Схемы изображающие состав чистых веществ: учебник» / ГДЗ к § 04. Чистые вещества и смеси

учебник» / ГДЗ к § 04. Чистые вещества и смеси

Подумай, ответь, выполни…

1. При чтении текста о разделении смесей в тетради составьте схему «Основные способы разделения неоднородных и однородных смесей». Для каждого способа приведите примеры.
2. Даны смеси: а) спирта и воды; б) речного песка и сахара; в) медных и железных опилок; г) воды и бензина. Как разделить эти смеси? Поясните, на каких свойствах компонентов смеси основано их разделение.
3. Можно ли фильтрованием выделить из раствора поваренную соль. Почему?
4. Предложите способ выделения глины из ее смеси с водой.
5. Как, не используя каких-либо приспособлений, можно отделить сливки от молока? Найдите в Интернете определение термина «центрифугирование».

1. При чтении текста о разделении смесей в тетради составьте схему «Основные способы разделения неоднородных и однородных смесей». Для каждого способа приведите примеры.

3. Можно ли фильтрованием выделить из раствора поваренную соль. Почему?

Поваренную соль нельзя выделить из раствора фильтрованием. Раствор соли представляет собой однородную смесь и проходит через фильтр. Поваренную соль можно выделить из раствора выпариванием.

4. Предложите способ выделения глины из ее смеси с водой.

Для выделения глины из ее смеси с водой можно применить способ отстаивания. При отстаивании частицы глины оседают на дно: чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь. В результате отстаивания получают два слоя: верхний слой — вода, нижний слой — глина. Вода отделяется от глины путем ее сливания.

5. Как, не используя каких-либо приспособлений, можно отделить сливки от молока? Найдите в Интернете определение термина «центрифугирование».

Сливки можно отделить от молока путем отстаивания и последующего сливания отстоявшегося молока с помощью делительной воронки.

Цетрифугирование — это процесс разделения неоднородной смеси, содержащей частицы очень малых размеров, которые невозможно отделить отстаиванием или фильтрованием. Смесь помещают в специальный сосуд, который с огромной скоростью вращают в специальном аппарате — центрифуге. В результате более тяжелые частицы оседают на дно сосуда, а легкие оказываются сверху. Центрифугирование основано на действии центробежной силы, которая во много раз превышает силу земного притяжения. Этот процесс применяется, например, при сепарировании молока.

Тестовые задания

 

1. Выберите схемы, изображающие состав чистых веществ.

1) 2) 3) 

 

Ответ: 1) и 3).

 

2. Фильтрованием можно разделить смесь

1) воды и сахара

2) воды и поваренной соли

3) воды и угольной пыли

4) воды и столового уксуса

 

Ответ: 3).

 

3. Смесь порошков железа и серы является

1) гомогенной

2) гетерогенной

 

Ответ: 2).

 

4. Очистить воду от примеси подсолнечного масла можно

1) выпариванием

2) фильтрованием

3) перегонкой

4) отстаиванием

 

Ответ: 4).

 

5. Установите соответствие между смесью и способом ее разделения

1) раствор поваренной соли в воде	А. действие магнитом
2) раствор мела в воде	Б. с помощью делительной воронки
3) смесь железа и серы	В. выпаривание
4) смесь воды и бензина	Г. фильтрование

 

Ответ: 1) В; 2) Г; 3) А; 4) Б.

 

Тестовые задания Рудзитис и Фельдман 8 класс параграф 4

1. Выберите схемы, изображающие состав чистых веществ:

На рисунке под номером 2 мы видим разнородные молекулы, поэтому ответ: 1 и 3.

2. Фильтрованием можно разделить смесь:
1. воды и сахара;
2. воды и поваренной соли
3. воды и угольной пыли
4. воды и столового уксуса.

Что такое фильтрование? Отделение твердых, нерастворимых частиц от раствора. Какое вещество, из списка выше, нерастворимо в воде? Уголь.

Ответ: 3. воды и угольной выли.

3. Смесь порошков железа и серы является:
1) гомогенной;
2) гетерогенной.

Смесь чего? Смесь порошков. Казалось бы она должна быть гомогенной, ведь вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии. НО! По определению, гомогенной, называется смесь, в которой частицы вещества невозможно отличить даже под микроскопом. В данном случае, разницу между железом (темно-серое) и серой (светло-желтая) видно даже невооруженным глазом.

Ответ: 2) гетерогенной.

4. Очистить воду от подсолнечного масла можно:
1) выпариванием;
2) фильтрованием;
3) перегонкой;
4) отстаиванием.

Если хорошенько помучиться, то можно использовать любой из перечисленных. Но самый простой – 4) отстаивание.

5. Установите соответствие между смесью и способом ее разделения:

Мел в воде нерастворим. Остальные указанные смеси, и способы их разделения, были описаны в параграфе, так что в подробности вдаваться не буду.
Ответы: 1) В; 2) Г; 3) А; 4) Б.

1. При чтении текста о разделении смесей в тетради составьте схему «Основные способы разделения однородных и неоднородных смесей». Для каждого способа приведите примеры.

2. Даны смеси: а) спирта и воды; б) речного песка и сахара; в) медных и железных опилок; г) воды и бензина. Как разделить эти смеси? Поясните, на каких свойствах компонентов смеси основано их разделение.

3. Можно ли фильтрованием выделить из раствора поваренную соль? Почему?

4. Предложите способ выделения глины из ее смеси с водой.

5. Как, не используя каких-либо приспособлений, можно отделить сливки от молока? Найдите в Интернете определение термина «центрифугирование».

выберите схемы изображающие состав чистых веществ химия — JSFiddle

Editor layout

Classic Columns Bottom results Right results Tabs (columns) Tabs (rows)

Console

Console in the editor (beta)

Clear console on run

General

Line numbers

Wrap lines

Indent with tabs

Code hinting (autocomplete) (beta)

2 spaces3 spaces4 spaces

DefaultSublime TextEMACS

DefaultBigBiggerJabba

Behavior

Auto-run code

Only auto-run code that validates

Auto-save code (bumps the version)

Auto-close HTML tags

Auto-close brackets

Live code validation

Highlight matching tags

Boilerplates

Show boilerplates bar less often

ГДЗ (ответы) Химия 8 класc Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г., 2019, §4 Чистые вещества и смеси » Крутые решение для вас от GDZ.cool

ГДЗ (ответы) Химия 8 класc Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г., 2019, §4 Чистые вещества и смеси

Разделение неоднородных (гетерогенных) смесей

Разделение однородных (гомогенных) смесей

Задание 4 Предложите способ выделения глины из её смеси с водой.
Отстаиванием. Со временем глина осядет на дно, а затем слить воду.

Задание 5 Как, не используя каких-либо приспособлений, можно отделить сливки от молока?
Отстаиванием. Сливки всплывут на поверхность молока.
Найдите в Интернете определение термина «центрифугирование».
Центрифугирование — разделение неоднородных систем на фракции по плотности при помощи центробежных сил. Центрифугирование осуществляется в аппаратах, называемых центрифугами. Центрифугирование применяется для отделения осадка от раствора, для отделения загрязненных жидкостей, производится также центрифугирование эмульсий (например, сепарирование молока)

ТЕСТ 1
Выберите схемы, изображающие состав чистых веществ.
Ответ: 1), 3)
Чистые вещества состоят из частиц одинакового вида.

ТЕСТ 2
Фильтрованием можно разделить смесь:
1) воды и сахара
2) воды и поваренной соли
3) воды и угольной пыли
4) воды и столового уксуса
Ответ: 3)
Поскольку угольная пыль нерастворима в воде.

