油田基礎(chǔ)化學(xué)

油田基礎(chǔ)化學(xué)課件第一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-1

溶液的組成表示方法二、質(zhì)量分?jǐn)?shù)：定義：wB=（def）mB/∑mB；∑wB＝1；wB：組分B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為1；mB：溶液中組分B的質(zhì)量；

第二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-1

溶液的組成表示方法三、質(zhì)量摩爾濃度：定義：單位質(zhì)量溶劑中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，稱為組分B的質(zhì)量摩爾濃度，通常用表示，單位mol.kg-1。公式：bB=nB/mAnB：溶液中組分B的物質(zhì)的量，

mol；

mA：溶液中溶劑A的質(zhì)量，kg；第三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-1

溶液的組成表示方法四、物質(zhì)的量濃度：定義：cB=（def）nB/VnB：溶液中組分B的物質(zhì)的量，

mol；

V：溶液的體積，m3（亦可用

l）?！蠢}〉P19例2-1；第四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律一、拉烏爾定律：研究對(duì)象：研究溶劑的飽和蒸氣壓所遵循的規(guī)律。表述：在一定溫度下，在稀溶液中溶劑的飽和蒸氣壓與溶劑的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)成正比，這一規(guī)律稱為拉烏爾定律。第五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律表達(dá)式1：PA=P*AxA

PA：稀溶液上方溶劑A的飽和蒸氣壓，Pa；

P*A

：該溫度下純?nèi)軇〢的飽和蒸氣壓，Pa；（影響因素有4個(gè)）

xA

：溶液中溶劑A的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；第六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律表達(dá)式2：ΔPA=P*AxB

ΔPA：飽和蒸氣壓下降值，Pa；

xB：溶液中溶質(zhì)B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；適用條件：理想稀溶液及理想溶液。解釋：在任意滿足xA→1的溶液中，溶劑分子所受的作用力幾乎與純?nèi)軇┲械姆肿酉嗤??！葱〗Y(jié)〉〈布置作業(yè)〉P462；第七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三（第5次課）

§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律二、亨利定律：研究對(duì)象：研究理想稀溶液中溶質(zhì)的蒸氣壓所遵循的規(guī)律。表述1：在一定的溫度下，氣體B在溶液中的溶解度與該氣體的平衡分壓成正比。表述2：在一定溫度下，稀溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓與其在溶液中的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)成正比。第八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律表達(dá)式1：PB=kxB

PB：稀溶液上方溶質(zhì)B的平衡分壓，Pa；

xB

：溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)或氣體溶解度；

k：亨利常數(shù)或溶解度常數(shù)（亦可用kx表示），Pa；（影響因素有4

個(gè)）第九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律表達(dá)式2：PB=kcCB

表達(dá)式3：PB=kbbB

應(yīng)用亨利定律注意事項(xiàng)：（1）亨利定律僅適用于稀溶液和低中壓氣體。第十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律（2）亨利定律只適用于溶質(zhì)在氣相和液相中分子形式相同的物質(zhì)，如

HCl溶于苯和氯仿時(shí)，在氣液相中均以HCl分子形式存在，適用于亨利定律；而HCl溶于水時(shí)，則不能以HCl形式存在，不適用于亨利定律。第十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律（3）總壓不大時(shí)，氣體混合物溶于同一種溶劑時(shí)，亨利定律對(duì)各種氣體分別適用，其公式中的壓力分別為該種氣體的分壓，而不是總壓。（4）稀溶液溶劑的蒸氣壓遵從拉烏爾定律，溶質(zhì)的蒸氣壓遵從亨利定律，則溶液的蒸氣壓可用下列公式進(jìn)行計(jì)算：

P=PA＋PB=P*AxA＋kxB

第十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律〈例題〉P212-2；三、分配定律：

1、分配定律：表述：在一定溫度下，一種溶質(zhì)B

分配在互不相溶的兩種溶劑中的濃度比值為一常數(shù)，這一規(guī)律稱為分配定律。第十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律表達(dá)式為：K=xαB/xβBxαB、xβB：組分B分別在α、β

