吉林省农安实验中学2008-2009学年高一物理期中考试题人教版必修二

2020-1-51化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology化工热力学吴选军[e-mail]2020-1-52化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnologyChapter5PhaseEquilibrium第五章相平衡2020-1-53化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology5相平衡•5.1相平衡的判据与相律•5.2互溶系统的汽液平衡关系式•5.3中、低压下的汽液平衡•5.4高压汽液平衡•5.5汽液平衡数据的热力学一致性检验•5.6平衡与稳定性•5.7其他类型的相平衡2020-1-54化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology研究相平衡的目的、意义1.确定不同相间组成关系举例：（1）50％水＋50％乙醇的液相，其对应的汽相组成是什么？反之亦然。（2）用于冷凝器，已知汽相组成，求液相组成。以上汽液平衡是化工生产中最重要的相平衡。其它如液液平衡、气液平衡、固液平衡2.要解决的问题：物系组成、T、p间的关系3.重要性：相平衡理论是精馏、吸收、萃取等分离操作的基础，实际上就是组成与其它物理量的定量关系，也涉及数据可靠性及估算方法。2020-1-55化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology5.1.1平衡判据各相温度T相等各相压力p相等系统等温、等压下，平衡时，可以导出：混合物中组分i在各相中的化学势相等，即：混合物中组分i在各相中的逸度相等，即：5.1相平衡基础在模型导出及计算中具有非常重要的应用价值2020-1-56化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology1.所谓相律，就是在相平衡状态下，物系的变量之间存在一定互相依赖的关系。描述物系的平衡状态，只需要f个变量就可以了。2.相律的表达式为：式中：f为自由度，N为组元数，为相数3.实例：（1）水的三相点，f＝0（2）水－水蒸汽平衡，f＝1（3）水－水蒸汽－惰性气体，f＝2（4）乙醇－水汽液平衡，f＝2（5）戊醇－水汽液平衡（液相分层），f＝15.1.2相律2020-1-57化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology5.2互溶系统的汽液平衡关系5.2.1汽液平衡关系表达式2020-1-58化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology2020-1-59化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology5.2.2平衡相图2020-1-510化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology2020-1-511化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology完全理想系的P-x-y相图服从Raoult定律sssssssPPxPPxPxPPPPxPPxP211221112122211112020-1-512化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology完全理想系的P-x-y相图•服从Raoult定律sssssssPPxPPxPxPPPPxPPxP211221112122211112020-1-513化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology具有正偏差而无恒沸物体系2020-1-514化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology具有负偏差而无恒沸物体系2020-1-515化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology正偏差较大而形成最大压力恒沸物体系2020-1-516化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology负偏差较大而形成最小压力恒沸物体系2020-1-517化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology液相为部分互溶体系2020-1-518化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology5.3中、低压下的汽液平衡计算理想溶液的计算可以用K值法，但使用较少。（见课本）相对挥发度jijiijxxyy//对于二元混合物，212112//xxyy当压力较低时，sspp221112，与组成有关，只能在粗略计算时使用2020-1-519化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology汽液平衡的准则和计算方法•汽液平衡的准则•活度系数法N,,,ifˆfˆlivi21PˆyfˆviiviRT)PP(VexpPxfxfˆsilisisiiiliiiliN,,,iRT)PP(VexpPxPˆysilisisiiivii212020-1-520化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology•低压至中压•状态方程法PˆyfˆviiviPˆxfˆliili1RT)PP(VexpsiliN,,,iPxPˆysisiiivii21liiviiˆxˆy2020-1-521化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology典型汽液平衡的计算•等温泡点计算已知体系温度T与液相组成xi，求泡点压力P与汽相组成yi。•等压泡点计算已知体系压力P与液相组成xi，求泡点温度T与汽相组成yi。•等温露点计算已知体系温度T与汽相组成yi，求露点压力P与液相组成xi。•等压露点计算已知体系压力P与汽相组成yi，求露点温度T与液相组成xi。2020-1-522化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology•简化为汽相为理想气体，液相非理想溶液。则汽液平衡关系N,,,iPxPysiiii21中、低压下的相平衡模型：N,,,iPxPˆysisiiivii212020-1-523化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology1等温泡点计算•已知T与{xi}，求P与{yi}。isiiiPxPN,,,iPxPysiiii212020-1-524化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology•计算步骤①由Antoine方程求②由wilson方程求γi•③④siPisiiiPxPPPxysiiii2020-1-525化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology例•氯仿（1）-乙醇（2）二元体系，55℃时活度系数方程为•55℃时，氯仿、乙醇的饱和蒸汽压•求：（1）该体系在55℃时P-x-y数据；•（2）如有恒沸点，确定恒沸组成和恒沸压力。kPa.P,kPa.Pss31373782211221661590x..xln2212661421x..xln2020-1-526化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology•（1）•x1=0.1,x2=0.9ssisiiiPxPxPxP222111siiiiPxPy106615909021....ln84511.906614211022....ln99902.kPa.......P744831379990903782845110688031207448378284511021.y,.....y2020-1-527化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology•（2）•恒沸点时y1=x1,,y2=x2•解得：x1=0.848,x2=0.152ssssPP,PP,PP22112211siiiiPxPy13137661421378266159021221122xx.x..xexp.x..xexpkPa.PxPxPss28862221112020-1-528化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology2等温露点计算•已知T与{yi}，求P与{xi}。isiiiPyP/1N,,,iPxPysiiii21siiiiPPyx2020-1-529化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology•计算步骤••①由饱和蒸汽压方程方程求各，令各γi=1•②••③•④由活度系数方程求各γisiPsiiiiPPyxisiiiP/yP12020-1-530化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology⑤isiiiP/yP1⑥37返回转,PPNYPPsiiiiPPyx⑦2020-1-531化学化工与生命科学学院ChemicalEngineeringThermodynamicsWuhanUniversityofTechnology•丙醇(1)和水(2)体系的汽液平衡问题。已知T=353.15K，汽相中丙醇的摩尔分数y1=060，353.15K时各组分的饱和蒸汽压P1s=92.59kPa，P2s=47.38kPa，活度系数可用Wilson方程计算••求露点压力P和液相组成x1,x2。•计算到。例