- Trang Chủ
- Hoá học
- Bài giảng Hóa lý 1 - Chương 4: Lý thuyết cân bằng pha - Cân bằng pha trong hệ 1 cấu tử
Xem mẫu
- Chương IV
LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA
CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ
IV.1 Các khái niệm chung
IV.2 Cân bằng pha trong hệ 1 cấu tử
IV.3 Các giản đồ hệ 1 cấu tử : nước, lưu huỳnh
- CÂN BẰNG PHA
Ví dụ thực tế Sự chuyển pha Tên quá
trình
Sấy khô Lỏng Hơi Bay hơi
Đọng sương Hơi Lỏng Ngưng tụ
Băng tan Rắn Lỏng Nóng chảy
Kết tinh Lỏng Rắn Đông đặc
đường từ (Kết tinh)
nước mía
Thăng hoa Iod Rắn Hơi Thăng hoa
05/18/22 607010 Chương 4 2
- IV.1. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
05/18/22 607010 Chương 4 3
- V.1.1. Các khái niệm: pha, hợp phần, cấu tử, bậc tự do
Pha sốố pha
Pha s pha f
f
Pha là toàn bộ phần đồng thể của hệ nằm ở
trạng thái CB có các thông số nhiệt động như
nhau.
Các pha trong hệ được phân chia bởi các bề mặt
phân chia pha.
Nướ Hơi
Nướ c
đá Nước đá
c
Nước Nướ
c
Hệ một pha Hệ hai pha Hệ ba pha
f = 1 f = 2 f = 3
- HHệệ đ đồồng
ng Hệệ d
H dịị th
thểể
thể
thể
Chỉ gồm 1 pha Có nhiều hơn 1 pha
Không có bề mặt Có bề mặt phân chia
phân chia pha pha
Nướ Hơi
Nướ c
đá Nước
c đá
Nướ Nướ
c c
Hệ đồng Hệ dị thể
thể f >1
f = 1
05/18/22 607010 Chương 4 5
- Là các chất hợp thành hệ
Hợợp ph
H p phầần
n
Mỗi hợp phần đều có thể
tách riêng và tồn tại độc
lập ngoài hệ
SSốố h
hợợp ph
p phầần
n r r SSốố c cấấu t
u tửử kk qq
Tổng số các Số tối thiểu Số các phương
hợp phần các hợp phần trình độc lập
trong hệ đủ để tạo ra liên hệ nồng
hệ độ các hợp
phần ở cân
bằng
k = r – q
05/18/22 607010 Chương 4 6
- Ví dụ: 2SO3 (k) = 2 SO2 (k) + O2 (k)
Tính số cấu tử r = 3 2
C SO .CO2
của hệ khi cân q = 1 : K c =
2
2
= const
C SO
bằng: 3
k = r – q = 3 – 1 = 2
r = 3
2
Nếu ban đầu chỉ C SO .CO2
q = 2 :
Kc = = const
2
có khí SO3: C 2
SO3
CSO2= 2CO2
k = r – q = 3 – 2 = 1
05/18/22 607010 Chương 4 7
- Là số tối thiểu những thông số
BBậậc t
c tự do C
ự do C cần thiết để xác định trạng
thái cân bằng của hệ.
C = (thông số trạng thái) – (phương trình liên hệ)
Thông số thành phần: Ci hay xi
Có 2 loại thông số
Thông số bên ngoài: T, P, V …
Ví dụ: Đối với 1 chất khí là khí lý tưởng:
4 thông số trạng thái: T, V, P, n C = 4 – 1 = 3
1 phương trình liên hệ: PV = nRT
05/18/22 607010 Chương 4 8
- IV.1.2. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG PHA VÀ QUY
TẮC PHA GIBBS
Quy luật chung: Các quá trình nhiệt động nói chung
và các quá trình dị thể nói riêng sẽ xảy ra theo hướng
san đều các thông số cường độ.
Xét một hệ dị thể gồm: k cấu tử, phân bố trong f pha.
