《第6节：二组分液态部分互、完全不互溶系统l-g相图》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6节：二组分液态部分互、完全不互溶系统l-g相图（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6.7 二组分液态部分互溶系统及不互溶系统,部分互溶液体的相互溶解度共轭溶液的饱和蒸气压部分互溶系统的温度-组成图完全不互溶系统的温度-组成图,1. 部分互溶液体的相互溶解度,1. 部分互溶液体的相互溶解度,（1）具有高会溶温度,系统在常温下只能部分互溶，分为两层。,B点温度称为高临界会溶温度（critical consolute temperature）TB 。温度高于TB，水和苯胺可无限混溶。,下层是水中饱和了苯胺，溶解度情况如图中左半支所示；上层是苯胺中饱和了水，溶解度如图中右半支所示。升高温度，彼此的溶解度都增加。到达B点，界面消失，成为单一液相。,1. 部分互溶液体的相互溶解度,帽形
2、区外，溶液为单一液相，帽形区内，溶液分为两相。,会溶温度的高低反映了一对液体间的互溶能力，可以用来选择合适的萃取剂。,在373 K时，两层分别为A和A”，A是苯胺在水中的饱和溶液，A”是水在苯胺中的饱和溶液，这两个溶液称为共轭溶液。曲线DB和EB称为溶解度曲线。,在TB温度（约为291.2K）以下，两者可以任意比例互溶，升高温度，互溶度下降，出现分层。,1. 部分互溶液体的相互溶解度,（2）具有低会溶温度,水-三乙基胺的溶解度图如图所示。,TB 以下是单一液相区，以上是两相区。 TB 为最低会溶温度。,1. 部分互溶液体的相互溶解度,（3）同时具有最高、最低会溶温度,如图所示是水和烟碱的溶解度
3、图。,在最低会溶温度 TC (约334 K)以下和在最高会溶温度TC (约481K)以上，两液体可完全互溶，而在这两个温度之间只能部分互溶。,形成一个完全封闭的溶解度曲线，曲线之内是两液相区。,1. 部分互溶液体的相互溶解度,（4） 不具有会溶温度,乙醚与水组成的双液系，在它们能以液相存在的温度区间内，一直是彼此部分互溶，不具有会溶温度。,共轭溶液的饱和蒸气压: 在真空容器中置入部分互溶的两液体, 在一定温度下达到 气-液-液 三相平衡时的压力.若指定温度(或压力), 三相平衡时, F = CP + 1 = 23 + 1 = 03 个相组成及压力 (或温度) 均有定值.三 相组成的相对大小有气
4、相组成居中和气相组成在侧两种类型:,共轭溶液的饱和蒸气压,1、 xB(l1) xB(g) xB(l2), 在三相共存条件下可发生如下可逆相变:,2、xB(g) xB(l1) xB(l2), 可发生如下可逆相变:,1、气相组成介于两液相组成之间的系统 xB(l1) xB(g) xB(l2),三相线L1GL2 上(除两端点)的系统点所处相平衡状态可表示为:,当系统总组成位于G 点组成时, 两共轭溶液的蒸发使两液相同时消失.,部分互溶系统的温度-组成图,分析相图,共轭溶液沸腾时，气相组成在两液相组成之间，共轭溶液的共沸温度低于两纯组分的沸点。,若所恒定的压力足够大, 使得温度升高至高会溶点以上才可能
5、有蒸气产生, 则相图上液液平衡与气液平衡分离.,例17例19,部分互溶系统的温度-组成图,2、气相组成在侧 xB(g) xB(l1) xB(l2),三相线GL1L2上(除两端点)的系统点所处相平衡状态可表示为:,转变温度: 两共轭溶液之间发生转变的温度.,部分互溶系统的温度-组成图,分析相图,共轭溶液沸腾时，气相组成在两液相组成的同一侧，共轭溶液的共沸温度位于两纯组分的沸点之间.,2、气相组成在一侧,部分互溶系统的温度-组成图,请同学们自己分析，相点位于L1的共轭溶液，温度改变时，相变的情况？,液相部分互溶，有低共沸点,解：系统总组成 wB = 9.6/(9.6+14.4) = 0.40,当t