相中的濃度（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）；K：分配常數(shù)，其值的大小取決于平衡時(shí)的溫度、溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)。第十四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律解釋：用亨利定律解釋。如在采油過程中的水、油和天然氣系統(tǒng)，假設(shè)油、水互不相容，而甲烷既溶于水又溶于油，如下圖所示。第十五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律CH4在水和油中溶解示意圖：CH4油水第十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律根據(jù)亨利定律：在油中P甲烷=k1x油中甲烷；在水中P甲烷=k2x水中甲烷；平衡時(shí)k1x油中甲烷＝k2x水中甲烷

即x油中甲烷/x水中甲烷=k2/k1=K

（證畢）第十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律

2、分配定律的應(yīng)用——萃取：⑴萃取定義：萃取是利用一種與溶液不相容的溶劑，將溶質(zhì)從溶液中抽取出來的操作過程，所用的溶劑稱為萃取劑。⑵原理：分配定律。第十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律⑶萃取效率計(jì)算表達(dá)式：mn=m[KVα/（KVα＋Vβ）]n

mn：n次萃取后留在原溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量，g；m：原溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量，g；Vα：原溶液的體積，dm3；Vβ：每次所用萃取劑的體積，dm3；

第十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-2稀溶液的基本定律結(jié)論：對(duì)于給定了一定量的萃取劑來說，少量多次的萃取要比一次萃取的效率高得多?！蠢}〉P232-4；〈小結(jié)〉〈布置作業(yè)〉P455；第二十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三（第6次課）

§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性稀溶液含義：不揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液。稀溶液的依數(shù)性含義：稀溶液的某些性質(zhì)主要取決于其中所含粒子的數(shù)目而與溶質(zhì)本身的性質(zhì)無關(guān)，稱之為稀溶液的依數(shù)性。第二十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性內(nèi)容：①稀溶液的蒸氣壓下降；②稀溶液的沸點(diǎn)上升；③稀溶液的凝固點(diǎn)下降；④稀溶液具有滲透壓；第二十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性一、稀溶液的蒸氣壓下降：飽和蒸氣壓定義：在一定溫度下，密閉真空容器中液體與其蒸氣處于平衡時(shí)，蒸氣所具有的壓力，叫該液體在該溫度下的飽和蒸氣壓；用P*A表示，單位為

Pa。第二十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性飽和蒸氣壓影響因素：⑴物質(zhì)的本性。⑵溫度的影響：溫度升高，液體的飽和蒸氣壓增大。⑶外壓的影響：外壓增大，液體的飽和蒸氣壓增大。⑷外加化學(xué)物質(zhì)的影響。第二十四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性稀溶液的蒸氣壓下降規(guī)律：一定溫度下，溶劑A中溶入了難揮發(fā)非電解質(zhì)B后形成的稀溶液，稀溶液的蒸氣壓較純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?。（用拉烏爾定律解釋）第二十五頁，共一百二十六頁，編輯?023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性稀溶液的蒸氣壓下降計(jì)算公式：

ΔPA=P*AxB

ΔPA

：純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶液蒸氣壓之差，即溶液蒸氣壓下降值，Pa；

P*A

：純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮海琍a；

xB

：溶質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。第二十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶液蒸氣壓下降的原因解釋：（可以用分子運(yùn)動(dòng)論來解釋。）液體蒸氣壓是液體和蒸氣處于氣、液平衡時(shí)的蒸氣壓力，所以液體的蒸氣壓力與液面蒸發(fā)的分子數(shù)有關(guān)。由于加入了溶質(zhì)，溶液的內(nèi)部和表面的少部分溶劑分子被難揮發(fā)非電解質(zhì)溶質(zhì)分子代替，單位體積中溶劑的分子數(shù)較純?nèi)軇r(shí)變小，因此再次達(dá)到氣、液平衡時(shí)，液面上方的蒸氣分子濃度一定小于純?nèi)軇┥戏降恼魵夥肿訚舛?，所以稀溶液的蒸氣壓小于純?nèi)軇┑恼魵鈮骸Ｓ捎谌苜|(zhì)是難揮發(fā)的，這里的溶劑蒸氣壓實(shí)際上就是溶液的蒸氣壓。溶液的蒸氣壓就下降了。第二十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性二、溶液的沸點(diǎn)上升：溶液的沸點(diǎn)定義：指在一定的外壓下，溶液的飽和蒸氣壓等于外界壓力時(shí)的溫度。溶液的沸點(diǎn)升高規(guī)律：對(duì)于難揮發(fā)的非電解質(zhì)溶液，溶液的沸點(diǎn)較純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)升高。第二十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性

