物質(zhì)的相態(tài)水的相圖

關(guān)于物質(zhì)的相態(tài)水的相圖第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/232第三章物質(zhì)的聚集狀態(tài)主要內(nèi)容第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二學(xué)習(xí)目標(biāo)第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/234學(xué)習(xí)內(nèi)容物質(zhì)的相態(tài)——相和相圖；飽和蒸汽壓和

溫度氣體——理想氣體、混合氣體、實(shí)際氣體溶液——稀溶液依數(shù)性；非電解質(zhì)溶液氣

液平衡；電解質(zhì)的電解膠體——膠體的特殊性質(zhì)；物質(zhì)的表面特征第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二物質(zhì)的聚集狀態(tài)物質(zhì)的聚集狀態(tài)變化氣態(tài)液態(tài)固態(tài)等離子體氣化液化熔化凝固升華第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/236物質(zhì)的相態(tài)——水的相圖【問(wèn)題】請(qǐng)分析下面幾種情況系統(tǒng)是幾相①2g氯化鈉投入100mL水中，攪拌后靜止；②20mL的乙醇和80mL的去離子水混合并攪拌后靜止；③20mL的四氯化碳與80mL去離子水混合并攪拌后靜止；④2mL酚與98mL去離子水混合并攪拌后靜止；⑤2mL去離子水與98mL酚混合并攪拌后靜止；⑥50mL酚與50mL去離子水混合并攪拌后靜止；第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/237問(wèn)題分析①2g氯化鈉投入100mL水中，攪拌后靜止；溶液是一相因?yàn)槁然c溶于水中。氯化鈉電解出的離子與水分子處于“最均勻”的狀態(tài)。相數(shù)Φ=1；組分?jǐn)?shù)S=2第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/238②20mL的乙醇和80mL的去離子水混合并攪拌后靜止；溶液是一相因?yàn)橐掖寂c水能以任意比例混溶。乙醇分子與水分子處于“最均勻”的狀態(tài)。問(wèn)題分析相數(shù)Φ=1；組分?jǐn)?shù)S=2第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/239③20mL的四氯化碳與80mL去離子水混合并攪拌后靜止；溶液是兩相因?yàn)樗穆然寂c水不相溶。四氯化碳分子與水分子不是處于“最均勻”的狀態(tài)。問(wèn)題分析相數(shù)Φ=2；組分?jǐn)?shù)S=2第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2310④2mL苯酚與98mL去離子水混合并攪拌后靜止；溶液是一相因?yàn)楸椒釉谒杏幸欢ㄈ芙舛?。苯酚分子與水分子處于“最均勻”的狀態(tài)。問(wèn)題分析相數(shù)Φ=1；組分?jǐn)?shù)S=2第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2311⑤2mL去離子水與98mL酚混合并攪拌后靜止；溶液是一相因?yàn)樗诒椒又幸灿幸欢ǖ娜芙舛?。水分子與苯酚分子處于“最均勻”的狀態(tài)。問(wèn)題分析相數(shù)Φ=1；組分?jǐn)?shù)S=2第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2312⑥50mL苯酚與50mL去離子水混合并攪拌后靜止；溶液是兩相因?yàn)楸椒优c水不完全相溶。苯酚分子與水分子不是處于“最均勻”的狀態(tài)。問(wèn)題分析相數(shù)Φ=2；組分?jǐn)?shù)S=2第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2313上述的“最均勻”的狀態(tài)是什么？相：系統(tǒng)內(nèi)部物理和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)——相相與相之間在指定條件下有明顯的界面，在界面上宏觀性質(zhì)的改變是飛躍式的——例如問(wèn)題③水和四氯化碳的界面。第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2314如何確定一個(gè)系統(tǒng)有幾相？一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)——相不論有多少種氣體混合，只有一相——?dú)庀喔鶕?jù)液體互溶程度可以組成一相、兩相或三相共存。一般有一種固體便有一個(gè)相。兩種固體粉末無(wú)論混合得多么均勻，仍是兩個(gè)相（固體溶液除外，它是單相）。第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、水的相圖水的相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二AOBCD繪制水的相圖氣-固平衡數(shù)據(jù)-冰在不同溫度的飽和蒸氣壓氣-液平衡數(shù)據(jù)-水在不同溫度的飽和蒸氣壓液-固平衡數(shù)據(jù)-水和冰在不同溫度時(shí)的平衡壓力T/KP/Pa第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二分析水的相圖水的相圖是根據(jù)實(shí)驗(yàn)繪制的。圖上有：三個(gè)單相區(qū)在氣、液、固三個(gè)單相區(qū)內(nèi)，φ=1，溫度和壓力都可以在一定限度內(nèi)變化不會(huì)引起相的改變。三條兩相平衡線氣液、氣固、固液，φ=2，壓力與溫度只能改變一個(gè)，指定了壓力，則溫度由體系自定。第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二OA

