相图及其应用1.pdf

一元系统相图及应用 一、在一元系统相图中应掌握的几个基本内容 1. 相图中点、线、区域的含意 由于在普通物理中已学过水的单元系统相图，这里仅就几个 重要的但容易被忽略的问题讨论一下。 ①三相点 同一物质有时可成气态，有时可成液态，有时可成固态，在固态 中还可能产生相变，这就是说同一物质在不同的温度、压力下可以不同相 状态存在。但是三个相同时共存的只能在唯一的温度和唯一的压强下，这 在 图中表现为一个确定的坐标点。这一点当然也必然是三条平衡曲线的 T-P 交点，此点称为三相点。 1 一元系统相图及应用 对于水的相图大家都较熟悉， 气、液、固三相点其温度为 273.16K，蒸气压是0.610kPa。 由于很接近273.15K，所以有 些初学者往往误认为三相点就 是水的冰点，实际完全不是一 回事。 那么冰点在哪儿呢?有人认 为应是101.325kPa处作 • 1 atm时，温度轴的平行线和固液平衡曲线273.15K的交点K的温度即 为冰点(见图)。但经过仔细研究此点并不是273.15K，而是比273.15K 稍高，那么这点误差是如何引起的呢? 2 一元系统相图 三相点是严格的单组分体系，而通常的水的冰点则是暴露在 101.325 kPa空气中的冰－水两相平衡体系。其中水已被空 气中的其它组分(如CO ,O ,N 等)所饱和，严格地说已不是 2 2 2 单组分体系。由于空气中其它组分溶于水中要使单组分体 系的三相点温度降低0.0024 K。压力从0.610 kPa增大到 101.325 kPa,温度又要降低0.0075 K。于是有： 273.16K-0.0024K-0.0075K≈273.15K 这才是通常说的大气中的冰点。 3 一元系统相图 – 各条平衡曲线的斜率及位置规律 相会于三相点的各单变量平衡曲线的相互排列是：其中 任一个单变量平衡曲线在三相点外的延长部分必须 在其它二曲线之间通过。 我们看一下热力学中学过的克拉贝龙－克劳修斯公式： dp q dT T∆V 4 一元系统相图 各条平衡曲线的斜率及位置规律 克拉贝龙－克劳修斯公式： dp q dT T∆V 根据此公式，我们来讨论一下升华、蒸发、熔融 三条平衡曲线的斜率： 升华：q0，ΔV0， 蒸发：q0，ΔV0， 熔融：q0，ΔV不一定，但其肯定很小 dp dp dp 所以 很大，而q升华q蒸发，则有 dT 熔