溶液的沸點(diǎn)升高計(jì)算公式：△Tb=kbbB△Tb：沸點(diǎn)升高值，K；

Tb：溶液的沸點(diǎn)，K；

T*b：純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)，K；

kb：溶劑的沸點(diǎn)上升常數(shù)，其值僅取決于溶劑的本性，而與溶質(zhì)的性能無關(guān)，一些常見的值列于下表中。第二十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶劑水乙醇丙酮環(huán)己烷苯氯仿四氯化碳351.48329.3353.25353.25334.35349.3870.511.201.722.602.533.855.02

（表）幾種常見溶劑的正常沸點(diǎn)及沸點(diǎn)升高常數(shù)第三十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶液沸點(diǎn)升高的原因：圖示如下（圖）稀溶液沸點(diǎn)上升第三十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性

在上圖中純?nèi)軇┑恼魵鈮?沸點(diǎn)曲線用O*C*表示，C*點(diǎn)是純?nèi)軇┑恼魵鈮篜C與外壓PA等壓線的交點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的溫度T*B為純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。OC線為溶液的蒸氣壓-沸點(diǎn)曲線，因溶液的蒸氣壓下降，第三十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性在溫度T*B時(shí)溶液的蒸氣壓小于外界壓力，溶液并不沸騰，必須將溶液升溫，增加溶液蒸氣壓。當(dāng)溶液的蒸汽壓升至與外壓相等，即達(dá)到C點(diǎn)時(shí)溶液方能沸騰，此C點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度即為溶液沸點(diǎn)。因此，溶液的沸點(diǎn)升高。第三十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性三、溶液的凝固點(diǎn)降低：溶液的凝固點(diǎn)定義：指液態(tài)溶液中析出固態(tài)純?nèi)軇r(shí)的溫度?；蛑敢簯B(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮号c固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮合嗟葧r(shí)的溫度。溶液的凝固點(diǎn)降低規(guī)律：當(dāng)液態(tài)純?nèi)軇┲腥苋肓瞬粨]發(fā)的非電解質(zhì)，溶液的凝固點(diǎn)較純?nèi)軇┑牡?。第三十四頁，共一百二十六頁，編輯?023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶液的凝固點(diǎn)降低計(jì)算公式：△Tf：凝固點(diǎn)下降值，K；

Tf

：溶液的凝固點(diǎn)，K；

T*f

：純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，K；

Kf：溶劑的凝固點(diǎn)下降常數(shù)，其值僅取決于溶劑的本性，而與溶質(zhì)的性能無關(guān)，一些常見的值列于下表中。第三十五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶劑水乙酸環(huán)己烷苯萘三氯甲烷273.15289.75279.63278.65353.50280.951.863.9020.05.106.9014.4第三十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶液的凝固點(diǎn)降低的原因：圖示如下（圖）稀溶液凝固點(diǎn)降低第三十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性圖中純?nèi)軇┡c純固體溶劑的蒸氣壓曲線交于A點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的溫度就是純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)。當(dāng)在溶劑中加入了溶質(zhì)形成了稀溶液，溶液的蒸氣壓下降，其溶液的曲線在純?nèi)軇┑南路?，欲達(dá)溶液曲線與純固體曲線相交B點(diǎn)，需降低溶液的溫度，才能使溶液的蒸氣壓等于純固體蒸氣壓，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度為溶液的凝固點(diǎn)。第三十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性四、溶液的滲透壓：溶液的滲透和滲透壓圖示如下：（圖）滲透和滲透壓第三十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶液的滲透與滲透壓理解：在容器的左邊放入純?nèi)軇?，如水，右邊放入蔗糖溶液，之間用半透膜（半透膜指的是只允許溶劑分子通過，而溶質(zhì)分子不能通過的薄膜）隔開。剛開始時(shí)，兩邊液面高度相等（圖a）。經(jīng)過一段時(shí)間后，右面的液面將上升，左邊的液面將下降（圖b）這是由于純水中水分子通過半透膜的速度大于溶液中水分子通過半透膜的速度，結(jié)果使蔗糖溶液體積增大，液面上升，這就是滲透現(xiàn)象。滲透作用達(dá)到平衡時(shí)，半透膜兩邊的靜壓差稱為滲透壓。如果對(duì)蔗糖溶液施加滲透壓同樣大小的外壓（圖c）就可以阻止?jié)B透的進(jìn)行。第四十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶液的滲透壓定義：滲透作用達(dá)到平衡時(shí)，半透膜兩邊的靜壓差稱為滲透壓?；?yàn)樽柚谷軇┫蛉芤簼B透而多施加于溶液端的外壓稱之為滲透壓，用