氣-液兩相平衡線，即水的蒸氣壓曲線。它不能任意延長(zhǎng)，終止于臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn) ，這時(shí)氣-液界面消失。高于臨界溫度，不能用加壓的方法使氣體液化。OB

氣-固兩相平衡線，即冰的升華曲線，理論上可延長(zhǎng)至0K附近。OC

液-固兩相平衡線，當(dāng)C點(diǎn)延長(zhǎng)至壓力大于 時(shí)，相圖變得復(fù)雜，有不同結(jié)構(gòu)的冰生成。第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二OD

是AO的延長(zhǎng)線，是過(guò)冷水和水蒸氣的介穩(wěn)平衡線。因?yàn)樵谙嗤瑴囟认?，過(guò)冷水的蒸氣壓大于冰的蒸氣壓，所以O(shè)D線在OB線之上。過(guò)冷水處于不穩(wěn)定狀態(tài)，一旦有凝聚中心出現(xiàn)，就立即全部變成冰。H2O的三相點(diǎn)溫度為273.16K，壓力為610.62Pa。O點(diǎn)是三相點(diǎn)，氣-液-固三相共存， 。三相點(diǎn)的溫度和壓力皆由體系自定。第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)（4）從水的相圖上看出OC線的斜率是正還是負(fù)？能說(shuō)明什么問(wèn)題？1、回答下列問(wèn)題（1）從水的相圖上看，如果想讓冰直接升華成水蒸汽，壓力最高不能超過(guò)多少？（2）從水的相圖可以看出液態(tài)水的飽和蒸汽壓隨溫度的升高而增大還是減小？（3）水的冰點(diǎn)和三相點(diǎn)有區(qū)別嗎？第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）在水的相圖中常常會(huì)出現(xiàn)OD線,是水的過(guò)冷線。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)溫度低于0.01℃時(shí),水應(yīng)該結(jié)成冰,但有時(shí)往往不是這樣,溫度甚至到-20℃仍不結(jié)冰，這種現(xiàn)象稱為過(guò)冷現(xiàn)象,這種水稱為過(guò)冷水。過(guò)冷水是一種亞穩(wěn)態(tài)，是熱力學(xué)上不穩(wěn)定的狀態(tài)，在一定條件下會(huì)自動(dòng)結(jié)成冰。（2）三相點(diǎn)的溫度(0.01℃)比冰點(diǎn)(0℃)稍高,原因是冰點(diǎn)為101.325kPa外壓下被空氣飽和的水的凝固點(diǎn)?？諝馊芙庠谒?壓力由三相點(diǎn)壓力增大到101.325kPa,兩者使冰點(diǎn)比三相點(diǎn)的溫度0.01℃。（3）冰水系統(tǒng)的飽和蒸氣壓隨溫度上升而下降,與大部分系統(tǒng)不同。由于一般情況下,冰的體積大于水的體積,出現(xiàn)這種現(xiàn)象與冰水的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二下圖是二氧化碳的相圖，根據(jù)相圖回答問(wèn)題(1)分析相圖中區(qū)、線、點(diǎn)的意義。ⅠⅡⅢ固相液相氣相OP/PaT/KACB(2)OC線的斜率是正還是負(fù)？第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、液體的飽和蒸汽壓液體的飽和蒸汽壓：動(dòng)態(tài)平衡沸騰外界壓力沸點(diǎn)：一定外壓下，液體沸騰的溫度。液體的飽和蒸汽壓與沸點(diǎn)的關(guān)系：第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖1.3.1氣－液平衡示意圖氣液平衡時(shí)：氣體稱為飽和蒸氣；液體稱為飽和液體；壓力稱為飽和蒸氣壓。第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二飽和蒸氣壓是溫度的函數(shù)表1.3.1水、乙醇和苯在不同溫度下的飽和蒸氣壓H2O乙醇苯t/℃

