第3节：单组分系统相律分析

1、1水的不同相态水的不同相态 液氮的正常沸液氮的正常沸点是点是 196 Br2(g)冷凝冷凝单组分系统相律分析单组分系统相律分析2水的相平衡实验数据水的相平衡实验数据t / 饱和蒸气压饱和蒸气压p/kPa 平衡压力平衡压力p/kPa水水气气冰冰气气冰冰水水 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水的相图水的相图 OB线线, OC线和线和OC 线线依次是冰依次是冰, 水和过冷水的饱和蒸气压曲线水和过冷水的饱和蒸气压曲线; OC线止于临界点线止于临界点. OA线线是冰的熔点随压力变化曲是冰的熔点随压力变化曲线线. 注意其注意其斜率为负值斜率为负值. 3 个面分别是气、液、固单相区个面分别是气、液、固单相区. 交点交点O是三相平衡点是三相平衡点, 自由度数自由度数为为0, 其温度比正常熔点高其温度比正常熔点高0.01K. 从相图分析从相图分析恒压变温恒压变温和和恒温变压恒温变压过程的相

3、变化过程的相变化.4将相律运用于单组分将相律运用于单组分 ( C = 1 )系统系统, 得得F = CP + 2 = 3P 若若P = 1, 则则F = 2, 单组分单相单组分单相双变量双变量(T和和p)系统系统; 若若P = 2, 则则F = 1, 单组分两相单组分两相单变量单变量(T或或p)系统系统; 若若P = 3, 则则F = 0, 单组分三相单组分三相无变量无变量系统系统; 单组分系统平衡共存的相数最多为单组分系统平衡共存的相数最多为3 (此时此时 F = 0); 单组分系统最大自由度最大为单组分系统最大自由度最大为 2 (此时此时P = 1), 故单组故单组分相图可用分相图可用 p

4、 T 平面图来表示平面图来表示. 双变量系统双变量系统单变量系统单变量系统无变量系统无变量系统冰冰水水水蒸气水蒸气冰冰 水水冰冰 水蒸气水蒸气水水 水蒸气水蒸气 水蒸气水蒸气冰冰 水水面面p = f(T) 线线点点单组分系统相律分析单组分系统相律分析5水的相图水的相图 3 个面分别是气、液、固单相区个面分别是气、液、固单相区. 交点交点O是三相平衡点是三相平衡点, 自由度数自由度数为为0, 其温度比正常熔点高其温度比正常熔点高0.01K. O点所对应的压力为点所对应的压力为611Pa。 对应的相态情况是：对应的相态情况是： O点称为点称为“三相点三相点”。)()()(222gOHlOHsOH

5、0 对应的压力为对应的压力为101.325kPa101.325kPa。对应的相态情况为：对应的相态情况为：这一点称为这一点称为“冰点冰点”。)()()(222gOHairOHsOH 6纯纯 水水冰冰三相点三相点冰冰 点点 H2O的三相点与冰点的区别的三相点与冰点的区别被空气饱和的水被空气饱和的水冰冰水蒸气水蒸气 p = 611Pa t = 0.01空气和水蒸气空气和水蒸气p = 101.325kPat = 0水的相图水的相图72. 2. 水的相图水的相图 三相点是物质自身的特性，不能加以改变，三相点是物质自身的特性，不能加以改变，如如H2O的三相点的三相点 T =274.16K , p = 6

6、10.62 Pa 冰点是在大气压力下，水、冰、气三相共存。冰点是在大气压力下，水、冰、气三相共存。当大气压力为当大气压力为100 KPa时，冰点温度为时，冰点温度为273.15K，改，改变外压，冰点也随之改变。变外压，冰点也随之改变。冰点温度比三相点温度低冰点温度比三相点温度低0.01K是由两种因素造成的：是由两种因素造成的：（1）因）因外压增加外压增加，使凝固点下降，使凝固点下降0.00748K ； （2）因）因水中溶有空气水中溶有空气，使凝固点下降，使凝固点下降0.00241K。8两相平衡线上的相变过程两相平衡线上的相变过程 在两相在两相平衡线上平衡线上的任何一的任何一点都可能点都可能有三

7、种情有三种情况。如况。如OCOC线上的线上的P P点：点：（1 1）处于）处于f f点的纯水，保持温度不变，逐步减小压力，点的纯水，保持温度不变，逐步减小压力，在无限接近于在无限接近于P P点之前，气相尚未形成，系统自由度为点之前，气相尚未形成，系统自由度为2 2。用升压或降温的办法保持液相不变。用升压或降温的办法保持液相不变。fgfg92. 2. 水的相图水的相图（2）到达到达P P点点时，气相出现，时，气相出现，在气在气- -液两相平液两相平衡时，衡时，F=1。压力与温度只压力与温度只有一个可变。有一个可变。（3 3）继续降压，离开）继续降压，离开P P点时，最后液滴消失，点时，最后液滴消失，成单一气相，成单一气相，F=2。 通常只考虑通常只考虑（2）的情况。的情况。fgf