相平衡教學(xué)課件

相平衡2023-2026ONEKEEPVIEWREPORTING目錄CATALOGUE相平衡基本概念與原理固-液相平衡液-液相平衡氣-液相平衡固-固相平衡相平衡在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用相平衡基本概念與原理PART01相平衡是指多相系統(tǒng)中各相之間在物理和化學(xué)性質(zhì)上達(dá)到動態(tài)平衡的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，各相之間不發(fā)生凈的物質(zhì)轉(zhuǎn)移或能量交換。相平衡定義相平衡研究對于理解物質(zhì)性質(zhì)、預(yù)測物質(zhì)行為以及指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用具有重要意義。例如，在化工、冶金、材料等領(lǐng)域，相平衡研究有助于優(yōu)化工藝條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗。相平衡意義相平衡定義及意義相平衡條件在相平衡狀態(tài)下，各相的溫度、壓力和組成等性質(zhì)應(yīng)滿足一定的條件。具體來說，對于互不相溶的兩相，其溫度、壓力和組成應(yīng)分別相等；對于互溶的多相系統(tǒng)，各相的性質(zhì)應(yīng)滿足相應(yīng)的熱力學(xué)方程。相平衡判據(jù)判斷一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到相平衡，需要依據(jù)一定的判據(jù)。常用的判據(jù)包括吉布斯自由能最小化原理、化學(xué)勢相等原理以及熱力學(xué)第二定律等。這些判據(jù)提供了判斷系統(tǒng)是否達(dá)到相平衡的理論依據(jù)。相平衡條件與判據(jù)理論計(jì)算法基于熱力學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型，通過理論計(jì)算預(yù)測多相系統(tǒng)的相平衡行為。這種方法具有快速、靈活的優(yōu)點(diǎn)，但需要對模型進(jìn)行合理簡化和假設(shè)。實(shí)驗(yàn)測定法通過實(shí)驗(yàn)手段直接測定多相系統(tǒng)的相平衡數(shù)據(jù)，如溶解度、蒸氣壓等。這種方法具有直觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但需要耗費(fèi)大量時(shí)間和資源。計(jì)算機(jī)模擬法利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，模擬多相系統(tǒng)的相平衡過程并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。這種方法可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)和理論方法的不足，提供更為全面和深入的認(rèn)識。相平衡研究方法固-液相平衡PART02在一定溫度下，某固態(tài)物質(zhì)在100g溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的質(zhì)量，叫做這種物質(zhì)在這種溶劑中的溶解度。溶解度難溶電解質(zhì)盡管難溶，但還是有一部分陰陽離子進(jìn)入溶液，同時(shí)進(jìn)入溶液的陰陽離子又會在固體表面沉積下來。當(dāng)這兩個(gè)過程的速率相等時(shí)，難溶電解質(zhì)的溶解就達(dá)到平衡狀態(tài)，固體的量不再減少。這樣的平衡狀態(tài)叫溶解平衡，其平衡常數(shù)叫溶度積常數(shù)（即沉淀平衡常數(shù)）。溶度積溶解度與溶度積03沉淀的轉(zhuǎn)化當(dāng)Qc=Ksp時(shí)，溶液為飽和溶液，處于沉淀溶解平衡狀態(tài)，既無沉淀生成，也無沉淀溶解。01沉淀的生成當(dāng)Qc>Ksp時(shí)，溶液為過飽和溶液，平衡往左移動，沉淀析出。02沉淀的溶解當(dāng)Qc<Ksp時(shí)，溶液為不飽和溶液，若溶液中仍有固體存在，平衡往右移動，沉淀溶解。沉淀溶解平衡移動大部分固體物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高而增大。溫度固體物質(zhì)的溶解度一般不受壓強(qiáng)的影響。壓強(qiáng)量取一定體積的溶劑，加入過量溶質(zhì)，攪拌后靜置，通過過濾、洗滌、烘干等操作得到飽和溶液和對應(yīng)固體，稱重計(jì)算溶解度。實(shí)驗(yàn)測定方法影響因素及實(shí)驗(yàn)測定方法液-液相平衡PART03形成條件存在兩種不互溶的液體，且其中一種液體以微小液滴形式分散在另一種液體中。穩(wěn)定性分析乳濁液的穩(wěn)定性取決于分散相和連續(xù)相之間的界面張力、液滴大小和分布、以及外界條件（如溫度、pH值等）。若界面張力小、液滴大小均勻且分布狹窄，則乳濁液相對穩(wěn)定。乳濁液形成條件及穩(wěn)定性分析VS通過加入乳化劑降低界面張力，使一種液體以微小液滴形式分散在另一種液體中，形成乳濁液。乳化劑分子在兩相界面上定向排列，親水基團(tuán)伸向水相，親油基團(tuán)伸向油相，從而降低界面張力。應(yīng)用舉例在食品工業(yè)中，乳化作用廣泛應(yīng)用于制造乳制品、冰淇淋、黃油等；在化妝品工業(yè)中，乳化作用用于制造乳膏、乳液、化妝水等；在石油工業(yè)中，乳化作用用于提高原油采收率、降低原油粘度等。乳化作用原理乳化作用原理及應(yīng)用舉例影響因素及實(shí)驗(yàn)測定方法乳化劑種類和濃度、溫度、pH值、電解質(zhì)濃度、攪拌速度和時(shí)間等都會影響乳濁液的穩(wěn)定性和性質(zhì)。