物理化學中Clapeyron 方程應用于理想雙組分氣液平衡體系初探

劉 興 ，賴 華，屈景年

(衡陽師范學院 化學與材料科學學院，湖南 衡陽 421008)

物理化學中Clapeyron 方程應用于理想雙組分氣液平衡體系初探

劉 興 ，賴 華，屈景年

(衡陽師范學院 化學與材料科學學院，湖南 衡陽 421008)

本文以理想多組分體系基本熱力學理論為基礎將原本只適用于單組分兩相平衡體系的Clapeyron 方程推廣到理想二組分氣液平衡體系，這種嘗試對學習、研究(近)理想多組分體系具有重要意義。

物理化學；Clapeyron 方程；理想二組分體系；氣液平衡

1 Clapeyron 方程

Clapeyron 方程是物理化學發(fā)展過程中產(chǎn)生的著名理論，也是物理化學學習中的一個重要方程,其只適用于純物質(zhì)兩相平衡體系，即單組分體系[1-3]。而金明善等[4]將Clausius-Clapeyron 方程用于計算理想溶液中某組分在一定溫度下的飽和蒸氣壓，并用于解題。前面我們[5]也將該方程用來描述理想完全互溶雙液系兩個組分飽和蒸氣壓與溫度的關系，繪制了理論上的理想完全互溶雙液系氣液平衡相圖，與實驗測得的相圖吻合得比較好。

2 推導過程

受此啟發(fā)，我們嘗試將Clapeyron 方程推廣應用于理想雙液系氣液平衡體系(液相是二組分理想液態(tài)混合物)，氣相是理想氣體混合物)，下面給出推導過程。

設理想雙液系由A與B組成，一定條件下達到兩相平衡(用上標“l(fā)”、“g”分別表示氣相、液相)，則A、B在兩相中的化學勢相等：

對 (1)式進行微分，即：

由于

因為

所以，

將 (4)、(5) 及(12)式代入(3)式，得

同理，對 (2)式進行微分,得

將(13)、(14)式相加，即

所以

事實上，對于理想雙液系氣液平衡體系，由于液相是理想溶液，兩個組分的分子大小及作用力情況與液態(tài)純A、B時相同；而對于氣相則是理想氣體混合物，混合氣體中的每種組分與理想氣體A、B單獨存在時性質(zhì)、狀態(tài)完全相同。所以，A、B的蒸汽壓與溫度的關系必然分別服從Clapeyron 方程。

[1] 傅獻彩,沈文霞,姚天揚,等. 物理化學[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社,2006.

[2] 天津大學物理化學教研室. 物理化學[M]. 4版. 北京: 高等教育出版社,2001.

[3] 屈景年. 物理化學[M].北京: 中國人民大學出版社,2009.

[4] 金明善,李文佐,宮寶安 等. Clausius-Clapeyron方程在解題中的應用[J].大學化學,2011,26(2): 79-81.

[5] 劉 興,賴 華,周立君 等. 數(shù)學函數(shù)在物理化學相平衡教學中的應用[J].化學教育,2016,37(20): 24-26.

(本文文獻格式：劉 興 ，賴 華，屈景年.物理化學中Clapeyron 方程應用于理想雙組分氣液平衡體系初探[J].山東化工,2017,46(15):164-165.)

Discuss on the Application of Clapeyron Equation in Ideal Two-Component System with Gas-Liquid Equilibrium

LiuXing,LaiHua,QuJingnian

(College of Chemistry and Material Science,Hengyang Normal University,Hengyang 421008,China)

Based on the basic thermodynamical theories of ideal multi-component system,in this paper,the Clapeyron equation,which is originally applies only to single-component system,is extended to ideal two-component system with gas liquid equilibrium. The present attempt is of great significance to learn and research (near-) ideal multi-component system.

physical chemistry;Clapeyron equation;ideal two-component system;gas-liquid equilibriu

2017-07-10

衡陽師范學院教學改革研究項目(JYKT201512，JYKT201513)

劉 興(1983—)，男，湖南常寧人，博士，講師，從事物理化學教學與研究。

TQ013

A

1008-021X(2017)15-0164-02