ТЕСТ 3
Смесь порошков железа и серы является
1) гомогенной
2) гетерогенной
Ответ: 2)
Невооруженным глазом можна заметить частицы, составляющие смесь.

ТЕСТ 4
Очистить воду от примеси подсолнечного масла можно
1) выпариванием
2) фильтрованием
3) перегонкой
4) отстаиванием
Ответ: 4.
Поскольку подсолнечное масло нерастворимое в воде и имеет отличную от воды  плотность.

ТЕСТ 5
Установите соответствие между смесью и способом её разделения.

Путь кристаллизации — Справочник химика 21

    Выше (стр. 365) уже отмечалось, что твердая фаза, после того как она образовалась путем кристаллизации расплава, может претерпевать дальнейшие изменения. В тех случаях, когда выделившиеся кристаллы индивидуального химического соединения представляют собой неустойчивую модификацию, дальнейшие превращения имеют место после достаточной выдержки при той же температуре. [c.413]

    Молочный сахар, лактоза. Лактоза является единственным сахаром, содержащимся в молоке млекопитающих и в женском молоке ее выделяют из сладких сывороток путем кристаллизации. При действии кислот и ферментов молочный сахар распадается на глюкозу и галактозу. Строение его полностью выяснено остаток галактозы присоединен к молекуле глюкозы в положении 4, и, таким образом, этот дисахарид представляет собой 4-р-галактозидоглюкозу (4-р-Д-галакто-пиранозил-О-глюкозу). Он может быть получен также синтетическим путем  [c.451]

    Путем кристаллизации из воды или из бензол-бутанольной смеси эти нитрогликоли могут быть отделены в виде бесцветных веществ от загрязнений, параформальдегида и одноатомных спиртов. [c.327]

    Разделение продуктов реакции путем кристаллизации аддукта дифенилолпропана с фенолом. С целью [c.131]

    Рассматриваются три различных пути формирования рудных месторождений из магматических расплавов. Одни месторождения образуются путем кристаллизации рудных минералов из магматического расплава при его охлаждении. Образование других месторождений, пневматолитовых, связывают с действием летучих соединений магмы. Третий тип месторождений, так называемый гидротермальный, формируется путем переноса соединений металлов горячими водными растворами. [c.140]

    Схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования и выделения нафталина путем кристаллизации показана на рис. 73 [31, 32]. Гидродеалкилирование осуществляют в присутствии алюмокобальтмолибденового катализатора. Для увеличения механической прочности и стабильности в катализатор вводят около 3 вес. % 5102. Однако, поскольку при этом повышаются крекирующие свойства катализатора, в реакционную зону необходимо подавать водяной пар [30]. [c.305]

    С и имеющую состав 91—93% антрацена. 1—3% фенантрена и 3— 6% карбазола. Как следует из кристаллизационной диаграммы системы (рис. 74), в областях кристаллизации I. III и V можно получить чистые компоненты, а в областях II и IV их получение невозможно. Путем кристаллизации трудно получить чистые вещества. [c.301]

    Линия, показывающая изменение состава жидкой фазы от начала процесса охлаждения расплава до ее исчезновения, называется путем кристаллизации. На рис. 33, а путь кристаллизации при охлаждении расплава М изображается кривой Ма Ь Е. [c.185]

    Наибольшее распространение в промышленности получили методы выделения твердых углеводородов путем кристаллизации их из раствора депарафинированного сырья, а наибольшее распространение в качестве растворителей при депарафинизации нашли кетоны (ацетон, метилэтилкетон) в смеси с ароматическими углеводородами (бензол, толуол). Соотно- [c.223]

    Органические соединения, принадлежащие к различным классам, обладают различной растворимостью. Это обстоятельство используется для очистки и разделения органических веществ путем кристаллизации, в частности дробной кристаллизации, а также при проведении экстракции. [c.24]

    Добавление к чистому веществу второго компонента понижает температуру начала кристаллизации расплава в соответствии с природой системы и ее составом. Причем в первую очередь образуются кристаллы того вещества, содержание которого в системе больше, чем в смеси, называемой эвтектикой. На этом свойстве сплавов основано получение некоторых металлов путем кристаллизации их из расплавов, а также глубокая очистка индивидуальных веществ от примесей — так называемая зонная плавка. [c.196]

    В системах с пологим или 5-образным ходом кривой ликвидуса купол стабильной ликвации отсутствует, но, как правило, обнаруживается купол метастабильной ликвации. Критическая точка К может располагаться вблизи кривой ликвидуса (при очень пологом ликвидусе) или в значительном отдалении от нее (при слабо выраженной пологости кривой ликвидуса) и даже ниже линии солидуса. Все переохлажденные расплавы, пути кристаллизации которых пересекают область метастабильной ликвации, будут сначала расслаиваться на две жидкие фазы при выдерживании их в интервале температур, соответствующих области метастабильной ликвации, и лишь затем выделять твердую фазу. [c.63]

    Чтобы далее проследить за фазовыми изменениями при охлаждении, необходимо построить путь кристаллизации. В данном случае путь кристаллизации означает геометрическое место точек, показывающих изменение состава жидкой фазы при кристаллизации. Поскольку заданный расплав начинает кристаллизоваться с выделением кристаллов А, а компоненты В и С при этом остаются в жидкой фазе, то соотношение между компонентами В и С в жидкой фазе сохраняется постоянным, пока выделяются кристаллы А. Как уже отмечалось, при сохранении постоянства соотношения двух компонентов точка состава будет перемещаться по прямой, исходящей из вершины третьего компонента. Следовательно, состав остаточной жидкой фазы при кристаллизации компонента А будет скользить по продолжению линии Ат в сторону понижения температуры (отрезок тр). Пока путь кристаллизации проходит по полю А, выделяется только одна кристаллическая фаза. По достижении пограничной кривой ВзВ начинается совместное выделение двух кристаллических фаз Л и С, т. е. компонентов, поля кристаллизации которых разделяет данная пограничная кривая. [c.73]

    Е. При температуре тройной эвтектики Е кристаллизация завершается, а путь кристаллизации в точке Е заканчивается с выделением трех твердых фаз А, В к С. Таким образом, температура полного затвердевания расплава будет отвечать температуре той тройной эвтектики, где заканчивается путь кристаллизации. [c.74]

    На рис. 29 показаны также направления путей кристаллизации в полях кристаллизации компонентов В и С. В данной системе все пути кристаллизации заканчиваются в точке тройной эвтектики. [c.74]

    На пограничной линии одновременно выделяются две твердые фазы А и С, кроме того, часть компонента А уже выделилась на участке тр. Состав выделившейся твердой фазы должен лежать иа линии АС, на которой располагаются составы двухкомпонентных смесей Л-ьС. Для нахождения точки состава твердой фазы нужно соединить точки составов исходной фазы (т) и полученной жидкой и продлить прямую до пересечения со стороной треугольника АС. Поэтому, если состав полученной жидкой фазы отвечает точке I (точка пересечения заданной изотермы с участком пограничной кривой, по которому идет путь кристаллизации), то, соединив точку / с т и продолжив линию до стороны АС, найдем точку /, характеризующую состав твердой фазы к моменту прихода пути кристаллизации в точку I. Соотношение между твердой и жидкой фазами определится как А + С) ж.ф. = /т т/. [c.75]

    Следует подчеркнуть, что точка / соответствует суммарному составу твердой фазы, выделяющейся на всем участке пути кристаллизации от точки т по линиям тр и р1. Если необходимо выяснить состав твердой фазы, выделяющейся только в данный момент кристаллизации, отвечающей изотерме точки I, то для этого нужно провести касательную к пограничной кривой в точке I и продолжить ее до пересечения со стороной АС. [c.75]