Π表示，單位為Pa。第四十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性溶液的滲透壓計(jì)算公式：

Π：溶液的滲透壓，Pa；cB：溶質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度，mol．m-3。第四十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性應(yīng)用：①Kb、kf、△T和Π已知時(shí)，利用溶液的沸點(diǎn)上升、凝固點(diǎn)下降和滲透壓與濃度的關(guān)系，可以求得溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量或檢驗(yàn)產(chǎn)品的純度；②又如汽車、坦克等水箱中加入醇類，如乙二醇、甲醇、甘油使其凝固點(diǎn)降低而防止結(jié)冰；③向人體進(jìn)行靜脈輸液，要求輸入溶液的滲透壓與血液的滲透壓相等；④利用滲透技術(shù)進(jìn)行海水的淡化和廢水處理等。第四十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-3稀溶液的依數(shù)性〈例題〉P26

例2-5；〈小結(jié)〉〈布置作業(yè)〉P46

五3；第四十四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三（第7次課）

§2溶液及相平衡

§2-4相律一、基本概念：1、相和相數(shù)：相：體系中具有完全相同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均勻的部分叫相（相與相之間有明顯的相界面，可以用機(jī)械方法分開）。相數(shù)：相平衡系統(tǒng)內(nèi)相的數(shù)目稱為相數(shù)，常用來表示。

Ф＝1為單相體系；

Ф＝2為雙相體系；

Ф＝3為三相體系；第四十五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律相數(shù)的確定：氣體系統(tǒng)：不管有多少種氣體混合，平衡時(shí)只能形成一個(gè)氣相，即

Ф＝1；液體系統(tǒng)：液體如能均勻混合者則形成一個(gè)液相；若不能均勻混合者可形成兩相或兩個(gè)以上的液相；第四十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律固體系統(tǒng)：固熔體為單相；一般說來，固體均不能均勻混合各成一個(gè)固相；注：①物質(zhì)的相數(shù)與物質(zhì)的量的多少無關(guān)；②物質(zhì)的相和相數(shù)隨著條件的變化是可以改變的；第四十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律

2、相平衡：相平衡定義：在一定的條件下，當(dāng)一個(gè)多相系統(tǒng)中各相的性質(zhì)和數(shù)量均不隨時(shí)間變化時(shí)，稱此系統(tǒng)處于相平衡。第四十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律

3、物種數(shù)和組分?jǐn)?shù)：物種數(shù)：體系中存在的化學(xué)物質(zhì)的種類數(shù)，用S表示；如：KCl的水溶液物種數(shù)為S＝6，包括KCl、

H2O、；組分?jǐn)?shù)：指描述相平衡體系所需的最少且能獨(dú)立存在的化學(xué)物種數(shù)，用C表示；如：KCl的水溶液C＝2，最少且獨(dú)立存在的物種為KCl、H2O；第四十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律物種數(shù)S與組分?jǐn)?shù)C之間的關(guān)系：

C=S-R-R’C：組分?jǐn)?shù)；

S：物種數(shù)；

R：獨(dú)立的化學(xué)平衡數(shù)；

R’：同一相中獨(dú)立的濃度限制條件數(shù)；第五十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律

4、總組成和相組成：圖示：glABABP第五十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律總組成：表示整個(gè)相平衡系統(tǒng)某組分總的組成稱為總組成；相組成：表示體系的某一相中某組分的組成稱為相組成；第五十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律如：甲烷溶于水的體系，氣相組成液相組成

