二元汽液平衡相图（共沸）

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二元汽液平衡相图（共沸）

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来源

http://www.equilibria.cn/discription/3-cn.html

二元汽液平衡相图是化学工程领域的重要概念，特别是在涉及共沸点的体系中。本文详细介绍了具有最低共沸点和最高共沸点的体系，并通过T-x(y)和x-y相图来说明这些概念。此外，文章还介绍了理想溶液和拉乌尔定律，提供了清晰的理论基础。

图（1）和图（2）分别为T-x（y）和x-y相图，其基本特征和普通二元相图相似，整体由点、线和面构成。与普通相图不同的是，其包含一个共沸点，即在该点汽相和液相对应组成相等，如两个图中的点C。在图（1）中的a线，表示等温等压变组成的一个过程，其从左至右分别经过液相区、泡点线、汽液两相区、露点线、汽相区、露点线、汽液两相区、泡点线、液相区。对于具有共沸点体系，采用普通的分离方法是无法完成组分的提纯的，要借助一些特殊的分离方法。图（1）示出的为具有最低共沸点的体系，即组分混合后形成的共沸点温度低于所有纯组分的沸点；与之对应的还存在具有最高共沸点的体系，即组分混合后形成的共沸点温度高于所有纯组分的沸点。形成共沸点的根本原因是分子间力的相互作用在混合时发生了改变，使其偏离了理想行为，通常以拉乌尔定律来说明。

图（1）图（2）

具有最低共沸点的体系：当两个不同组分混合时，使得在相同的温度下混合溶液上方各组分的蒸汽分压值均高于拉乌尔定律的计算值，产生正偏差，此时混合液中不同分子间的作用力小于同种分子间作用力。该溶液在较低温度下上方的蒸汽压即可达到与外界相等的压力，从而溶液沸腾，使得沸点降低。典型的例子有乙醇-水体系。

具有最高共沸点的体系：当两个不同组分混合时，使得在相同的温度下混合溶液上方各组分的蒸汽分压值均低于拉乌尔定律的计算值，产生负偏差，此时混合液中不同分子间的作用力大于同种分子间作用力。该溶液在较高温度下上方的蒸汽压才可达到与外界相等的压力，使得溶液沸腾，即沸点降低。典型的例子有硝酸-水体系。

理想溶液和拉乌尔定律：

理想溶液是指溶液中不同组分分子之间的作用力完全相等，且混合时无体积效应和热效应，这是一种假设的理想化地溶液，此溶液的汽液平衡关系服从拉乌尔定律。所谓拉乌尔定律，是指在一定的温度条件下混合溶液上方汽相中某一组分的分压等于该温度条件下该纯组分饱和蒸汽压与液相中该组分摩尔分率的乘积，用公式表示为：

$$pi= pioxi$$

其中：