二组分液液平衡系统相图

系统由浑浊变清？
水-正丁醇溶解度图
解析：(1) 系统为纯水；其物 系点为e，在20℃下滴加正丁 醇时，物系点沿ea线向a移动， 达a点时，正丁醇在水中达饱 和，稍微过量，系统因出现 了醇层会变浑浊，a点对应的 组成W醇%为7.81%，设加入正 丁醇的量为W醇克，则：
W醇 7.81% W醇 100.0
• l2 的组成向 B 方向移动。
一、部分互溶液体的相互溶解度
如果升温，苯酚在水中的溶解度沿AC 线向上变化，水在苯酚中的溶解度沿 BC线向上变化,彼此的溶解度都增加。 如继续升温，则两层的组成逐渐接近， 最后汇集到C点，此时两层的浓度一样 而成单相溶液； 以C点以上，溶液成单相，自由度
F K 1 2 11 2
实用物理化学
目录图第表二章 相平衡
1 相律和相平衡的基本概念 2 单组分系统相平衡相图 3 二组分固-液平衡系统相图 4 气-液平衡系统相图 35 二组分液-液平衡系统相图 6 三组分平衡系统相图（自学）
第五节 二组分液-液平衡系统相图
【知识与能力目标】 1、理解部分互溶双液体系的相图 2、掌握水蒸气消耗系数及其物理意义
H2O 质量分数
C6H5 NH2
H2O-C6H5 NH2的溶解度图
帽形区内两相共存
一、部分互溶液体的相互溶解度 2.具有最低临界溶解温度
水-三乙基胺的溶解
度图如图所示。
343
323
T/K
在 TB(约为291.2K）以下 303
，两者可以任意比例互溶，
升高温度，互溶度下降，出 TB
B
现分层。
等压 两相
f= C + 1 = 22 + 1 = 1 右图中即为水-酚体系在恒压下的温度-组成图。
一、部分互溶液体的相互溶解度
• 图中ACB曲线以外的区域是单 相区，只有一个液相，自由度： f = C +1 = 2 1 + 1 = 2
（黄色阴影面）
• 在ACB曲线以内的区域是两相区， • 在此区域内有两个相互平衡的
453
两液体完全互溶。 在这两个温度之间只能部分
413
等压
c'
两相
互溶，形成一个完全封闭的溶度曲 373
线，曲线之内是两液相共存区。
Tc
c
单相
特点：在高温或低温下，二组分可以 以任意比例混合而成单一液相，只是 在某一温度区间，二组分部分互溶而 分成共轭双层
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
水 质量分数
第五节 二组分液-液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度 二、部分互溶液体的蒸馏 三、不互溶的液-液系统—水蒸气蒸馏
第五节 二组分液-液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度
当两种液体性质上有明显的不同，体系的行 为比之理想溶液有很大的偏差时，会发生“部分互 溶”的现象，即一液体在另一液体中只有有限的溶 解ห้องสมุดไป่ตู้。
如果继续往此体系中加酚，则两个 液相的组成仍然为 X1 和 X2，但这 两个液相的互比量变化。随着酚的
不断加入，l1 相会减少，l2 相的量
会增加。当总组成为 X 时 ：
• 当体系的总组成为 X2 时，l1 相恰好消失。
• 如果继续加酚至组成为 b 时，则体系中只有一个水在酚 中的不饱和溶液相了。
5
甲醇-环己烷
49.1
29
水-酚
65.9
66
甲醇-二硫化碳 40.5
20
水-苯胺
167.0
15
一、部分互溶液体的相互溶解度
根据两组分的性质及互溶程度可分为四类： 1、具有最高临界溶解温度 2、具有最低临界溶解温度 3、同时具有最高和最低临界溶解温度 4、不具有临界溶解温度
一、部分互溶液体的相互溶解度
(1) 在20℃下往100.0g水中慢慢滴加正丁 醇，当系统开始变浑浊时，加入正丁醇 的量是多少？
(2) 计算正丁醇的加入量为25.0g时，一 对共轭溶液的组成及数量。
(3) 至少应加入多少正丁醇才使水层消失？ (4) 将100g水和25g正丁醇的混合液加热
至80℃时，两共轭溶液的数量比为多少？ (5) 将上述混合物加热，将在什么温度下
（3）相变曲线。
区：帽形区外，溶液为单一液 相，帽形区内，溶液分为两 点相：。临界溶解温度C