體系的總組成（有時(shí)用zB表示）

第五十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律注：對(duì)于單相體系，總組成就是相組成；對(duì)于多相體系，總組成不等于相組成；

5、系統(tǒng)點(diǎn)和相點(diǎn)：（后述）

6、自由度數(shù)：自由度：在不引起舊相消失和新相產(chǎn)生的前提下，可以在一定范圍內(nèi)獨(dú)立改變的強(qiáng)度性質(zhì)(如T、P和組成等)稱為自由度。第五十四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律自由度數(shù)：體系中自由度的最大數(shù)目稱為該狀態(tài)下的自由度數(shù)，用符號(hào)f表示。如：在某一范圍內(nèi)，可以任意改變溫度和壓力，使水始終保持在液相，則這個(gè)體系的自由度

f＝2（溫度、壓力）；第五十五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律再如：當(dāng)水和水蒸氣兩相平衡時(shí)，則溫度和壓力兩個(gè)變量中只有一個(gè)是可以獨(dú)立變動(dòng)了，即平衡蒸氣壓由溫度決定而不能任意改變，水的汽、液平衡體系的自由度數(shù)為

f＝1（溫度或壓力）。第五十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律

二、相律：

1、研究對(duì)象：相律是研究相平衡體系中相數(shù)、組分?jǐn)?shù)、自由度數(shù)以及外界因素（溫度、壓力等）之間數(shù)量關(guān)系的一種普遍規(guī)律。第五十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律

2、吉布斯相律數(shù)學(xué)表達(dá)式：

C—表示獨(dú)立組分?jǐn)?shù)；Φ—表示相數(shù)；2—表示溫度和壓強(qiáng)兩個(gè)變量。第五十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律相律的其它數(shù)學(xué)表達(dá)式：①f=C-Ф+n，n指影響相平衡的所有外界因素；②（1是指指定了溫度或壓力，忽略其它因素），f′叫條件自由度數(shù)；③（溫度和壓力同時(shí)確定，忽略其它因素）；第五十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律〈例題1〉在密閉容器中，苯和甲苯形成的溶液與其溶液的蒸氣平衡共存，求該體系的自由度數(shù)。解：該體系的相數(shù)（氣、液），體系的組分?jǐn)?shù)（苯、甲苯），根據(jù)=2-2+2=2（溫度

T、壓力P）。第六十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律〈例題2〉充滿密閉容器中的乙醇水溶液，求該體系的自由度數(shù)。解：該體系只有一個(gè)液相，組分?jǐn)?shù)C=2，根據(jù)f=C-Φ＋2=2-1+2=3（溫度T、壓力P和兩個(gè)組分之一的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)xB）。第六十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-4相律

3、相律的重要性及局限性：重要性：為確定Ф和f提供理論依據(jù)即相律可以確定有幾個(gè)因素對(duì)體系的相平衡產(chǎn)生影響，在一定條件下有幾個(gè)相等等。局限性：相律不能解決上述數(shù)目具體代表哪些相或變量，也不知道每一個(gè)相的數(shù)量是多少?！蠢}3〉P30

例2-6；第六十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三

（第7次課）

§2溶液及相平衡

§2-5相圖描述相平衡體系的性質(zhì)（例如沸點(diǎn)、蒸氣壓、熔點(diǎn)、溶解度等）與條件（溫度、壓力）及組成間的函數(shù)關(guān)系的方法：①表格法；②解析法；③圖解法等；第六十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖相圖：指一定條件下相的狀態(tài)圖即圖解法；相圖類型：①單組分（純物質(zhì)）系統(tǒng)相圖；②二組分系統(tǒng)相圖；③三組分系統(tǒng)相圖；第六十四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖〈補(bǔ)〉單組分系統(tǒng)飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系：即克勞修斯-克拉貝龍方程：

第六十五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖結(jié)論：溫度越高，飽和蒸氣壓越大。應(yīng)用：①有助于繪制二組分系統(tǒng)相圖。②判斷一定溫度下，哪種組分為易揮發(fā)組分。第六十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖一、單組分系統(tǒng)相圖：（水的相圖）1、相律分析：對(duì)于單組分系統(tǒng)，根據(jù)相律