p*/kPat/℃

p*/kPat/℃

p*/kPa202.338205.671209.9712407.3764017.3954024.4116019.9166046.0086051.9938047.34378.4101.32580.1101.325100101.325100222.48100181.44120198.54120422.35120308.11飽和蒸氣壓＝外壓時(shí)的溫度稱為沸點(diǎn)飽和蒸氣壓＝101.325kPa時(shí)的溫度稱為正常沸點(diǎn)第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二T一定時(shí)：如pB<pB*，B液體蒸發(fā)為氣體至pB＝pB*pB>pB*，B氣體凝結(jié)為液體至pB＝pB*

（此規(guī)律不受其它氣體存在的影響）相對(duì)濕度的概念：相對(duì)濕度=第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二

在一定溫度和壓力下，任何純物質(zhì)達(dá)到兩相平衡時(shí)，蒸氣壓隨溫度的變化率可用下式表示：第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2329學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)一、選擇題1.鐵塊與鐵粉的混合物相數(shù)為（

）（1）1；

（2）2；

（3）3；

（4）4。2.在不飽和的NaCl溶液中組分?jǐn)?shù)C,相數(shù)Φ為（

）。（1）2，1；（2）2，2；（3）2，1；（4）2，2。

3.在NaCl固體與飽和的NaCl溶液共存體系中C,相數(shù)Φ分別為（）。（1）2，1；

（2）2，2；

（3）2，1；（4）2，2。（2）（3）（2）第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2330學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)4.由79%N2和21%O2所組成的空氣系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)C,相數(shù)Φ分別為（

）。（1）C=2，Φ=1；（2）C=2，Φ=2；（3）C=2，Φ=1；（4）C=2，Φ=1。5.水蒸氣、水、冰三相平衡共存的點(diǎn)，稱為三相點(diǎn)點(diǎn)，在該點(diǎn)組分?jǐn)?shù)、相數(shù)分別為（

）。（1）C=1，Φ=1；（2）C=1，Φ=3；（3）C=2，Φ=3；（4）C=3，Φ=3。（1）（2）第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2331學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)（

）1.粉碎得很細(xì)的銅粉和鐵粉經(jīng)過(guò)均勻混合后成為一個(gè)相。（

）2.為了使水在90℃沸騰，可以降低壓力，使其壓力在90℃的保證蒸汽壓下溫度達(dá)到90℃即可。

（）3.對(duì)于氯化鈉的水溶液，溫度、壓力和濃度都可以在一定范圍內(nèi)自由變化而不致引起相變化。（）4.冰在壓力低于610.62Pa（水的三相點(diǎn)壓力）升溫時(shí)可以升華。（）5.從水的相圖看，水結(jié)冰后體積會(huì)變大?！痢獭獭獭痰谌豁?yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2332內(nèi)容總結(jié)學(xué)會(huì)判斷一個(gè)系統(tǒng)的相數(shù)和組分?jǐn)?shù)；學(xué)會(huì)分析水的相圖，利用水的相圖解決實(shí)際問(wèn)題；學(xué)會(huì)用克-克方程計(jì)算不同壓力下液體的沸點(diǎn)。第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3/2333課后任務(wù)作業(yè)：1.請(qǐng)查閱二氧化碳單組份系統(tǒng)相圖，并與水的相圖進(jìn)行比較，并解釋為什么干冰會(huì)直接升華而不是液化。2.將玻璃燒杯裝滿水放在冰柜中冷凍，會(huì)將燒杯“漲破”，為什么？如果燒杯中裝的不是水而是其他液體（例如乙醇），冷凍凝固后會(huì)怎樣？第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/3