    К моменту прихода пути кристаллизации в точку тройной эвтектики в системе до начала кристаллизации эвтектики будут сосуществовать две твердые фазы Л и С и жидкость состава Е. Соотношение между фазами определится как (А+С) ж.ф. = Ет т и А = g А. На конечном этапе кристаллизации жидкость состава Е закристаллизуется с одновременным выделением трех твердых фаз А, С и В. [c.76]

    Пути кристаллизации расплавов, составы которых лежат в полях кристаллизации А. В и С (см. рис. 30), будут исходить из соответствующих вершин треугольника. Составы, попадающие в поле [c.77]

    Рассмотрим более подробно пути кристаллизации отдельных расплавов в системе, точки составов которых лежат в поле кристаллизации компонента А (рис. 33). [c.79]

    Некоторые исследователи использовали для своих работ ди-стилляционные колонки и получали неплохие результаты. При помощи дистилляции Форти выделил фракцию, в которой концентрировался циклогексан. ХороЛий образец циклогексана затем был получен путем кристаллизации. Температура замерзания выделенного циклогексана была 4-4,7° С (для сравнения можно указать, что температура замерзания чистого циклогексана +6,5° С). [c.12]

    Незначительные изменения давления практически не влияют на состояние системы, поэтому, применяя правило фаз и определяя условную ва-риантность системы, можно пользоваться соотношением Сусл = К—Ф + 1. Так, жидкий расплав (одна фаза) является системой условно двухвариантной (Сусл = 2). Состав расплава и его температуру можно изменять независимо (в соответствующих пределах). Пусть сплав, содержащий 17 вес.% (10 атомн.%) свинца, находится первоначально при температуре более высокой, чем температура плавления олова, например в состоянии, изображаемом точкой А. Охлаждение его показано на нашей диаграмме вертикальной прямой АВ, причем при температуре 232°С в состоянии расплава не произойдет каких-либо изменений, и лишь когда температура понизится до 208° С, из жидкого расплава начнут выделяться кристаллы олова с небольшим (около 2%) содержанием растворенного в нем свинца. Система становится двухфазной и, следовательно, условно одновариантной (Су(.,л=1). При дальнейшем охлаждении будет продолжаться выделение твердого раствора р, вследствие чего остающийся жидкий расплав становится богаче свинцом, и по мере повышения его процентного содержания температура выделения твердого раствора понижается. Состояния двухфазной системы представляются точками прямой ВС,, а состояния жидкого расплава — соответствующими точками кривой ВЭ, как показано стрелками. Процесс будет протекать, пока температура не понизится до эвтектической температуры, при которой начнут выделяться и кристаллы свинца, содержащие 19,5% растворенного в них олова. Система станет таким образом трехфазной и, следовательно, условно безвариантной (С усл = 0). Температура будет оставаться постоянной, пока не отвердеет весь расплав. Таким образом, процесс отвердевания сплава происходит не при одной температуре, а в некотором температурном интервале — от температуры начала кристаллизации до эвтектической. Для сплавов любого состава в этой системе эвтектическая температура (183,3° С) является температурой, при которой происходит окончательное отвердевание расплава. В диаграмме рис. 117 линия солидуса в центральной части диаграммы представляется изотермой 183,3° С, а в обеих областях более разбавленных растворов — кривыми, соединяющими эту изотерму с точками, отвечающими температурам плавления чистых компонентов. Линия ВЭ, изображающая изменение состава жидкой фазы в процессе кристаллизации, носит название пути кристаллизации. [c.341]

    По своей ценности в качестве исходных веществ для органи-ческогэ сннтеза ароматические углеводороды занимают второе место после олефинов. Из веществ, получаемых из ископаемого сырья, наибольшее значение имеют бензол и ксилолы, производство которых в США достигает соответственно 5,5 и 2,5 млн. т в год. Меньше используются нафталин, толуол, исевдокумол и ду-рол, из которых последние два вещества частично получают и синтетическим путем. Некоторые их свойства приведены в табл. 6. Температуры кипения изомерных ксилолов очень близки, и их можно разделить только частично и то лишь очень четкой ректификацией (это относится и к изомерным три- и тетраметилбензо-лам). п-Ксилол и дурол плавятся выше других изомеров, что исиользуют для их выделения из смесей путем кристаллизации. Этот же HiD 06 применяют для выделения нафталина. [c.59]

    С. В этом температурном п-зтилтолуола 74% от его потенциального содержания в сырье. Экспериментальные работы, проведенные по кристаллизации зтилтолуольной фракции примерно при —105 С, позволили выделить в результате однократной кристаллизации п-этилтолуол, содержащий около 85% основного вещества. Для получения чистого изомера продукт, полученный на I ступени, повторно кристаллизовали. Маточный раствор И ступени кристаллизации был возвращен в сырье I ступени, что обеспечивало близкий к расчетному общий отбор целевого продукта. Выделенный п-зтилтолуол имел следующую характеристику чистота 98 мол. %, температура кристаллизации —62,9 °С, температура кипения 162,1°С. Следовательно, п-зтилтолуол можно выделить путем кристаллизации. Однако низкие температуры охлаждения обусловливают малую экономическую эффективность процесса. [c.215]

    Для введения в молекулу 2-нафтола одной сульфогруппы хлорсульфоновая кислота как сульфирующий агент сходна с серной при комнатной температуре [651а, 655] она дает 1-сульфокислоту, а при 130° в тетрахлорэтановом растворе [655а] — 6-изомер. В том же растворителе с серным ангидридом [656] в присутствии борной кислоты образуется 1-сульфокислота. Запатентовано [657] также применение для этой реакции нитробензола в качестве растворителя при температуре ниже 16°. При выборе [658] различных технических методов производства 1-сульфокислоты предпочтение отдают сульфированию серной кислотой, и удалению продукта из реакционной зоны путем кристаллизации. При этом достигается выход сульфокислоты в 80% [659]. [c.102]

    Рассмотрим путь кристаллизации расплава, состояние которого характеризуется точкой а. При температуре 1 однофазный расплав распадается на две фазы жидкую состава 1 и твердый раствор состава 51. Составы фаз, находящихся в равновесии, определяются точками пересечения соответствующей конноды с линиями ликвидуса (/]) и солидуса ( 1). [c.67]

    Итак, чтобы построить путь кристаллизации расплава трехкомпонентной смеси, нужно найти положение точки заданного состава на диаграмме, соединить ее с точкой состава того компонента, в поле кристаллизации которого лежит заданная точка (в данном случае с вершиной треугольника), и продолжить полученную прямую до пересечения с первой пограничной кривой. Далее путь кристаллизации пойдет по пограничной кривой в сторону понижения температур к тройной эвтектике (или в общем случае в тройной точке системы, о чем будет сказано ниже). В точке тройной эвтектики путь кристаллизации всегда заканчивается. [c.74]

    Правило рычага, выведенное для двухкомпонентной системы, остается действительным и для трехкомпонентной системы. Оно позволяет определять соотношение между фазами в любой момент кристаллизации. Однако для количественных расчетов нужно уметь определять составы фаз в любой точке пути кристаллизации. Для этого используют известное правило, согласно которому составы полученных фаз всегда располагаются по обе стороны от точки состава исходной фазы и все эти составы лежат на одной прямой. [c.74]

    ПОЛЯХ с и АтВп могут попасть на пограничную кривую Е Е2 слева от точки температурного максимума или справа от нее. Двигаясь далее в сторону понижения температуры, пути кристаллизации придут соответственно в точку Еу либо Е . [c.77]

    Этот же процесс идет и на пограничной кривой ид. Если путь кристаллизации расплава попадет на пограничную кривую иО, то будет происходить не одновременное выделение кристаллов А и АгпВп, а растворение кристаллов А и образование АтВп- В этом отношении пограничная кривая иО резко отличается от рассмотренных ранее. В связи с этим пограничные кривые делятся на два типа конгруэнтные, вдоль которых при охлаждении одновременно выделяются две твердые фазы, и инконгруэнтные, вдоль которых протекает химическая реакция между ранее выделившимися кристаллами и остаточной жидкой фазой с образованием нового вещества. Однако независимо от типа на пограничной кривой всегда будут в равновесии с жидкостью две твердые фазы. Направление [c.78]

    В поле кристаллизации АтВп пути кристаллизации пойдут по прямым, соединяющим заданные составы с точкой состава соединения А,пВп. В соответствии с направлением их вторичной кристаллической фазой будут кристаллы В или С, а конечными продуктами кристаллизации — В, С и АтВп- [c.79]

Фазовые диаграммы для чистых веществ

На этой странице объясняется, как интерпретировать фазовые диаграммы для простых чистых веществ, включая рассмотрение особых случаев фазовых диаграмм воды и углекислого газа.