自由度數(shù)可能有下列三種情況：當(dāng)Φ=1時(shí)，f=2，稱為雙變量系統(tǒng)（溫度T和壓力P）；當(dāng)Φ=2時(shí)，f=1，稱為單變量系統(tǒng)（溫度T或壓力P）；當(dāng)時(shí)Φ=3時(shí)，f=0，稱為無變量系統(tǒng)。第六十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

2、相圖繪制：單組分體系的狀態(tài)或相間平衡關(guān)系完全取決于溫度和壓力，可以用二維p—T圖表示這種關(guān)系；對(duì)于水來說，通過實(shí)驗(yàn)測出這三種兩相平衡的溫度和壓力的數(shù)據(jù)，即可根據(jù)數(shù)據(jù)繪出水的相圖。第六十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖水的相圖如下：第六十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

3、相圖分析：

1）面：即三個(gè)相區(qū)。①相態(tài)：相圖中每一個(gè)面或區(qū)域代表物質(zhì)的某一個(gè)相。用s、l、g分別表示水的固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)。第七十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖②相數(shù)：Φ=1。③自由度數(shù)：f=2。2）線：即三條相線。OA線：①相態(tài)：是水和水蒸氣的兩相平衡曲線，H2O（l）≒H2O（g），即水的飽和蒸氣壓曲線。OA線不能任意延長，它的終點(diǎn)是臨界點(diǎn)A（，）。第七十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖②相數(shù)：Φ=2。③自由度數(shù)：f=1。OB線：①相態(tài)：是冰和水蒸氣的兩相平衡線，H2O（s）≒H2O（g），即冰的升華（蒸氣壓）曲線。理論上可延長到絕對(duì)零度附近。第七十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖②相數(shù)：Φ=2。③自由度數(shù)：f=1。OC線：①相態(tài)：是冰和水兩相平衡線，即H2O（s）≒H2O（l），即是冰的熔點(diǎn)曲線或水的凝固點(diǎn)曲線。OC線不能無限向上延長，當(dāng)壓力達(dá)到開始，相圖變化比較復(fù)雜，此處不討論。第七十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖②相數(shù)：Φ=2。③自由度數(shù)：f=1。OD虛線：①相態(tài)：（是AO線的延長線，OD線在OB線之上，它的飽和蒸氣壓比同溫度下處于穩(wěn)定狀態(tài)的冰的蒸氣壓大，因此是不穩(wěn)定狀態(tài)，圖中用虛線表示，稱為過冷水的飽和蒸氣壓曲線。）H2O（s）。第七十四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖②相數(shù)：Φ=2。③自由度數(shù)：f=2。3）點(diǎn)：即一個(gè)三線交點(diǎn)O。①相態(tài)：O點(diǎn)是三條平衡線的交點(diǎn)，稱為三相點(diǎn)，即H2O（s）≒H2O（l）≒H2O（g）。②相數(shù)：Φ=3。③自由度數(shù)：f=0。水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K，壓力為610.62Pa。第七十五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖注：三相點(diǎn)和冰點(diǎn)的區(qū)別：三相點(diǎn)：是純水的三相平衡時(shí)的溫度。即純水、冰、水蒸氣三相共存時(shí)的溫度。也可以認(rèn)為是外壓等于其飽和蒸氣壓

0.611kPa時(shí)純水凝固成冰的溫度。冰點(diǎn)：是在外壓為101325下，被空氣飽和了的水凝結(jié)成冰的溫度。該系統(tǒng)為一多組分系統(tǒng)的三相共存。冰點(diǎn)可以隨外壓變化而變。第七十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

4、相圖應(yīng)用：①確定某條件下系統(tǒng)的狀態(tài)。②確定某條件發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)變化情況?！蠢}〉P33

例2-7；〈小結(jié)〉〈布置作業(yè)〉P45

三2；第七十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三（第8次課）

§2溶液及相平衡

§2-5相圖二、二組分系統(tǒng)相圖簡介：

1、相律分析：，

二組分系統(tǒng)最多可有三個(gè)獨(dú)立變量，所以要用三維相圖才能完整地描述其相平衡關(guān)系，這很不方便。常常將二組分系統(tǒng)三個(gè)變量其中的一個(gè)變量人為設(shè)定成常數(shù)，而得到立體圖形的界面圖——即兩個(gè)變量的平面圖。第七十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