Khi hệ đạt cân bằng thì sẽ thỏa 3 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG PHA
Cân bằằng nhi
Cân b ng nhiệệt đ
t độộ: : T = T = T = … = Tf
Cân bằằng c
Cân b ng cơ h c:
ơ họọc: P = P = P = … = Pf
Cân bằằng hóa h
Cân b ng hóa họọc:
c: 1
= 1
= 1
= … = 1
f
2
= 2
= 2
= … = 2
f
……
05/18/22 =
607010 Chương 4 = = … = 9
f
- Ví dụ: Trong không khí, xét áp suất riêng phần của hơi
nước trên nước lỏng và nước đá ở các nhiệt độ:
Ở OoC: PH2Olỏng = PH2Orắn = 4,579 mmHg
Hệ đạt cân bằng
Ở – 5oC: PH2Olỏng = 3,158 mmHg
PH2Orắn = 3,008 mmHg
Hệ không cân bằng: nước lỏng chậm đông
sẽ tự chuyển thành nước đá (lỏng rắn)
05/18/22 607010 Chương 4 10
- Nêu ra biểu thức toán để tính bậc tự do của các hệ:
C = (thông số trạng thái) – (phương trình liên
hệ)
Công thức tổng quát:
k : số cấu tử trong hệ
C = k – f + n f : số pha trong hệ
n : số thông số bên ngoài
tác động lên hệ
05/18/22 607010 Chương 4 11
- Thiếết l
Thi t lậập công th
p công thứức c Xét trường hợp có hai thông
số bên ngoài tác động lên
Các điều kiện cân bằng hệ: (T, P) n = 2
pha:
T = T = T = … = Tf
P = P = P = … = Pf Số thông số trạng thái
= = = … = f = (k + 2)f
1 1 1 1 (k+2)
= 2 = 2 = … = 2f dòng
2 Số phương trình liên hệ
…… = (k + 2)(f–1)+ f
k
= k
= k
= … = k
f
C= (k+2)f –(k + 2)(f –1)–f
f thông số
C = k – f + 2
05/18/22 607010 Chương 4 12
- Ví dụ: Xét hệ nước lỏng nguyên chất
k = 1
C = k – f + 2 = 1 – 1 + 2 = 2
f = 1
Ý nghĩa:
Hai thông số nhiệt động độc lập tác động lên hệ là: T, P
T, P
có thể thay đổi tùy ý (trong một giới hạn xác định)
mà hệ vẫn chỉ gồm 1 pha lỏng (hệ vẫn cân bằng).
05/18/22 607010 Chương 4 13
- Ví dụ: Xét hệ nước lỏng nằm cân bằng với hơi
nước
H2O (l) = H2O (h)
k = f = 2 C = k – f + 2 = 1 – 2 + 2 = 1
1;
Ý nghĩa: Hệ là nhất biến.
Để hệ vẫn ở trạng thái cân bằng, khi 1 thông
số thay đổi, thông số còn lại sẽ phải thay đổi
theo liên hệ: T= f(P)
05/18/22 607010 Chương 4 14
- VI.1.3. GIẢN ĐỒ PHA VÀ
CÁC QUY TẮC CỦA GIẢN ĐỒ PHA
Giản đồ pha (giản đồ trạng thái)
là đồ thị mô tả sự phụ thuộc giữa các thông số
trạng thái của một hệ nằm trong cân bằng pha.
Có các dạng: Giản đồ không gian
(PT)
(TV)
(PV)
05/18/22 607010 Chương 4 15
- Có các dạng: giản đồ không gian, (PT), (TV), (PV)
Giản đồ trạng
thái không gian
của H2O
(P
- Giản đồ (PT) của
H2O
(P
- Giản đồ (TV)
của H2O
05/18/22 607010 Chương 4 18
- Giản đồ (PV)
của H2O
05/18/22 607010 Chương 4 19
- Một giản đồ pha bao
gồm:
Các đường: P = f(T), T = f(V), P = f(x) …
mô tả sự phụ thuộc của 2 thông số ở điều
kiện cân bằng pha
Các mặt: P = f(T, V), P = f(T, xi) …
mô tả sự phụ thuộc của 3 thông số ở điều
kiện cân bằng pha
Các vùng:
mô tả các pha trong hệ nằm cân bằng với
nhau
Giản đồ pha là công cụ để nghiên cứu định tính và định
lượng các quá trình chuyển pha, từ đó tính toán các thiết
bị trong dây chuyền công nghệ hóa học.
05/18/22 607010 Chương 4 20
nguon tai.lieu . vn