡关系在吸收过程中的应用；2、熟悉的内容：溶解度、平衡状态、平衡分压、亨利定律。

4.2.1 相组成表示方法1．质量分率与摩尔分率质量分率：质量分率是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。

对于混合物中的A 组分有mm w A A = （4-1） 式中 A w ——组分A 的质量分率；A m ——混合物中组分A 的质量，kg ；m ——混合物总质量，kg 。

1N B A =⋅⋅⋅++w w w （4-2）摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数n A 占混合物总摩尔数n 的分率。

对于混合物中的A 组分有 气相：nn y A A = （4-3） 液相：n n x A A =（4-4） 式中 A y 、A x ——分别为组分A 在气相和液相中的摩尔分率；A n ——液相或气相中组分A 的摩尔数，n ——液相或气相的总摩尔数。

1N B A =⋅⋅⋅++y y y （4-5） 1N B A =⋅⋅⋅++x x x （4-6） 质量分率与摩尔分率的关系为：NN B B A A A A x /M w /M w /M w /M w A ⋅⋅⋅++= （4-7） 式中 B A M M 、——分别为组分A 、B 的分子量。

2．摩尔比摩尔比是指混合物中某组分A 的摩尔数与惰性组分B （不参加传质的组分）的摩尔数之比，其定义式为BA A n n Y = （4-8）B A A n n X =（4-9） 式中 A Y 、A X ——分别为组分A 在气相和液相中的摩尔比；摩尔分率与摩尔比的关系为XX x +=1 （4-10） YY y +=1 （4-11） -x x X 1= （4-12） -yy Y 1= （4-13） 【例5-1】 在一常压、298K 的吸收塔内，用水吸收混合气中的SO 2。

已知混合气体中含SO 2的体积百分比为20%，其余组分可看作惰性气体，出塔气体中含SO 2体积百分比为2%，试分别用摩尔分率、摩尔比和摩尔浓度表示出塔气体中SO 2的组成。

空气与水的气液平衡原理空气与水的气液平衡原理是指当水与空气接触时，两者之间会发生物质的传递和平衡，从而形成水体和大气中溶解气体浓度的关系。

这种平衡是通过溶质的扩散、吸附和脱附等过程实现的。

本文将详细介绍空气与水的气液平衡原理。

首先，我们来了解一下气体溶解于液体中的基本原理。

气体分子在液体中溶解的过程可以分为三个主要步骤：气体分子通过扩散进入液体，然后逐渐与液体分子间相互作用，最后被液体吸附或反应生成新的物质。

这一过程受到温度、压力、液体性质等因素的影响。

在空气与水的气液平衡中，空气中的气体会溶解于水中。

气体溶解水的量可由亨利定律描述：在一定温度下，气体与溶液之间的溶解度（溶解质的浓度）与该溶质的分压成正比。

即溶解度与溶液中所含有的该气体分子的压力呈线性关系。

此外，温度也是空气与水的气液平衡中的重要因素。

一般情况下，温度升高会导致溶解度降低，即在相同的压力下，高温下水对气体的溶解度会较低。

这是因为温度增加会使液体分子的热运动加剧，分子之间的吸引力减弱，从而使气体分子与液体分子之间的作用力减小，溶解度降低。

除了温度和压力，溶解质本身的特性也会对气体在水中的溶解度产生影响。

溶解度与溶质的等值、溶质-溶剂分子之间的作用力、溶质分子的大小和形状以及液相中其他溶质的有无等因素相关。

在大气和水的气液平衡中，还存在气体在水体中的分布和传输过程。

大气中的气体通过扩散作用进入水体，形成溶解气体。

溶解气体在水体中可以通过对流、扩散和水体的混合转移。

此外，气体还可以通过化学反应与水体中的其他物质发生作用而在水体中转化。

总的来说，空气与水的气液平衡是通过气体分子在液体中的溶解和由溶质分子向气相的扩散、吸附、脱附等过程实现的。

这种平衡受到温度、压力、液相特性、溶质间相互作用等因素的影响。

了解和研究空气与水的气液平衡原理对于理解环境和大气污染、水体健康与污染以及气候变化等问题具有重要意义。

液体饱和蒸汽压的测定【摘要】本实验根据克拉贝龙-克劳修斯方程,运用动态法研究环己烷的饱和蒸气压与温度的关系，并计算其摩尔汽化热。

在实验中了解了真空泵、气压计的使用方法及注意事项。

【关键词】饱和蒸气压 摩尔汽化热 动态法 克拉贝龙-克劳修斯方程 一、前言本实验研究的是单组分体系气-液相平衡:定温下把液体放在真空容器中，液体开始蒸发变成气体态，气态物质又可重新回到液体中。

达到平衡时，通过液体表面进出的分子数相等，定温下液体与其自身的蒸气达到平衡时的蒸气压就是液体的饱和蒸气压;蒸发1摩尔液体需要吸收的热量即为该温度下液体的摩尔汽化热∆H ;饱和蒸汽压与摩尔汽化热之间的关系可以用克拉贝龙-克劳修斯方程表示:d d v a p m l n p T H R T =∆2当液体与外界大气压相通，并且液体的饱和蒸气压与外界压强相等时，液体沸腾，此时的温度称为沸点.沸点是随着外压的改变而变化的。

若温度改变的区间不大，∆H 可视为为常数。

积分上式得：ln 'P A HRT =-∆或 lo g P A BT=-常数A A ='.2303，B H R =∆vap m 2303..log P 与1T 有线性关系。