2、二組分體系相圖的類型：按聚集狀態(tài)分：在雙液系中分為：

(1)完全互溶的雙液系；

(2)部分互溶的雙液系；

(3)不互溶的雙液系；第七十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖在固—液體系中：

(1)簡單的低共熔混合物；

(2)有化合物生成的體系；

(3)完全互溶的固溶體；

(4)部分互溶的固溶體等；第八十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖按性質(zhì)分：蒸氣壓－組成圖即圖；沸點(diǎn)－組成圖即圖或熔點(diǎn)－組成圖即圖；蒸氣壓－沸點(diǎn)圖即p~t圖；第八十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

3、理想溶液：⑴定義：指在恒溫恒壓下，在全部組成范圍內(nèi)每種組分的蒸氣均服從拉烏爾定律的溶液，稱之為理想溶液。⑵特征：①在恒溫恒壓下，組分混合形成溶液時(shí)，無熱效應(yīng)變化；②在恒溫恒壓下，組分混合形成溶液時(shí)，無體積變化；第八十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖⑶理想溶液應(yīng)滿足兩個(gè)條件：①溶質(zhì)和溶劑的分子大小和形狀相似；②溶質(zhì)B分子之間、溶劑A分子之間以及溶質(zhì)分子B和溶劑分子A之間的相互作用力基本相同。第八十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖三、理想溶液完全互溶的雙液系統(tǒng)相圖：

1、二組分理想溶液等溫下的壓力—

組成圖即相圖：

P、xB、yB的含義：第八十四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖圖示：glyAyBxAxBP第八十五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖⑴相圖的繪制：①關(guān)系圖：解析法繪制（還有實(shí)驗(yàn)法、間接法。）設(shè)A（甲苯）和B（苯）兩種純物質(zhì)混合可以形成理想溶液，溫度為T時(shí)，各純物質(zhì)的飽和蒸氣壓分別為，且。第八十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

第八十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖若以P為縱坐標(biāo)，組成xB為橫坐標(biāo)作圖，得到p-xB的關(guān)系圖是一條直線，如下圖（圖a）所示：

（圖a）理想溶液的P-xB相圖第八十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖②相圖：在上述的溶液平衡系統(tǒng)中，蒸氣壓與液相組成符合拉烏爾定律，液面上方的氣體，視為理想氣體，故符合道爾頓分壓定律。由拉烏爾定律：、；由道爾頓分壓定律：、；將上各式聯(lián)立得：第八十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖或

第九十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖若以P為縱坐標(biāo)，組成yB為橫坐標(biāo)作圖，得到p-yB相圖是一條曲線，如下圖（圖b）所示：（圖b）理想溶液的p-yB相圖第九十一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖③見下圖。（圖）理想溶液的p-xB（yB）相圖第九十二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖④精餾法進(jìn)行提純分離的理論依據(jù)：柯氏定律：若，則。柯氏定律證明：因?yàn)?，，所以，得證。第九十三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖（2）相圖分析：①圖中的區(qū)域：三個(gè)區(qū)域。上方區(qū)域：相態(tài)：l（A+B）；相數(shù)：Φ=1；條件自由度數(shù)：f′=2（定溫）[即壓力P和組成xB（yB）]；第九十四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖中間區(qū)域：相態(tài)：l（A+B）≒g（A+B）；相數(shù)：Φ=2；條件自由度數(shù)：f′=1（定溫）[即壓力P或組成xB（yB）]；第九十五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖下方區(qū)域：相態(tài)：g（A+B）；相數(shù)：Φ=1；條件自由度數(shù)：f′=2（定溫）[即壓力P和組成xB（yB）]；第九十六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖②圖中的線：上方直線：稱液相線或泡點(diǎn)線，表示系統(tǒng)蒸氣壓與液相組成的關(guān)系。相態(tài)：l（A+B）≒g（A+B）；相數(shù)：Φ=2；條件自由度數(shù)：f′=1（定溫）[即壓力P或組成xB（yB）]；第九十七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖下方曲線：稱氣相線或露點(diǎn)線，表示系統(tǒng)蒸氣壓與氣相組成的關(guān)系。相態(tài)：l（A+B）≒g（A+B）；相數(shù)：Φ=2；條件自由度數(shù)：f′=1（定溫）[即壓力P或組成xB（yB）]；第九十八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖③圖中的點(diǎn)：A點(diǎn)：A的純組分氣、液平衡點(diǎn)；相態(tài)：l（A）≒g（A）；相數(shù)：Φ=2；條件自由度數(shù)：（定溫）；如90℃時(shí)，甲苯的飽和蒸氣壓為54．0Pa。第九十九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖B點(diǎn)：B的純組分氣、液平衡點(diǎn)；相態(tài)：l（B）≒g（B）；相數(shù)：Φ=2；條件自由度數(shù)：（定溫）；如90℃時(shí)，苯的飽和蒸氣壓為134﹒7Pa。第一百頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖（3）相圖應(yīng)用：兩個(gè)重要概念：系統(tǒng)點(diǎn)：用來表示系統(tǒng)壓力與組成的點(diǎn)叫物系點(diǎn)或稱為系統(tǒng)點(diǎn)。如圖中