6、 = t0dt 时, 两液相 l1 和l2 共存,例 A, B二组分液态部分互溶系统的气-液平衡相图如下: (1) 标明各区域中的稳定相； (2) 将14.4kg纯A液体和9.6kg纯B液体混合后加热, 当温度无限接近 t0 时, 有哪几个相平衡共存？各相的质量是多少？当温度刚刚离开 t0 时有哪几个相平衡共存? 各相的质量各是多少？,液相部分互溶，有低共沸点,当t = t0 + dt 时, 液相l1和气相gE共存,例 A, B二组分液态部分互溶系统的气-液平衡相图如下: (1) 标明各区域中的稳定相； (2) 将14.4kg纯A液体和9.6kg纯B液体混合后加热, 当温度无限接近 t0 时,
7、 有哪几个相平衡共存？各相的质量是多少？当温度刚刚离开 t0 时有哪几个相平衡共存? 各相的质量各是多少？,固态部分互溶, 有一转变温度,g(A+B),l1 (A+B)+ g (A+B),l1(A+B)+ l2(A+B),l1(A+B),g(A+B)+l2 (A+B),l2(A+B),(2)系统的总组成 wB = mB / mB =7.2 / ( 10.8 +7.2 ) = 0.4 当 t = t1dt 时, 有两个液相平衡共存.,m(l1)/m(l2) = = ( 0.70 0.4)/( 0.400.21) = 1.58m (l1) + m (l2) = 18 kgm (l2) = 6.98
8、 kg m (l1) = 11.02 kg,例 右图为A, B 二组分气、液平衡系统相图.(1)写出图中各相区的相态及成分;(2)10.8 kgA液体与72kg纯B液体混合物加热,当温度无限接近 t1时, 有哪几个相平衡共存?各相质量是多少?(3)当温度刚刚离开t1 时, 又有哪几相共存? 各相质量是多少?,(3) 当t = t1 + dt 时, 为气、液两相共存, m (l1) / m (总) = m (l1) = ( 0.80 0.4 ) / ( 0.8 0.21 ) 18 kg = 12.2 kg m (G) = ( 1812.2 ) kg =5.8 kg,17,固态部分互溶, 有一转变
9、温度,g(A+B),l1 (A+B)+ g (A+B),l1(A+B)+ l2(A+B),l1(A+B),g(A+B)+l2 (A+B),l2(A+B),(2)系统的总组成 wB = mB / mB =7.2 / ( 10.8 +7.2 ) = 0.4 当 t = t1dt 时, 有两个液相平衡共存.,m(l1)/m(l2) = = ( 0.70 0.4)/( 0.400.21) = 1.58m (l1) + m (l2) = 18 kgm (l2) = 6.98 kg m (l1) = 11.02 kg,(3) 当t = t1 + dt 时, 为气、液两相共存, m (l1) / m (总)
10、 = m (l1) = ( 0.80 0.4 ) / ( 0.8 0.21 ) 18 kg = 12.2 kg m (G) = ( 1812.2 ) kg =5.8 kg,例 右图为A, B 二组分气、液平衡系统相图.(1)写出图中各相区的相态及成分;(2)10.8 kgA液体与7.2kg纯B液体混合物加热,当温度无限接近 t1时, 有哪几个相平衡共存?各相质量是多少?(3)当温度刚刚离开t1 时, 又有哪几相共存? 各相质量是多少?,液相部分互溶, 拉乌尔定律, 亨利定律,例 A和B在液态部分互溶, A和B在100kPa下的沸点分别为 100和120, 该二组分的气, 液平衡相图如图所示,