Основная фазовая диаграмма

В простейшем случае фаза может быть просто другим термином для твердого тела, жидкости или газа. Если у вас есть лед, плавающий в воде, у вас есть твердая фаза и жидкая фаза. Если над смесью находится воздух, то это другая фаза.Но этот термин можно использовать и в более широком смысле. Например, нефть, плавающая на воде, также состоит из двух фаз — в данном случае двух жидких фаз. Если масло и вода содержатся в ведре, то твердое ведро — это еще одна фаза. Фактически, может быть более одной твердой фазы, если ручка прикреплена к ведру отдельно, а не отформована как часть ведра.

Вы можете распознать присутствие различных фаз, потому что между ними существует очевидная граница — например, граница между твердым льдом и жидкой водой или граница между двумя жидкостями.Фазовая диаграмма позволяет точно определить, какие фазы присутствуют при любой заданной температуре и давлении. В случаях, которые мы рассмотрим на этой странице, фазы будут просто твердым, жидким или парообразным (газовым) состоянием чистого вещества. Это фазовая диаграмма для типичного чистого вещества.

Эти диаграммы (включая эту) почти всегда сильно искажены, чтобы легче было увидеть, что происходит. Обычно есть два основных искажения.Мы обсудим их, когда они станут актуальными. Если вы посмотрите на диаграмму, вы увидите, что есть три линии, три области, отмеченные «твердое тело», «жидкость» и «пар», и две специальные точки, отмеченные буквами «C» и «T».

Три области

Это просто! Предположим, у вас есть чистое вещество при трех различных наборах условий температуры и давления, соответствующих 1, 2 и 3 на следующей диаграмме.

В наборе условий 1 на диаграмме вещество будет твердым, потому что оно попадает в эту область фазовой диаграммы.На 2 это будет жидкость; а в точке 3 это будет пар (газ).

Фазовые переходы

Переход из твердого состояния в жидкое при изменении температуры

Предположим, у вас есть твердое тело, и вы увеличили температуру, сохраняя постоянное давление, как показано на следующей диаграмме. Когда температура повышается до точки, где она пересекает линию, твердое вещество превращается в жидкость. Другими словами, он тает.

Если вы повторите это при более высоком фиксированном давлении, температура плавления будет выше, потому что линия между твердой и жидкой областями немного наклонена вперед.

Так что же на самом деле представляет собой эта линия, разделяющая твердую и жидкую области диаграммы?

Просто показывает влияние давления на температуру плавления. В любом месте на этой линии существует равновесие между твердым телом и жидкостью. Вы можете применить принцип Ле Шателье к этому равновесию, как если бы это было химическое равновесие. Если вы увеличите давление, равновесие будет двигаться таким образом, чтобы противодействовать только что сделанному вами изменению.

Если он превратится из жидкости в твердое тело, давление снова будет уменьшаться, потому что твердое тело занимает немного меньше места для большинства веществ.Это означает, что увеличение давления на равновесную смесь твердого вещества и жидкости при ее исходной температуре плавления снова превратит смесь в твердое вещество. Другими словами, он больше не будет плавиться при этой температуре.

Чтобы он расплавился при более высоком давлении, вам придется немного повысить температуру. Повышение давления повышает температуру плавления большинства твердых веществ. Вот почему для большинства веществ линия точки плавления наклонена вперед.

Переход от твердого тела к жидкости путем изменения давления

Вы также можете поэкспериментировать с этим, посмотрев, что произойдет, если вы уменьшите давление на твердое тело при постоянной температуре.

Переход от жидкости к пару

Таким же образом вы можете сделать это, изменив температуру или давление.

Жидкость превратится в пар — она ​​закипит — когда пересечет границу между двумя областями. Если вы меняете температуру, вы можете легко определить температуру кипения по фазовой диаграмме. На диаграмме выше это температура, при которой красная стрелка пересекает граничную линию.

Итак, опять же, каково значение этой линии, разделяющей две области? В любом месте на этой линии будет наблюдаться равновесие между жидкостью и паром. Линию легче всего увидеть как эффект давления на точку кипения жидкости. Чем выше давление, тем выше и температура кипения.

Критическая точка

Как вы могли заметить, эта кривая равновесия жидкость-пар имеет верхний предел (обозначенный как C на фазовой диаграмме), который известен как критическая точка .Соответствующие им температура и давление известны как критическая температура и критическое давление. Если вы увеличите давление на газ (пар) при температуре ниже критической, вы в конечном итоге пересечете линию равновесия жидкость-пар, и пар будет конденсироваться с образованием жидкости.

Это работает нормально, пока температура газа ниже критической. А что, если ваша температура была выше критической? Не было бы никакой линии, которую можно было бы пересечь! Это связано с тем, что при температуре выше критической невозможно конденсировать газ в жидкость, просто увеличивая давление.Все, что вы получаете, — это сильно сжатый газ. У частиц слишком много энергии, чтобы межмолекулярное притяжение удерживало их вместе как жидкость. Очевидно, что критическая температура варьируется от вещества к веществу и зависит от силы притяжения между частицами. Чем сильнее межмолекулярное притяжение, тем выше критическая температура.

Переход от твердого тела к пару

Осталась только одна линия на фазовой диаграмме. Это линия в нижнем левом углу между твердой и паровой областями.Эта линия представляет собой равновесие твердое тело-пар. Если бы условия температуры и давления попадали точно на эту линию, твердое тело и пар находились бы в равновесии друг с другом — твердое вещество сублимировалось бы. (Сублимация — это переход непосредственно из твердого состояния в пар или наоборот без прохождения жидкой фазы.)

Еще раз, вы можете пересечь эту линию, либо увеличив температуру твердого тела, либо уменьшив давление. На диаграмме показан эффект увеличения температуры твердого тела при (возможно, очень низком) постоянном давлении.Очевидно, что давление должно быть достаточно низким, чтобы жидкость не могла образоваться — другими словами, оно должно быть ниже точки, обозначенной как T .

Вы можете прочитать температуру сублимации по диаграмме. Это будет температура, при которой линия пересечена.

Тройная точка

Точка T на схеме называется тройной точкой. Если вы думаете о трех линиях, которые встречаются в этой точке, они представляют собой условия:

• равновесие твердое тело-жидкость
• Равновесие жидкость-пар
• Равновесие твердое тело-пар

Там, где встречаются все три линии, у вас должна быть уникальная комбинация температуры и давления, при которой все три фазы находятся в равновесии вместе.Вот почему это называется тройной точкой.

Если вы контролировали условия температуры и давления, чтобы попасть в эту точку, вы бы увидели равновесие, которое включало плавление и сублимацию твердого вещества, а также жидкость в контакте с ним, кипящую с образованием пара — и все происходящие обратные изменения. также. Если вы поддерживаете температуру и давление на этих значениях и держите систему закрытой, чтобы ничто не выходило, то так и останется.