C、D、E、F點(diǎn)是同一個(gè)系統(tǒng)點(diǎn)。相點(diǎn)：用來表示一個(gè)相的壓力和相組成（）所描述的點(diǎn)叫相點(diǎn)，圖中

D、L、Q點(diǎn)叫液相點(diǎn)，圖中F、G、

H點(diǎn)叫氣相點(diǎn)，液相點(diǎn)和氣相點(diǎn)統(tǒng)稱相點(diǎn)。第一百零一頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖系統(tǒng)點(diǎn)與相點(diǎn)的關(guān)系：只有一個(gè)相時(shí)，系統(tǒng)點(diǎn)就是相點(diǎn)；兩相（兩共軛相）共存時(shí)，兩個(gè)相點(diǎn)位于系統(tǒng)點(diǎn)兩側(cè)的相線上，且3點(diǎn)處于一水平線(結(jié)線)上(因系統(tǒng)溫度，蒸氣溫度和液相溫度等同)。第一百零二頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖應(yīng)用：①同單組分系統(tǒng)。②同單組分系統(tǒng)。③計(jì)算氣、液兩相的相對(duì)數(shù)量（當(dāng)系統(tǒng)點(diǎn)處于兩相區(qū)時(shí)）（通過杠桿規(guī)則來計(jì)算。杠桿規(guī)則：ⅰ表述：在兩相平衡系統(tǒng)中，兩相的物質(zhì)的量與系統(tǒng)點(diǎn)到兩個(gè)相點(diǎn)的線段長度成反比。第一百零三頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

ⅱ公式：以上圖為例說明之。

；證明：以ng表示體系氣相中物質(zhì)的量，nl表示體系液相中物質(zhì)的量，氣相組成

yg，液相組成xl，體系的總組成為x。第一百零四頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

ng

＋nl

＝n

體系中某一組分的含量應(yīng)等于該組分在氣相與液相中的含量之和

經(jīng)整理得：即：證畢。第一百零五頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖

2、二組分理想溶液等壓下的溫度～組成圖：即圖。⑴相圖繪制：①實(shí)驗(yàn)法；②解析法；③間接法；注：此處運(yùn)用解析法繪制相圖。第一百零六頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖因系統(tǒng)是恒壓，根據(jù)拉烏爾定律：第一百零七頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖該式反映了液相組成與溫度的關(guān)系。若指定不同的溫度，則可求得不同液相組成值，將溫度為縱坐標(biāo)，組成為橫坐標(biāo)，即可得到溫度～組成曲線，即下圖中的下方曲線。第一百零八頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖（圖）苯和甲苯的相圖圖

第一百零九頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖又根據(jù)理想氣體分壓定律得：第一百一十頁，共一百二十六頁，編輯于2023年，星期三§2溶液及相平衡

§2-5相圖該式反映了氣相組成與溫度的關(guān)系。同上的做法可得到上圖中的上方曲線。該圖即是苯和