Tải bản đầy đủ

Lý thuyết cân bằng pha trong hệ một cấu tử

CHƯƠNG

5

LÝ THUYẾT
CÂN BẰNG PHA


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. Điều kiện cân bằng pha:
Xét một hệ dị thể bao gồm nhiều cấu tử và nhiều pha nằm cân bằng
với nhau. Hệ sẽ tồn tại cân bằng pha với 3 điều kiện cân bằng sau:
1. Điều kiện cân bằng nhiệt: ở cân bằng, nhiệt độ của tất cả các pha
phải bằng nhau
2. Điều kiện cân bằng cơ học: ở cân bằng, áp suất tác dụng lên tất cả
các pha bằng nhau
3. Điều kiện cân bằng hóa học: ở cân bằng, hóa thế của mỗi cấu tử
trong tất cả các pha phải bằng nhau

2



I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.2. Một số khái niệm:
Pha: là tập hợp những phần đồng thể của một hệ, có cùng thành
phần hóa học và tính chất vật lý, hóa ở mọi điểm. Số pha ký hiệu là f
Hợp phần: là các chất hợp thành hệ, mỗi hợp chất đều có thể tách
khỏi hệ và tồn tại độc lập ngoài hệ. Số hợp phần là tổng số hợp phần, ký
hiệu là r
Số cấu tử: là số tối thiểu hợp phần đủ để tạo ra hệ, ký hiệu là k
-

Số cấu tử là số hợp phần độc lập

-

Nếu nồng độ của một chất được giữ luôn luôn không đổi thì số cấu tử
giảm đi 1
Bậc tự do: là số thông số nhiệt động độc lập đủ để xác định hệ ở

cân bằng. Ký hiệu là c

3


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.3. Quy tắc pha Gibbs:
Quy tắc pha Gibbs là một quy tắc tổng quát nhất áp dụng cho mọi
cân bằng pha, nó cho phép xét định tính các mối quan hệ của những
thông số nhiệt động trong các hệ cân bằng dị thể và từ đó tìm ra các mối
quan hệ định lượng giữa các thông số này
c = tổng thông số trạng thái – tổng phương trình liên hệ
c=k–f+n
Trong đó n là hai thông số bên ngoài quyết định trạng thái của hệ
(thường chọn là áp suất và nhiệt độ). Nên n = 2
Nếu T = const hoặc P = const: c = k – f + 1
Nếu T, P = const

:c=k-f

4



I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Bài tập 1
Tìm số hợp phần, số cấu tử, số pha và độ tự do của các hệ sau:
1. Hơi rượu nguyên chất
2. Benzen lỏng nằm cân bằng với hơi của nó
3. Dung dịch A bão hòa trong B nằm cân bằng với A rắn ở áp suất
không đổi
4. Dung dịch A và B nằm cân bằng với hơi của chúng ở áp suất không
đổi
5. Dung dịch 2 chất tan NaCl và KCl trong nước nằm cân bằng với
muối NaCl rắn ở P = const
6. Dung dịch 2 chất tan NaCl và KCl trong nước nằm cân bằng với 2
muối rắn NaCl và KCl ở P = const

5


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Bài tập 2
Biết 2 kg hỗn hợp phenol – nước với 40% khối lượng phenol bị phân
thành hai pha. Pha thứ nhất chứa 70% khối lượng phenol và pha thứ hai
chứa 8% khối lượng phenol. Xác định khối lượng mỗi pha.

6


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Bài tập 3
Lấy 200 gam hỗn hợp 3 chất lỏng A, B và C. Biết rằng hỗn hợp chứa
20% khối lượng A và khi cân bằng nó tách thành 2 lớp:
-

Lớp thứ nhất có khối lượng 60 gam, chứa 50% A và 20% B

-

Lớp thứ hai có chứa 80% B
Hãy xác định thành phần của các trong cấu tử trong từng lớp

7


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.4. Giản đồ pha:
Giản đồ pha còn được gọi là biểu đồ trạng thái là biểu đồ mô tả sự
phụ thuộc giữa các thông số trạng thái của một hệ nằm trong cân bằng
pha.
Giản đồ pha thường bao gồm các đường, các mặt và các vùng.
-

Các đường dùng để mô tả sự phụ thuộc của 2 thông số nhiệt động

-

Các mặt trong không gian 3 chiều mô tả sự phụ thuộc của 3 thông số
nhiệt động

-

Các vùng trên giản đồ mô tả những hệ có số lượng và dạng các pha
xác định nằm cân bằng nhau. Các vùng thường được phân chia thành
vùng đồng thể và vùng dị thể

8


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.5. Cách biểu diễn trên giản đồ pha:
-

Đối với các thông số nhiệt độ, áp suất hay thể tích: biểu diễn thông
thường trên trục số. Nếu khoảng giá trị quá rộng có thể biểu diễn
chúng dưới dạng nghịch đảo hoặc loragit

-

Biễu diễn thành phần 2 cấu tử: sử dụng phần mol hoặc phần trăm
khối lượng. Để biểu diễn ta dùng một thẳng chia đều 100 phần bằng
nhau. Khi điểm biểu diễn của hệ càng gần phía cầu tử nào thì phần
trăm của nó càng cao.