Нормальные температуры плавления и кипения

Нормальные точки плавления и кипения — это температуры при давлении 1 атмосфера.Их можно найти на фазовой диаграмме, проведя линию поперек при давлении в 1 атмосферу.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): фазовая диаграмма для воды

Есть только одно отличие между этой и фазовой диаграммой, которую мы рассматривали до сих пор. Линия равновесия твердое тело-жидкость (линия точки плавления) наклоняется назад, а не вперед.

В случае воды точка плавления понижается при более высоком давлении. Почему?

Если у вас есть это равновесие и вы увеличиваете давление на него, согласно принципу Ле Шателье, равновесие переместится, чтобы снова понизить давление.Это означает, что он переместится в сторону с меньшим объемом. Производится жидкая вода. Чтобы жидкая вода снова замерзла при более высоком давлении, вам придется снизить температуру. Более высокое давление означает более низкие температуры плавления (замерзания).

Теперь давайте поместим числа на диаграмму, чтобы показать точное положение критической точки и тройной точки для воды.

Обратите внимание, что тройная точка для воды возникает при очень низком давлении. Также обратите внимание, что критическая температура составляет 374 ° C.Было бы невозможно превратить воду из газа в жидкость, сжав ее выше этой температуры. Нормальные точки плавления и кипения воды находятся точно так же, как мы уже обсуждали — наблюдая, где линия давления в 1 атмосферу пересекает линии равновесия твердое тело-жидкость, а затем линии равновесия жидкость-пар.

И последний пример использования этой диаграммы. Представьте, что давление в жидкой воде снижается по линии на диаграмме ниже.

Фазовая диаграмма показывает, что вода сначала замерзнет, ​​образуя лед, когда она войдет в твердую область.Когда давление упадет достаточно низко, лед возвысится, образуя водяной пар. Другими словами, переход происходит от жидкого состояния к твердому и парообразному.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): фазовая диаграмма для двуокиси углерода

Единственная особенность этой фазовой диаграммы — это положение тройной точки, которая намного выше атмосферного давления. Невозможно получить жидкую двуокись углерода при давлении ниже 5,11 атмосфер.

Это означает, что при давлении в 1 атмосферу углекислый газ будет возгоняться при температуре -78 ° C.Это причина того, что твердый диоксид углерода часто называют «сухим льдом». Вы не можете получить жидкий углекислый газ при нормальных условиях — только твердый или парообразный.

Авторы и авторство

открытых учебников | Сиявула

Математика

Наука

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 7A

      • Марка 7Б

      • 7 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 7А

      • Граад 7Б

      • Граад 7 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 8A

      • Сорт 8Б

      • 8 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 8А

      • Граад 8Б

      • Граад 8 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 9А

      • Марка 9Б

      • 9 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 9А

      • Граад 9Б

      • Граад 9 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 4A

      • Класс 4Б

      • Класс 4 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 4А

      • Граад 4Б

      • Граад 4 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 5A

      • Марка 5Б

      • Оценка 5 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 5А

      • Граад 5Б

      • Граад 5 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 6А

      • Марка 6Б

      • 6 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 6А

      • Граад 6Б

      • Граад 6 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

Наша книга лицензионная

Эти книги не просто бесплатные, они также имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (брендированные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий.Вы можете делать ксерокопии, распечатывать и распространять их сколько угодно раз. Вы можете скачать их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственное ограничение заключается в том, что вы не можете адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки каким-либо образом, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, спонсорские логотипы и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (безымянные версии)

Эти небрендированные версии одного и того же контента доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, трансформировать, модифицировать или дополнять их любым способом, с единственным требованием — дать соответствующую оценку Siyavula. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Фазовые диаграммы чистых веществ

Элементный состав чистых веществ

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC 901 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Как смеси и чистые вещества похожи

Смеси и чистые вещества похожи, потому что смеси состоят из двух или более чистых веществ. Это означает, что там, где чистые вещества обладают одним набором свойств, смеси могут иметь два или более набора одинаковых свойств на основе чистых веществ, составляющих смесь.В то же время чистое вещество также может быть смесью двух разных состояний.

Смеси могут быть однородными, что означает, что все части смеси имеют одинаковые свойства, или гетерогенными, что означает, что разные части имеют разные свойства. В обоих случаях смеси отличаются от чистых веществ, потому что компоненты смеси могут быть разделены и потому что процентное содержание каждого компонента в смеси может варьироваться.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Смеси похожи на чистые вещества, потому что они либо гомогенные, либо гетерогенные комбинации двух или более чистых веществ.Подобно чистым веществам, смеси имеют четко определенные свойства, такие как температура кипения, вес и цвет, но, в отличие от чистых веществ, они могут быть разделены на компоненты, и их процентный состав может варьироваться.

Общие свойства

Как смеси, так и чистые вещества имеют вес, объем и цвет, а твердые вещества также имеют форму, твердость или текстуру. Чистые вещества и смеси имеют точки кипения и затвердевания, хотя смеси могут иметь несколько точек, отражающих смешанные вместе чистые вещества.

Особые случаи смесей, которые также являются чистыми веществами, представляют собой гетерогенные смеси чистого вещества, существующие в двух различных состояниях. Например, смесь колотого льда и воды является гетерогенной смесью, потому что она имеет разные свойства в зависимости от того, измеряются ли свойства куска льда или жидкой воды. Это также чистое вещество, потому что и лед, и вода представляют собой единое чистое соединение.

И смеси, и чистые вещества обладают такими химическими свойствами, как воспламеняемость, токсичность, теплота сгорания и реакционная способность с другими веществами.Чистые вещества и гомогенные смеси имеют одинаковые химические свойства во всем веществе или смеси, в то время как химические свойства гетерогенных смесей могут различаться в разных частях смеси.

Разные свойства

Смеси и чистые вещества различаются в том, что касается их разделения. Чистые вещества не могут быть разделены на какие-либо другие вещества, в то время как смеси всегда можно разделить на два или более чистых вещества физическими средствами. Такие физические методы включают дистилляцию для отделения двух жидкостей или жидкости от твердого вещества, фильтрацию для удаления твердых частиц из жидкостей, центрифугирование для разделения материалов разного веса и декантирование для отделения жидкости от тяжелого твердого вещества.

Еще одно различие между смесями и чистыми веществами состоит в том, что химический состав чистого вещества всегда одинаков. Это может быть элемент, состоящий из отдельных атомов, или соединение, состоящее из молекул, которые объединяют несколько разных атомов. В любом случае процентное содержание каждого элемента в соединении фиксировано.

Смеси не имеют фиксированного состава. Являются ли они однородными или гетерогенными смесями, их состав может изменяться произвольно. Например, соленая вода — это раствор, представляющий собой однородную смесь соли и воды.Количество соли в воде может очень существенно. Масло и уксус образуют гетерогенную смесь, и любое количество масла можно смешать с любым количеством уксуса.

Хотя это возможное изменение является ключевой особенностью смесей и отличает их от чистых веществ, тот факт, что смеси состоят из чистых веществ, остается основным основанием для их сходства.

Изменение фазы, свойства (обновлено 20.09.09)

Глава 2: Чистые вещества

a) Изменение фазы, таблицы свойств и диаграммы

В этой главе мы рассматриваем значения свойств и отношения чистого вещества (например, воды), которые могут существовать в три фазы — твердая, жидкая и газовая.Мы не будем рассматривать твердые фаза в этом курсе.

