物理化学课件6相平衡.ppt

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1、§6.1相律§6.2单组分系统相图§6.3二组分理想液态混合物的气-液平衡相图§6.4二组分真实液态混合物的气-液平衡相图§6.6二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统§6.7二组分固态不互溶系统液-固平衡相图第六章相平衡§6.9二组分固态互溶系统液-固平衡相图§6.8生成化合物的二组分凝聚系统相图1理解相律的推导和意义，会用相律分析系统的自由度；掌握单组分系统、二组分(理想和实际)系统各种类型相图(T-x-y、p-x-y)的特点和应用；能用相律分析相图，并用杠杆规则进行计算。（指出各区、线、点的稳定相态、存在的平衡及自由度数）基本要求：2§

2、6.1相律相图（phasediagram）表达多相系统的状态如何随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形，称为相图。3§6.1相律（phaserule）相（phase）系统内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。系统中相的总数称为相数，用P表示。气体，不论有多少种气体混合，只有一个气相。液体，按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。固体，一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。41.自由度数自由度（degrees

3、offreedom）确定平衡系统的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母F表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。例如水的气-液平衡时，T，p只有一个可独立可变，F=1。克拉佩龙方程52.相律的推导设有S种物质在P个相中，描述一个相的状态要T，p，(x1,x2,…xs)(S–1)种独立含量所以总变量数=P(S–1)+262.相律的推导在一个封闭的多相系统中，相与相之间可以有热的交换、功的传递和物质的交流。对具有P个相系统的热力学平衡，实际上包含了如下四个平衡条件：(1)热平衡条件：设系统有、Ⅱ······P个相，达到平衡时，各

4、相具有相同温度(2)压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等72.相律的推导（3）相平衡条件：任一物质(编号为1，2，······S)在各相(编号为，Ⅱ，······P)中的化学势相等，相变达到平衡，即……共S(P–1)个关于各物质在各相中的浓度及T、p方程82.相律的推导（4）化学平衡条件：化学反应(编号为1，2，······R)达到平衡……共R个关于各物质在各相中的浓度及T、p方程92.相律的推导化学反应是按计量式进行的，在有些情况下，某些物质的浓度间还满足某种关系，即某种浓度限制条件，如反应：(NH4)2S(s)=2NH3(g)+H2S

5、(g)如果NH3和H2S都是由(NH4)2S分解生成的，则2c(NH3)=c(H2S)但如果分解产物在不同相则不然，如反应：CaCO3(s)=CO2(g)+CaO(s)c(CO2,g)和c(CaO,s)无关，则无浓度限制条件。设浓度限制条件的数目为R’，则又有R’个关于浓度的方程式。102.相律的推导自由度数＝总变量数–方程式数总变量数＝相数×(物质种数–1)+2＝P(S–1)+2方程式数＝S(P–1)+R+R’其中R’为浓度限制数目则自由度数F＝S–R–R’–P+2＝C–P+2相律式中C=S–R–R’称为组分数113.组分数(C)组分数=化

6、学物质数-独立化学平衡反应数-独立的限制条件数计算组分数时所涉及的平衡反应，必须是在所讨论的条件下，系统中实际存在的反应。例:N2，H2和NH3混合物系统，在常温下，并没有反应，所以C=3–0–0=3。定义：若在高温及有催化剂存在的条件下，以下反应存在：N2+3H2=2NH3。R=1，所以C=3–1–0=2。若再加上人为限制条件，N2与H2物质的量的比为1:3，则，R=1，R´=1，所以C=3–1–1=1。124.几点说明(1)F=C–P+2任何时候成立(2)F=C–P+2系统中温度和压力相同(3)F=C–P+nn为各种外界因素(4)没有气相

7、存在时，F=C–P+1，因p对相平衡影响很小。习题6.113解：R=1，R´=1（因为从NH4Cl出发，处于同一相，两种产物符合比例1:1）,C=S–R–R´=3–1–1=1，P=2，F=C–P+2=1–2+2=1，表明T、p、气相组成中仅一个可任意变化。例1：今有密闭抽空容器中有过量固体NH4Cl，有下列分解反应:NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)，求：此系统的R、R´、C、P、F各为多少？14例2：一密闭抽空容器中有CaCO3(s)分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)求:此系统S、R、R´、C、F？解：S=

8、3，R=1，R´=0(浓度限制条件R’要求成比例的物质在同一相，此题中CaO与CO2为两相)；C=S–R–R´=3–1=2，P=3，F=C–P+2=2–3+2=11