临界溶解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。
2020/2/26
常见的部分互溶双液体系的临界溶解温度 及相应的组成表
体系A-B 临界溶解温度(C) 百分组成 WA%
苯胺-己烷
59.6
71.2%<wB<100%
水的酚溶液
62.0%<wB<100% 50.0%<wB<100%
第五节 二组分液-液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度
共轭溶液: T一定时，部分互溶的溶液浓度超过
一定范围，体系分层形成两个液相，当溶解达到 平衡时，这对彼此互相饱和的两个溶液。
◦ ① 酚在水中的饱和溶液； ◦ ② 水在酚中的饱和溶液。
烟碱
水-烟碱的溶解度图
一、部分互溶液体的相互溶解度 （4） 不具有临界溶解温度
一对液体在它们存在的温度范围内，不论以何种比例混 合，一直是彼此部分互溶，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，不具有临界 溶解温度 。
实例解析
实例： 在加压容器内测定、绘制的水-正丁醇溶解度图如 下，试回答下列问题：
2.若某温度时有一组成为 d 的溶液，其状态点在ACB曲 线的外面，故此时只有一 个液相存在。
• 如果将此溶液冷却，则当温度降 低到 50C时，体系的状态点正
好落在ACB曲线的 l1 上，此时体 系即将出现另一液相 l 2；
温度继续降低，共轭溶液的组成会随之变改：
• l1 的组成向 A 方向移动；
例如水(A)－苯酚(B)： 在23.9℃及标准压力下，往水中逐渐加苯酚。
7.5%
0
7.5%
23.9 ℃ 0<wB<7.5%
酚的水溶液
50 ℃ 0<wB<11.5%
65 ℃ 0<wB<18.5%
71.2% 7.5%
71.2% 7.5%
71.2% 7.5%
7.5％<wB<71.2%
共轭溶液
11.5％<wB<62.0% 18.5％<wB<50.0%
7.5%
71.2% 7.5%
71.2% 7.5%
71.2% 7.5%
一、部分互溶液体的相互溶解度
部分互溶液体的温度-组成图 • 根据相律，在温度和压力一定的情
况下，共轭溶液的组成是确定的。 因为这时自由度： f= C + 0 = 22 + 0 = 0 • 而在压力一定的条件下，共轭溶液 的组成将随温度的不同而改变，因 为这时，自由度：
表示在此温度以上，水与苯酚可以任意比例混溶而不分层，则C 点称为临界点，C点所对应的温度称为“最高临界溶解温度” 。
从上述图中可以看出：AC线相当于苯酚在水中的溶解度曲 线，BC线相当于水在苯酚的溶解度曲线
一、部分互溶液体的相互溶解度
水-苯酚系统溶解度图
线：（1）溶解度曲线；
（2）共轭相相点曲线；
W水
W醇
db
da 79.9 20.0 59.9 4.91 20.0 7.81 12.19
水-正丁醇溶解度图
而W水+W醇=125.0(g) 计算可得：W水=103.9(g)， W醇=21.1(g)
(3)向系统继续滴加正丁 醇时，系统的物系点由d 向b移动，共轭溶液的组 成不变，数量比不断变化，
A. 系统在M点是2个部分互溶的液相 B. 系统在N点是2个部分互溶的液相
C. 系统在M点是单一液相，f=1 D. 系统在N点是单一液相，f=2
2．A和B形成部分互溶体系，如图所示。在帽形区外点M和
帽形区内点N，它们的自由度正确的是（ C ）。
A． M=1, N=1
B． M=1, N=2
C． M=2, N=1
或 ：Wl 1 Xl2 Wl 2 Xl1
讨论
1. 在 50C 时，组成为 a 的溶液是酚在水中的不 饱和溶液。
• 如果在恒温度下往此溶液中加酚， 则体系的状态点（物系点） 将沿 a b 线向右移动；
当体系的总组成恰好落在ACB曲线上（即l1）时，体系中即 将出现组成为 X2 的另一液相 l2。
• 连接 l1 和 l2 的线就是“结线”。
• 当体系的总组成（物系点）落在结线上时，体系两相共存。 • 且这两相的互比量（质量比）应遵守杠杆规则。
一、部分互溶液体的相互溶解度 •比如体系的总组成为 X 时，共轭溶液的组成分 别 为 X1 和 X2 ， 而 这 两 个 相的互比量为：