Чтобы ввести довольно сложный фазовый переход взаимодействия, которые происходят в чистых веществах, мы считаем экспериментом в котором у нас есть жидкая вода в поршневом цилиндре при 20 ° C и давление 100 кПа. Цилиндр нагревается, пока давление поддерживается постоянным до тех пор, пока температура не достигнет 300 ° C, как показано на следующей диаграмме T-v (температура в зависимости от удельной объем):

Из состояния (1) в состояние (2) вода сохраняет свой жидкой фазы и удельный объем очень незначительно увеличивается до тех пор, пока температура приближается к 100 ° C (Состояние (2) — Насыщенный Жидкость ).По мере добавления большего количества тепла вода постепенно меняет фазу с жидкой на водяной пар (пар) при поддержании температуры на уровне 100 ° C ( Насыщение Температура — Т _сб ) пока в цилиндре не останется жидкости (Состояние (4) — Насыщенный пар ). Если нагрев продолжается, температура водяного пара увеличивается (T> T _sat ) и сказано быть в Superheated (Состояние (5)).

Обратите внимание, что во время всего этого процесса объем воды увеличился более чем на три порядка, что потребовало использования логарифмической шкалы для конкретных ось объема.

Теперь мы рассмотрим повторение этого эксперимента в различных давления, как показано на следующей диаграмме T-v :

Обратите внимание, что по мере увеличения приложенного давления область между насыщенной жидкостью и насыщенным паром уменьшается пока мы не достигнем Critical Точка , выше которой нет четкого различие между жидким и паровым состояниями.

Обычной практикой является соединение локусов насыщенных точки жидкости и насыщенного пара, как показано на диаграмме T-v ниже.

Линии насыщения определяют интересующие области как показано на диаграмме, будучи сжатым Жидкость регион, качество область, заключенная в насыщенность линий, и Superheat регион (который также включает Транскритический область) справа от линии насыщенного пара и выше критической точки. Мы будем использовать свойство Таблицы , связанные с регионами в чтобы оценить различные свойства.Обратите внимание, что у нас есть предоставлены таблицы свойств пара, хладагента R134a и углерода. Диоксид, которому, по нашему мнению, суждено стать будущим хладагент общего назначения.

Область качества

Качество Область (также называемая насыщенной Область смеси жидкость-пар ) заключен между линией насыщенной жидкости и насыщенным паром линии, и в любой точке в этой области качество смеси (также называемый коэффициентом сухости) определяется как масса пар, деленный на общую массу жидкости, как показано на следующая диаграмма:

Обратите внимание, что свойства, относящиеся к насыщенному жидкости имеют индекс f, а те, которые относятся к насыщенному пара имеет индекс g.Для оценки качества рассмотрите объем V, содержащий массу m насыщенной парожидкостной смеси.

Уведомление от steam таблицы свойств , которые у нас также есть включены три новых свойства: внутренняя энергия u [кДж / кг], энтальпия h [кДж / кг] и энтропия s [кДж / кг.K], все из которых будут определены как понадобится в будущих разделах. На этом этапе отметим, что 3 уравнения Соотношение качества и удельного объема также можно оценить с точки зрения из этих трех дополнительных свойств.

Схема

Вышеупомянутое обсуждение проводилось для модели T-v . диаграмму, однако вспомните из главы 1, когда мы определили состояние Постулируйте, что можно использовать любые два независимых интенсивных свойства. для полного определения всех других свойств интенсивного состояния. это часто выгодно использовать диаграмму P-v с температурой как параметр как на следующей диаграмме:

Обратите внимание, что из-за чрезвычайно большого диапазона интересующие значения давления и удельного объема, это может быть только сделано на бревенчатом участке.Это крайне неудобно, поэтому как Диаграммы T-v и P-v обычно не отображаются шкала, однако набросаны только для того, чтобы помочь определить проблему, который затем решается в терминах паровых таблиц. Такой подход проиллюстрировано следующими решенными задачами.

Решенная задача 2.1 — Два килограммы воды при температуре 25 ° C помещаются в поршневой цилиндр. при давлении 100 кПа, как показано на диаграмме (Состояние (1)). Тепло добавлен в воду при постоянном давлении, пока поршень не достигнет останавливается при общей громкости 0.4 м ³ (гос (2)). Затем добавляется больше тепла при постоянном объеме. пока температура воды не достигнет 300 ° C (Состояние (3)). Определите (а) качество жидкости и массу пара при состояние (2) и (b) давление жидкости в состоянии (3).

Шаг 1: Всегда составить полную схему состояний и процессов проблему и включите всю необходимую информацию в диаграмму. В этом случае есть три состояния и два процесса (постоянный давление и постоянный объем).

Шаг 2: В случае замкнутой системы с жидкостью фазового перехода, всегда эскиз Т_в или P_v схема индикации все соответствующие состояния и процессы на диаграмме. Как уже упоминалось диаграмма выше не будет нарисована в масштабе, но поможет определить проблему и подход к ее решению. На случай, если пара, так как мы определяем различные значения из steam таблицы мы добавляем эти значения в диаграмма, как правило, как показано ниже:

Обратите внимание, что диаграмма T_v основана на исключительно на интенсивных свойствах, следовательно масса не указана на диаграмму.Таким образом, мы указываем на схеме, что для того, чтобы определить качество в состоянии (2), нам нужно сначала оценить удельный объем v ₂ , который затем можно сравнить с значения насыщения v _f и v _g при давлении 100 кПа.

Таким образом, v ₂ = В / м = 0,4 [м ³ ] / 2 [кг] = 0,2 [м ³ / кг]

Что касается состояния (3), то постановка задачи не укажите, что он находится в зоне перегрева. Нам нужно было сначала определить удельный объем насыщенного пара v _г при 300 ° C.Это значение составляет 0,0216 м ³ / кг, что намного меньше, чем удельный объем v ₃ 0,2 м ³ / кг, таким образом помещая состояние (3) в зону перегрева. область. Таким образом, два интенсивных свойства, которые мы используем для определения давление в состоянии (3) составляет T ₃ = 300 ° C, а v ₃ = 0,2 м ³ / кг. При сканировании перегрева таблицы мы находим, что ближайшие значения лежат где-то между 1,2 МПа и 1,4 МПа, поэтому мы используем линейные методы интерполяции для определения фактического давления P ₃ , как показано ниже:

Решенная проблема 2.2 — Два килограммы воды при температуре 25 ° C помещаются в поршневой цилиндр. под давлением 3,2 МПа, как показано на диаграмме (состояние (1)). Тепло добавлен в воду при постоянном давлении до температуры температура жидкости достигает 350 ° C (состояние (2)). Определите окончательный объем жидкость в состоянии (2).

В этом примере, поскольку давление известно (3,2 МПа) и остается неизменным на протяжении всего процесса, мы считаем удобным нарисуйте диаграмму P-v , обозначив процесс (1) — (2) как следует.

Как и в предыдущем примере, при сканировании перегрева таблицы мы находим, что нам нужно интерполировать между давлением P = 3,0 МПа и P = 3,5 МПа, чтобы определить удельный объем при требуемом давлении 3,2 МПа как следует:

Задача 2.3 — А поршнево-цилиндровое устройство содержит насыщенную смесь пара и вода общей массой 0,5 кг при давлении 160 кПа и начальный объем 100 литров.Затем добавляется тепло, и жидкость расширяется при постоянном давлении, пока не достигнет насыщенного пара штат.

• а) Нарисуйте схему представляющий процесс, показывающий начальное и конечное состояния система.

• б) Нарисуйте это процесс на диаграмме P-v относительно линий насыщения, критической точки и соответствующих линии постоянной температуры, четко указывающие начальную и конечную состояния.