作图可得一直线，斜率为－B 。

因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热∆H 。

∆v a p mH R B =2303. 本实验采用的是在不同外部压力下测定液体沸点的动态法。

即测量多组不同气压下的沸点，并通过直线拟和计算出纯水的摩尔汽化热。

本实验操作较为复杂，应注意保证体系中不要混入空气，以免影响实验结果。

二、实验部分（一）仪器DTC-2AI控温仪南京南大万和科技有限公司WYB-I型真空稳压包南京南大万和科技有限公司U型压力计江苏省常州市东风仪表厂JJ-1型增力电动搅拌器江苏省金坛市环宇科学仪器厂1/10℃温度计福廷式压力计平衡管（二）药品环己烷液体（三）操作步骤1）装置概述平衡管由三个相连通的玻璃球构成，顶部与冷凝管相连。

实验五 二元液态混合物的气-液平衡相图【目的要求】1．实验测定并绘制环己烷-乙醇体系的沸点组成（T -x ）图，确定其恒沸点及恒沸混合物的组成。

2．了解测量折光率的原理，掌握阿贝折光仪的使用方法。

【实验原理】两种液体能在任意浓度范围内完全相溶的体系称完全互溶的双液体系。

根据相律：f =K Φ+2式中：f 为体系的自由度；K 为体系中的组分数；Φ为体系中的相数；2是指压力和温度两个变量。

对于定压下的二组分液态混合物，相律可表示为：f =3-Φ。

在大气压力下，液体的蒸气压和外压相等时，平衡温度即为沸点。

对于完全互溶的双液体系，当气液两相平衡时Φ=2，f =1。

完全互溶的双液体系在定压下并没有固定的沸点，为一沸程，并且是和溶液的组成有关的，即T 是x 的函数。

完全互溶的双液体系，由于两种液体的蒸气压不同，溶液上方的气相组成和液相组成是不相同的，测定溶液的沸点和溶液在沸点时的气相和液相的组成，可绘制出溶液的气-液平衡相图，即溶液的沸点与组成关系图，T -x -y 图。

完全互溶的双液体系，T -x -y 图可分三类：如图5-1所示。

图5-1(1)是理想液态混合物和偏离拉乌尔定律较小的体系的T -x -y 相图；图5-1(2)是对拉乌尔定律有较大正偏差的体系；图5-1(3)是对拉乌尔定律有较大负偏差的体系。

在图5-1(2)和图5-1(3)中，由于偏离拉乌尔定律较大以致在T -x -y 图上分别出现了最低点和最高点，在最低点和最高点上，液态混合物的气相组成和液相组成相同，这种组成的液态混合物称为恒沸混合物，在最高点和最低点上时液态混合物的沸点称为恒沸点。

将一定组成的环已烷-乙醇混合物在特制的蒸馏器中进行蒸馏。

当温度保持不变时，即表示气、液两相己达平衡，记下沸点温度，并测定沸点时气相（冷凝液）和液相的组成，Fig.5-1 二组分完全互溶双液体系的T -x -y 相图 (1)理想或近似理想的体系 (2)有最低恒沸点的体系 (3)有最高恒沸点的体系 Fig.5-1 Phase diagram for mixture of binary liquid(1)Ideal mixture (2)With minimum aezotropic point (3) With maximum aezotropic 液相Liquid 气相Gas T B x B (y B ) (3) M A B液相Liquid气相Gas T A T B x B (y B ) T (1) AB 液相Liquid 气相Gas T A T Bx B (y B ) (2) M A B T A图5-2 沸点仪示意图 1.温度计；2.接加热器；3.加液口；4.电热丝连接点；5.电热丝；6.分馏液；7.分馏液取样口 Fig.5-2 The sketch of ebulliometer 1.thermometer;2. connection pole;3. inlet orifice; 4. connection point of heater with wire;5.heater; 6. fractional liquid;7. sampling orifice 即可得到一组T -x -y 数据。

气液两相处于平衡时的特征
气液两相处于平衡时，是指气体和液体两种物质在一定条件下达到平衡状态，
不再有净的物质转化或迁移的过程。

在这种平衡状态下，气相和液相之间存在一系列特征，这些特征对于理解和应用气液平衡有着重要的意义。

首先，气液两相在平衡时具有相同的化学势。

化学势是描述物质在平衡状态下
参与反应或转化的趋势的物理量，气液两相达到平衡时，化学势相等是平衡状态的必然结果。

这一特征表明在平衡状态下，气相和液相之间的物质转化趋势达到平衡，体现了平衡态的稳定性。

其次，气液两相平衡时的温度、压力和化学组分之间存在着一定的关系。

根据
气相和液相的性质，气液平衡的温度和压力条件可以通过平衡常数或者化学反应的热力学公式来确定。

这种关系可以帮助我们在实际应用中准确地控制气液平衡的条件，实现气液相平衡的控制和调节。

此外，气液两相平衡时，气相和液相的物理性质也会发生一些特殊的变化。

比如，气相和液相的密度、粘度、热容等物理性质在平衡状态下可能会发生变化，这些变化对于气液平衡的稳定性和性质有着重要的影响。

理解和掌握气液平衡时的物理性质变化，有助于我们更好地理解和应用气液平衡的原理。

总的来说，气液两相处于平衡时的特征涉及到化学势的平衡、温度、压力和化
学组分的关系，以及气液两相的物理性质的变化等方面。

通过深入研究和理解气液平衡的特征，我们可以更好地应用气液平衡的理论和原理，实现气液相平衡的控制和调节，为气液相平衡的研究和应用提供理论和实践基础。