-

Biểu diễn thành phần 3 cấu tử: sử dụng giản đồ tam giác

9


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
- Khoảng cách từ đỉnh

10

A

100%

tam giác đến cạnh đối diện
thể hiện phần trăm của cấu

80%

tử ở trong hỗn hợp
60%

40%

20%

B

0%

C


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

11

A

Ví dụ : Xác định thành phần của
hỗn hợp M trong đồ thị

M
N
K

B

C


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

12

A

- Một điểm bất kỳ trên
cạnh tam giác biểu diễn
thành phần hỗn hợp 2 cấu tử
đó

B 0%

20%

40%

60%

80%

C

100%


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

A

13

Ví dụ: Xác định thành phần của
hỗn hợp M trong đồ thị
%A =0
%B = 80%
%C = 20%

B

C


14

A

Ví dụ: Xác định thành phần của
các hỗn hợp sau trong đồ thị

M
N
K
L
B

C


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

15

1.6. Các quy tắc của giản đồ pha:
Quy tắc liên tục:
Các đường hoặc các mặt

P

trên giản đồ pha biểu diễn sự
phụ thuộc giữa các thông số
nhiệt động của hệ sẽ liên tục
nếu trong hệ không xảy ra sự
biến đổi chất, sự thay đổi số pha
hoặc dạng các pha.

V


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

16

1.7. Các quy tắc của giản đồ pha:
Quy tắc đường thẳng liên hợp:
Trong điều kiện đẳng nhiệt và

H = H1+ H2

đẳng áp, nếu một hệ được phân
thành 2 hệ con (hoặc tạo thành từ 2

H2

hệ con) thì điểm biểu diễn của 3 hệ
này nằm trên một đường thẳng gọi

H

là đường thẳng liên hợp

H1


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

17

1.7. Các quy tắc của giản đồ pha:
Quy tắc đòn bẫy
Nếu có 3 hệ liên hợp H, H1 và

H = H1+ H2

H2 thì lượng tương đối của chúng
được tính toán theo quy tắc đòn bẫy

Lượng hệ 1
Lượng hệ 2

=

H2

HH2

H

HH1
H1


Ví dụ: Xác định thành phần của

18

A

hỗn hợp H sau khi phối trộn hỗn
hợp M với B nguyên chất theo tỉ
lệ 2:1

M

B

C


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Bài tập 4
Lấy 200 gam hỗn hợp 3 chất lỏng A, B và C. Biết rằng hỗn hợp chứa
20% khối lượng A và khi cân bằng nó tách thành 2 lớp:
-

Lớp thứ nhất có khối lượng 60 gam, chứa 50% A và 20% B

-

Lớp thứ hai có chứa 80% B
Hãy xác định vị trí điểm biểu diễn của lớp thứ nhất, lớp thứ hai và vị

trí của hệ 3 cấu tử trên giản đồ tam giác đều từ đó xác định thành phần
các cấu tử trong mỗi lớp

19


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.7. Các quy tắc của giản đồ pha:
Quy tắc khối tâm
Nếu một hệ gồm n hệ con thì điểm biểu diễn của nó phải nằm ở khối
tâm vật lý của đa giác có đỉnh là các điểm biểu diễn của n hệ con

20


I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

21

Bài tập 5
Một hệ H gồm 3 cấu tử A, B và C có khối lượng là 100 gam. Hệ H
được phân thành 3 pha có các thành phần tương ứng như sau.
%A

%B

%C

Hệ H

40

20

40

Hệ con H1

70

10

20

Hệ con H2

20

60

20

Hệ con H3

20

20

60

Hãy tính khối lượng của từng hệ con


END
END


CHƯƠNG

6

CÂN BẰNG PHA
TRONG HỆ MỘT CẤU TỬ


II. CÂN BẰNG PHA CHO HỆ 1 CẤU TỬ
2.1. Mở đầu
Hệ một cấu tử là hệ chỉ gồm một chất nguyên chất. Cân bằng pha
trong hệ một cấu tử là cân bằng giữa các trạng thái tập hợp của một
chất.
Sự chuyển một chất nguyên chất từ trạng thái tập hợp này sang
trạng thái tập hợp khác gọi là sự chuyển pha của hệ một cấu tử

2


II. CÂN BẰNG PHA CHO HỆ 1 CẤU TỬ
Các quá trình chuyển pha

3


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×