• c) Определите исходное качество и температура жидкой смеси перед обогрев.[качество x ₁ = 0,182, Т ₁ = 113,3 ° C]

• г) Определите конечный объем пара после обогрев. [0,546 м ³ (546 литров)]

Примечание: 1000 литров — 1 м ³ .

Задача 2.4 — Давление плита позволяет намного быстрее (и нежнее) готовить, поддерживая более высокая температура кипения воды внутри. Он хорошо запечатан, и пар может выйти только через отверстие в крышке, на которой сидит металлический петушок.Когда давление преодолевает вес petcock, пар выходит, поддерживая постоянное высокое давление пока вода закипает.

Если предположить, что отверстие под краном площадь 8 мм ² , определить

• а) масса кран необходим для поддержания рабочего давления 99 кПа ман. [80,7 г]

• б) соответствующая температура кипения воды. [120,2 ° С]

Примечание: Предположим, что атмосферное давление составляет 101 кПа.Нарисуйте схему свободного тела петуха.

К главе 2b) Чистого Вещества

______________________________________________________________________________________

Инженерная термодинамика, Израиль Уриэли под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Соединенные Штаты Лицензия

Глава 3: Чистые вещества — термодинамика

В этой главе мы рассматриваем значения свойств и отношения чистого вещества (например, воды), которое может существовать в трех фазах — твердом, жидком и газообразном.Мы не будем рассматривать твердую фазу в этом курсе. Чтобы представить довольно сложные взаимодействия фазового перехода, которые происходят в чистых веществах, мы рассмотрим эксперимент, в котором у нас есть жидкая вода в устройстве поршень-цилиндр при 20 ° C и давлении 100 кПа. В цилиндр добавляется тепло, в то время как давление поддерживается постоянным до тех пор, пока температура не достигнет 300 ° C, как показано на следующей диаграмме T-v (температура в зависимости от удельного объема):

Из состояния (1) в состояние (2) вода сохраняет свою жидкую фазу, и удельный объем увеличивается очень незначительно, пока температура не достигнет значения, близкого к 100 ° C (Состояние (2) — Насыщенная жидкость ).По мере добавления большего количества тепла вода постепенно меняет фазу с жидкости на водяной пар (пар), поддерживая температуру на уровне 100 ° C ( Температура насыщения — T _sat ) до тех пор, пока в цилиндре не останется жидкости (Состояние (4 ) — Насыщенный пар ). Если нагрев продолжается, температура водяного пара увеличивается (T> T _sat ) и, как говорят, находится в диапазоне Superheated (состояние (5)).

Обратите внимание, что в течение всего этого процесса удельный объем воды увеличился более чем на три порядка, что потребовало использования логарифмической шкалы для оси удельного объема.

Мы можем повторить тот же эксперимент при разных давлениях, чтобы получить больше кривых, как показано на рисунке ниже.

Как вы можете видеть, по мере увеличения давления область постоянной температуры между насыщенной жидкостью и насыщенным паром становится все меньше и меньше, пока она полностью не исчезнет в критической точке, выше которой нет четкого различия между жидким и парообразным состояниями.

Линии насыщения можно нарисовать, соединив точки насыщенной жидкости и насыщенного пара, как показано на рисунке ниже.

Линии насыщения определяют интересующие области
, как показано на диаграмме: область Compressed Liquid —
слева, область Quality , окруженная линиями насыщения, и область Superheated
(которая также включает область Transcritical ) справа от
линии насыщенного пара и выше критической точки. Мы будем использовать Свойство
Таблицы , связанные с регионами, чтобы оценить различные свойства
.Обратите внимание, что мы предоставили таблицы свойств пара, хладагента
R134a и углекислого газа, которые из-за экологических проблем, связанных с использованием R134a
, вероятно, станут хладагентом общего использования в будущем.

Область качества , также называемая
областью смеси насыщенных жидкостей и паров, представляет собой область, заключенную между
линией насыщенной жидкости и линией насыщенного пара. В любой точке в пределах
этой области качество смеси (иногда называемое коэффициентом сухости
) определяется как масса пара, деленная на общую массу жидкости,
, как показано на следующей диаграмме:

Обратите внимание, что свойства, относящиеся к насыщенной жидкости, имеют индекс f, а свойства, относящиеся к насыщенному пару, имеют индекс g.Для оценки качества рассмотрим объем V, содержащий массу m насыщенной парожидкостной смеси.

Обратите внимание на таблицы свойств пара, что мы также включили три новых свойства: внутренняя энергия u [кДж / кг], энтальпия h [кДж / кг] и энтропия s [кДж / кг.K], все из которых будут определены как понадобится в будущих разделах. На этом этапе мы отмечаем, что 3 уравнения, связывающие качество и удельный объем, также могут быть оценены с точки зрения этих трех дополнительных свойств.

Вышеупомянутое обсуждение проводилось в терминах температуры
(Т) и удельного объема (v). Вы можете вспомнить из главы 1, когда мы определяли постулат состояния
, однако, что любые два независимых интенсивных свойства
могут использоваться для полного определения всех других свойств интенсивного состояния
. Это означает, что мы также можем оценить вещество с точки зрения давления
(P) и удельного объема (v), как показано ниже:

Обратите внимание, что из-за чрезвычайно большого диапазона интересующих значений давления и удельного объема это можно сделать только на графике логарифмической диаграммы.Это крайне неудобно, поэтому диаграммы T-v и P-v 405 обычно не отрисовываются в масштабе, но набрасываются только для того, чтобы помочь определить проблему, которая затем решается с помощью таблиц пара. Этот подход иллюстрируется следующими решенными задачами.

Решенный пример

Два килограмма воды при 25 ° C помещаются в поршневой цилиндр под давлением 100 кПа, как показано на диаграмме (Состояние (1)). К воде добавляется тепло при постоянном давлении, пока поршень не достигнет упоров с общим объемом 0.4 м ³ (гос. (2)). Затем добавляется больше тепла при постоянном объеме, пока температура воды не достигнет 300 ° C (состояние (3)). Определите (а) качество жидкости и массу пара в состоянии (2) и (б) давление жидкости в состоянии (3).

Шаг 1: Всегда рисует полную диаграмму состояний и процессов проблемы и включает всю необходимую информацию в диаграмму.В этом случае есть три состояния и два процесса (постоянное давление и постоянный объем).

Шаг 2: В случае замкнутой системы с жидкостью с фазовым переходом, всегда нарисуйте диаграмму T-v или P-v , указав все соответствующие состояния и процессы на диаграмме. Как упоминалось выше, эта диаграмма не будет нарисована в масштабе, однако она поможет определить проблему и подход к ее решению. В случае пара, когда мы определяем различные значения из таблиц пара, мы добавляем эти значения к диаграмме, как правило, как показано ниже:

Обратите внимание, что диаграмма T-v основана исключительно на интенсивных свойствах, поэтому масса на диаграмме не указана.Таким образом, мы указываем на диаграмме, что для определения качества в состоянии (2) нам необходимо сначала оценить удельный объем v ₂ , который затем можно сравнить со значениями насыщения v _f и v _g при давление 100 кПа.