Wl1 l1X Wl2 l2X
【教学重点】 1. 部分互溶双液系统的相图
【教学难点】 1.水蒸气蒸馏原理
第四节 二组分气-液平衡系统相图
一、 拉乌尔定律及理想溶液 二、 气相组成与液相组成 三、 非理想溶液对理想溶液的偏差 四、 蒸馏与精馏原理
第五节 二组分液-液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度
当两种液体的性质差别较大时，可发生部分互 溶的现象，即在某温度范围内，两种液体的相互 溶解度都不大， 只有当一种液体的量很少，另一 种液体的量相对较多时，才能形成均匀的一相， 而在其它配比下，系统将分层而呈两个液相平衡 共存。此时将这两液相称为共轭溶液。
液相存在； • 自由度： f * = C +1 = 2 2 +1 = 1
（曲线ACB）
一、部分互溶液体的相互溶解度
在 50C 时，这两个相互 平衡的液相（即共轭溶液）
为l1 和 l2 ，其组成分别
为 X1 和 X2。
– X1 是酚在水中的饱和溶液组成；
– X2 是水在酚中的饱和溶液的组成。
W醇 8.47（g）
水-正丁醇溶解度图
(2)当正丁醇的加入量为 25.0g时，系统的总组成为：
W醇 %

25.0 25.0 100.0

20%
此时系统的物系点为d，在液-
液两相平衡共存区内，共轭两
液相的相点为a和b，它们的组
成是水层中W醇%=7.81%；醇层 中W醇% =79.9%，由杠杆规则：
由杠杆规则：
W水 W醇 gb/
ga/ 73.5 20.0 4.08 20.0 6.89
(5)继续升温，系统的物系点垂直向
上移动达k点时，醇层消失，系统 由浑浊变清，k点对应的温度是
124.5℃。
水-正丁醇溶解度图
课堂练习
1.二种液体A和B形成部分互溶系统，如图所示。在帽形 区外点M和帽形区内点N，它们的状态正确的是（ B ）
D． M=2, N=2
课堂练习
3.苯酚和水是部分互溶的，在20℃时两共轭 液层的组成分别为含苯酚8.4%和72.2%（质 量百分数）。今有含50%苯酚的样品5kg，求 每一层（中酚层苯含酚酚的：量2.3。5kg，水层含酚：0.146kg）
二、部分互溶液体的蒸馏
两种液体的性质差别较大 时，A-A分子和B-B分子间的 引力必定会比A-B分子间的引 力大得多，所以A、B二组分 溶液的蒸气压曲线上会出现 最高点，而在沸点-组成图上 会出现最低恒沸点。并且在 常温下呈液态部分互溶而分 为两液层。
p 影响不大，通常是T-x图——溶解度曲线
第五节 二组分液-液平衡系统相图
一、部分互溶液体的相互溶解度
例如
在通常温度下将少量的酚加入水中时，开始酚是 完全溶解的。
如果继续往水里加酚，在浓度超过一定数值以后， 就不再溶解。
这时溶液中出现两个液层，这两个液层是部分互 溶的饱和溶液，即：
一、部分互溶液体的相互溶解度
达b点时水层消失，设此 时加入正丁醇量为W醇， 则：
W醇
W醇
100.0

79.9
W醇 397 .（5 g）
水-正丁醇溶解度图
(4)将100.0g水和25.0g正丁醇混合 加热时，系统的物系点由d垂直向 上移动达g点，共轭两液相的相点
为a′和b′。它们的组成是水层 中W醇%=6.89%，醇层中W醇%=73.5%，
1.具有最高临界溶解温度
D点：苯胺在水中的饱和溶解度 E点：水在苯胺中的饱和溶解度
温度升高，互溶程度增加
B点：水与苯胺完全互溶
TB 是最高临界溶解温度
DB线是苯胺在水中的溶解度曲线 EB线是水在苯胺中的溶解度曲线
T/K
453
单相
TB
B 等压
373 A'
An
A"
T1
两相
313 D
C
E
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
单相
TB 以下是单一液相区，
以上是两相区。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
水
质量分数
三乙基胺
水-三乙基胺的溶解度图
一、部分互溶液体的相互溶解度
3.同时具有最高、最低临界溶解温度
水和烟碱的溶解度图：
Tc'在最低临界溶解温度
Tc'
(约334 K)以下和在最高临界
473
T/K
溶解温度 Tc(约481K)以上，