Bài giảng Hóa lý 1 - Chương 4: Lý thuyết cân bằng pha - Cân bằng pha trong hệ 1 cấu tử

Chia sẻ: AndromedaShun _AndromedaShun | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:47

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hóa lý 1 - Chương 4: Lý thuyết cân bằng pha - Cân bằng pha trong hệ 1 cấu tử cung cấp cho học viên những kiến thức về các khái niệm chung; cân bằng pha trong hệ 1 cấu tử; các giản đồ hệ 1 cấu tử: nước, lưu huỳnh;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa lý 1 - Chương 4: Lý thuyết cân bằng pha - Cân bằng pha trong hệ 1 cấu tử

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