Таким образом = = 0,2

Качество

масса водяного пара в состоянии 2:

Что касается состояния (3), то в постановке задачи не указано, что оно находится в области перегрева. Нам нужно было сначала определить удельный объем насыщенного пара v _г при 300 ° C.Это значение составляет 0,0216, что намного меньше, чем удельный объем v ₃ , равный 0,2, что помещает состояние (3) в зону перегрева. Таким образом, два интенсивных свойства, которые мы используем для определения давления в состоянии (3): T ₃ = 300 ° C и v ₃ . При сканировании таблиц перегрева мы обнаруживаем, что ближайшие значения лежат где-то между 1,2 МПа и 1,4 МПа, поэтому мы используем методы линейной интерполяции для определения фактического давления P ₃ , как показано ниже:

Решенный пример из реального мира

При варке пищи температура приготовления ограничивается примерно 100 ° C (в зависимости от высоты).Скороварки позволяют ускорить приготовление пищи за счет повышения температуры кипения воды за счет повышенного давления. Давление внутри герметичной плиты можно изменять, используя разные веса для закрытия вентиляционного отверстия. Скороварку, содержащую 4 кг воды, следует использовать для приготовления картофеля при 150 ° C, чтобы определить (а) какое давление необходимо для поддержания желаемой температуры кипения и (б) массу груза, которая должна использоваться для поддержания давление, определенное в части (a) для круглого вентиляционного отверстия диаметром 1 см, (c) если скороварка имеет объем 10 л, каково качество пара внутри скороварки в момент, когда он достигает температуры, до того, как пар будет подаваться. вентилируется (при условии, что к этому моменту из плиты был удален весь воздух), и (d) как долго можно варить картофель при желаемой температуре, прежде чем вся вода выкипит, если в систему добавляется тепло мощностью 7000 Вт. горелка.

Шаг 1

Чтобы поддерживать постоянную температуру, мы знаем, что нам нужно давление, при котором точка кипения воды будет ровно 150 ° C.Чтобы найти это давление, мы смотрим на таблицы пара, чтобы найти давление насыщенного пара на желаемая температура, в данном случае 476,16 кПа.

Шаг 2

Чтобы решить часть (b), нам нужно найти вес, необходимый для точного противодействия давлению пара, пытающемуся покинуть вентиляционное отверстие. Поскольку сила — это давление, умноженное на площадь, мы должны определить площадь вентиляционного отверстия:

Затем мы умножаем это значение на давление, найденное в части (a), чтобы найти требуемый вес, и делим на g, чтобы найти массу, необходимую для создания этого веса:

Шаг 3

Для части (c) мы будем использовать формулу для x как отношения удельных объемов, перечисленных выше:

Мы получаем значения v _f и v _g из таблиц пара и вычисляем v из объема скороварки и общей массы воды:

Подставляя эти значения в наше уравнение для x, получаем:

Шаг 4

Решение для части (d) снова возвращает нас к таблицам пара.На этот раз мы смотрим на удельную энтальпию насыщенного пара при данной температуре, которая в данном случае указана как 2113,7. Затем нам нужно умножить это значение на общую массу воды (4 кг), чтобы найти общую требуемую энергию:

И, наконец, нам нужно разделить эту энергию на тепловую мощность горелки (7000 Вт), чтобы найти время, необходимое для передачи необходимой энергии воде:

Продолжая обсуждение чистых веществ,
, мы обнаруживаем, что для чистого вещества в перегретой области при удельных объемах
, намного превышающих критическую точку, соотношение PvT может быть
очень точно выражено уравнением идеального газа государства
следующим образом:

, где: R является константой для определенного вещества и называется газовой постоянной .

Обратите внимание, что для уравнения идеального газа давление P и температура T должны быть выражены в абсолютных величинах.

Рассмотрим, например, диаграмму T-v для воды, как показано ниже:

Заштрихованная зона на диаграмме указывает область, которая может быть представлена ​​уравнением идеального газа с погрешностью менее 1%. Обратите внимание, что в критической точке ошибка составляет 330%.

где: универсальная газовая постоянная, а

— молярная масса вещества.

для воздуха:

Steam:

Три широко используемых формата для выражения уравнения состояния идеального газа:

Решенный пример

Поршневой цилиндр содержит 0,5 кг насыщенной жидкой воды под давлением 200 кПа. Добавляется тепло, и пар расширяется при постоянном давлении, пока не достигнет 300 ° C.

1. Нарисуйте диаграмму, представляющую процесс, показывающий начальное и конечное состояния системы.
2. Изобразите этот процесс на диаграмме T-v (объем, зависящий от температуры) относительно линий насыщения, критической точки и соответствующих линий постоянного давления, четко указав начальное и конечное состояния.
3. Используя паровые таблицы, определите начальную температуру пара перед нагревом.
4. Используя паровые таблицы, определите конечный объем пара после нагрева
5. Используя уравнение состояния идеального газа, определите конечный объем пара после нагрева.Определите процентную ошибку использования этого метода по сравнению с использованием таблиц пара.

Примечание. Данные о критических точках и константе идеального газа для пара можно найти на первой странице таблиц для пара.

Подход к решению:

Даже если вопросы a) и b) не требуются, это всегда должно быть первым приоритетом при решении термодинамической задачи.

c) Поскольку состояние (1) задано как насыщенная жидкость при 200 кПа, мы используем таблицы насыщенного пара под давлением, чтобы определить, что T ₁ = T _{sat @ 200 кПа} = 120.2 ° С.

d) Из диаграммы T-v мы определяем, что состояние (2) находится в зоне перегретого пара, поэтому мы используем таблицы перегретого пара, чтобы определить, что v ₂ v _{200 кПа, 300 ° C} . Таким образом V ₂ (658 л).

e) Определите V ₂ из уравнения состояния идеального газа

T ДОЛЖЕН быть абсолютным!

Обратите внимание, что при проверке единиц измерения мы обнаруживаем, что следующее преобразование происходит так часто, что мы чувствуем, что его следует добавить в наш комплект для выживания при преобразовании единиц (вспомните главу 1):

Наконец, мы определяем процентную ошибку использования уравнения идеального газа в состоянии (2):

ошибка%

Мы заметили на приведенной выше диаграмме Tv для воды, что газы могут значительно отклоняться от уравнения состояния идеального газа в областях, близких к критической точке, и было много уравнений состояния, рекомендованных для использования для учета этого неидеального поведения. .Однако это неидеальное поведение может быть объяснено с помощью поправочного коэффициента, называемого коэффициентом сжимаемости Z, который определяется следующим образом:

, таким образом, когда коэффициент сжимаемости Z приближается к 1, газ ведет себя как идеальный газ. Обратите внимание, что при одинаковых условиях температуры и давления коэффициент сжимаемости может быть выражен как:

Различные жидкости имеют разные значения давления и температуры критической точки, данные PCR и TCR, и их можно определить из таблицы данных критических точек различных веществ.К счастью, принцип соответствия состояний показывает, что мы можем нормализовать значения давления и температуры с помощью критических значений следующим образом:

Все флюиды, нормализованные таким образом, демонстрируют схожее неидеальное поведение газа в пределах нескольких процентов, поэтому все они могут быть нанесены на общую диаграмму сжимаемости. Доступен ряд таких диаграмм, однако мы предпочитаем использовать (логарифмическую) диаграмму сжимаемости Ли-Кеслера.Использование диаграммы сжимаемости показано в следующем примере.

Решенный пример

Углекислый газ хранится в 100-литровом резервуаре при 6 МПа и 30 ° C. Определите массу CO ₂ в резервуаре на основе (a) значений, полученных из таблиц данных CO ₂ , (b) уравнения состояния идеального газа и (c) обобщенной диаграммы сжимаемости. Сравните (b) и (c) с (a) и определите процентную ошибку в каждом случае.

Подход к решению:

Сначала мы определяем данные о критических точках для CO ₂ из таблицы данных о критических точках различных веществ

После оценки пониженного давления и пониженной температуры мы наносим их на обобщенную диаграмму сжимаемости, чтобы определить коэффициент сжимаемости, как показано ниже

Фактическое значение конкретных v _a получается из таблиц перегрева CO ₂ .

Общее правило состоит в том, что если P << P _CR или если T >> T _CR , то вы, вероятно, имеете дело с идеальным газом. В случае сомнений всегда проверяйте коэффициент сжимаемости Z на диаграмме сжимаемости.