11、且知C, E, D三个相点的组成分别为xB,C = 0.05, yB,E = 0.60, xB,D = 0.97.(1)试将图中各相区及CED线的相数, 相态及成分, 自由度F; (2)试计算3mol B与7mol A的混合物, 在100kPa, 80达成平衡时气, 液两相各相的物质的量各为多少摩尔？(3)假定平衡相点C 和D 所代表的两个溶液均可视为理想稀溶液. 试计算60时纯A(l)及B(l)的饱和蒸气压及该两溶液中溶质的亨利系数(浓度以摩尔分数表示).,(1),P = 1, g(A+B), F = 2,P = 2 , F=1, l1 (A+B) + l2 (A+B),P = 2, l1
12、(A+B) + g (A+B), F=1,P = 3, lC +gE +lD , F = 0,P = 1, l1(A+B), F = 2,P = 1, l2(A+B), F = 2,P = 2, l2 (A+B) + g (A+B), F=1,(2) 系统点为M, 液相点为L, 气相点为G, 由杠杆规则可求得n(g) = 5.7mol; n(l) = 4.3mol,(3) 溶液C : p*A xA = pyA,E 则 p*A = 42.1kPa; kx,B xB = pyB,E 则 kx,B = 1200 kPa. 溶液D : p*B xB = pyB, E 则 p*B = 61.9kPa;
13、kx,A xA = pyA , E 则 kx,A= 1333 kPa.,4.完全不互溶系统的温度-组成图,不互溶双液系的特点,如果A，B 两种液体彼此互溶程度极小，以致可忽略不计。则A与B共存时，各组分的蒸气压与单独存在时一样，液面上的总蒸气压等于两纯组分饱和蒸气压之和。,当两种液体共存时，不管其相对数量如何，其总蒸气压恒大于任一组分的蒸气压，而沸点则恒低于任一组分的沸点。当p=pamb时，两液体同时沸腾，称共沸点。,通常在水银的表面盖一层水，企图减少汞蒸气，其实是徒劳的。,即：,完全不互溶的两种液体与其蒸气在一定温度下达平衡时, 压力和 3 个相组成都确定( F = C P + 1 = 0
14、):,同样, 在一定压力下, 两互不相溶液体的共沸点也一定, 并且比两纯液体的沸点都低. 水蒸气蒸馏即基于这一点.,完全不互溶系统的温度-组成图,水蒸气蒸馏用来提纯与水不互溶的有机液体.因共沸点较低, 故可避免有机物分解, 并节约能源.所需水蒸气的量可根据馏出相(气相)的组成进行计算.,若G 点组成的系统在共沸点受热蒸发, 两纯液体将同时消失.,三相线L1GL2上(除两端点)的系统点所处相平衡状态可表示为:,完全不互溶系统的温度-组成图,分析相图,水蒸气蒸馏就是利用共沸点低于两纯液体沸点，来分离提纯物质。,二组分气-液相图总结,g,l,l,g,A,B,A,B,液相部分互溶, 液液平衡, 高低会
15、熔点,例 丙三醇(A)间甲苯胺(B)可形成部分互溶二组分系统, 相图如图所示:(1)将30g丙三醇和70g间甲苯胺在20时混合, 系统为_相；(2)上述混合液加热至60, 可建立_相平衡, 各相组成分别为_和_; 各相质量分别为_和_; (3)将系统温度继续升至120, 系统又为_相, 相组成为_.,1,2,wB(l1) = 0.18,wB(l2) = 0.76,10.5g,89.5g,1,wB = 0.70,液相完全不互溶,例 为了将含非挥发性杂质的甲苯提纯, 在86.0kPa压力下用水蒸气蒸馏. 已知:在此压力下该系统的共沸点为80, 80时水的饱和蒸气压为47.3kPa. 试求:(1)气相的组成(含甲苯的摩尔分数);(2)欲蒸出100kg纯甲苯, 需要消耗水蒸气多少千克?,(1) 80时共沸, 气相中,(2)对同温同体积的两种理想气体,