影響因素常用的實(shí)驗(yàn)測定方法包括滴定法、電導(dǎo)法、光散射法、界面張力法等。這些方法可以測定乳濁液的穩(wěn)定性、分散相和連續(xù)相的界面張力、液滴大小和分布等參數(shù)，為優(yōu)化乳濁液配方和工藝提供指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)測定方法氣-液相平衡PART04亨利定律及其適用范圍亨利定律內(nèi)容在一定溫度下，氣體在液體中的溶解度與液面上該氣體的平衡分壓成正比。適用范圍亨利定律適用于稀溶液，即溶質(zhì)在溶劑中的溶解度很小的情況。此時(shí)，溶質(zhì)分子間的相互作用可以忽略不計(jì)，亨利定律能夠準(zhǔn)確描述氣體在液體中的溶解行為。隨著溫度的升高，氣體在液體中的溶解度通常減小。這是因?yàn)闇囟壬呤沟脷怏w分子的動能增加，更容易從液體中逸出。溫度影響氣體在液體中的溶解度隨壓力的增大而增大。這是因?yàn)閴毫υ龃笫沟脷怏w分子更容易進(jìn)入液體中，從而提高溶解度。壓力影響氣體在液體中溶解度變化規(guī)律影響因素除了溫度和壓力外，氣體和液體的性質(zhì)、溶劑的種類以及是否存在其他溶質(zhì)等因素也會影響氣體在液體中的溶解度。要點(diǎn)一要點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)測定方法常用的實(shí)驗(yàn)測定方法包括靜態(tài)法、動態(tài)法和色譜法等。其中，靜態(tài)法是通過測量氣體在液體中的平衡分壓來計(jì)算溶解度；動態(tài)法則是通過測量氣體在液體中的擴(kuò)散系數(shù)來計(jì)算溶解度；色譜法則是利用色譜技術(shù)分離和測量氣體和液體的組成，從而計(jì)算溶解度。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法進(jìn)行測定。影響因素及實(shí)驗(yàn)測定方法固-固相平衡PART05溫度和壓力對同素異形體轉(zhuǎn)化的影響01高溫高壓有利于穩(wěn)定同素異形體的形成，而低溫低壓則可能導(dǎo)致不穩(wěn)定同素異形體的出現(xiàn)。晶體結(jié)構(gòu)對同素異形體轉(zhuǎn)化的影響02不同晶體結(jié)構(gòu)的同素異形體在能量上存在差異，因此相互轉(zhuǎn)化時(shí)需要克服一定的能壘?；瘜W(xué)環(huán)境對同素異形體轉(zhuǎn)化的影響03某些化學(xué)物質(zhì)可以與同素異形體發(fā)生反應(yīng)，從而改變其穩(wěn)定性或促進(jìn)轉(zhuǎn)化過程。同素異形體間轉(zhuǎn)化條件探討溫度和壓力對多晶型的影響不同的溫度和壓力條件可能導(dǎo)致同一種物質(zhì)形成不同的晶體結(jié)構(gòu)。雜質(zhì)和缺陷對多晶型的影響雜質(zhì)和缺陷可以影響晶體的生長和排列方式，從而導(dǎo)致多晶型的出現(xiàn)。晶體結(jié)構(gòu)多樣性同一種物質(zhì)可以形成多種不同的晶體結(jié)構(gòu)，這是產(chǎn)生多晶型現(xiàn)象的根本原因。多晶型現(xiàn)象產(chǎn)生原因和影響因素實(shí)驗(yàn)測定方法及技術(shù)應(yīng)用通過測量物質(zhì)在加熱或冷卻過程中的熱效應(yīng)來研究其相變過程和相平衡關(guān)系。利用X射線在晶體中的衍射效應(yīng)來研究晶體的結(jié)構(gòu)和相變過程。通過顯微鏡直接觀察物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和形貌來研究其相變過程和相平衡關(guān)系。利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來研究物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和相變過程，預(yù)測其相平衡關(guān)系。熱分析法X射線衍射法顯微鏡觀察法計(jì)算模擬法相平衡在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用PART06

分離提純過程中應(yīng)用舉例蒸餾利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別，使液體混合物部分汽化并隨之使蒸汽部分冷凝，從而實(shí)現(xiàn)其所含組分的分離。萃取利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。結(jié)晶利用混合物中各成分在同一種溶劑里溶解度的不同或在冷熱情況下溶解度顯著差異，而采用結(jié)晶方法加以分離的操作方法。通過相平衡原理控制冶煉條件，如溫度、壓力、氣氛等，使金屬從礦石中還原出來，并達(dá)到所需的純度和性能。金屬冶煉陶瓷材料在制備過程中涉及多相平衡，通過控制原料配比、燒結(jié)溫度和時(shí)間等條件，可以獲得具有特定組成、結(jié)構(gòu)和性能的陶瓷產(chǎn)品。陶瓷制備在高分子合成中，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、壓力、濃度等條件，可以控制聚合反應(yīng)的平衡，從而得到具有所需分子量和性能的高分子材料。高分子合成材料制備過程中應(yīng)用舉例通過相平衡原理，可以實(shí)現(xiàn)廢水中污染物的分離和去除。例如，利用萃取、吸附等方法將廢水中的重金屬離子、有機(jī)物等污染物從水相轉(zhuǎn)移到其他相中，從而達(dá)到凈化廢水的目的。在大氣污染治理中，相平衡原理可用于控制污染物的排放和轉(zhuǎn)化。例如，通過調(diào)節(jié)燃燒條件、采用催化劑等方法，可以降低燃燒過程中產(chǎn)生的有害氣體和顆粒物的排放。土壤修復(fù)涉及土壤中污染物的遷移和轉(zhuǎn)化過程。通過相平衡原理，可以了解污染物