06相平衡68406

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1、物理化学电子教案—第五章2021/7/45.1引言5.2多相体系平衡的一般条件5.3相律5.4单组分体系的相图5.5二组分体系的相图及其应用5.6三组分体系的相图及其应用第五章相平衡第五章相平衡2021/7/45.1引言相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。研究多相体系的相平衡在化学、化工的科研和生产中有重要的意义，例如：溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯及金相分析等方面都要用到相平衡的知识。相图（phasediagram）表达多相体系的状态如何随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形，称为相图。2021/7/45.1引言相（

2、phase）体系内部物理性质和化学性质相同的均匀部分称为相。相与相之间有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。相在化学成分上可以是纯物质，也可以由多种物质组成。多种物质组成一相时，各物质的分散度必须达到分子大小数量级。体系中相的总数称为相数，用表示。2021/7/45.1引言在讨论相时要注意以下三个问题：a.相是均匀的但不一定连续，同一相可以分散成许多颗粒或者液滴，分散在其它相中。由此可见，不同的相之间一定有明显的界面，但是有界面不一定就是不同的相。b.均匀但性质不同就不是一相。例如：将铁粉和硫磺粉加在一起可以磨得很细，肉

3、眼看起来是均匀的，但用显微镜观察仍有二相，因为无论磨得多么细，铁粉和硫磺粉也不可能以分子大小混合，即分散度达不到分子大小数量级，因此它们仍然是二相。2021/7/45.1引言c.一般气体只有一相，因为无论有几种气体都可以按任何比例以分子大小相互混合，它们之间没有界面。液体按互溶程度可以是一相或者二相，二种液体若完全互溶为一相，部分互溶则为二相。例如：苯－水体系为二相，乙醇－水体系为一相。一般体系内有几种固体就有几种固相，除非形成固熔体。例如：合金为一相，因为合金是二种金属以分子大小互熔的固熔体。2021/7/45.1引言本章研究的

4、对象是单组分或多组分体系的多相平衡问题，研究的方法有两种：热力学方法：用热力学基本原理阐明相平衡体系的规律－即相律，我们用相律来解决相平衡的本质问题几何方法：用几何图形－即相图来研究相平衡体系的状态和变化规律，此方法的优点是比较直观。2021/7/4(1)热平衡条件：设体系有个相，达到平衡时，各相具有相同温度5.2多相体系平衡的一般条件在一个封闭的多相体系中，相与相之间可以有热的交换、功的传递和物质的交流。对具有个相的体系的热力学平衡，实际上包含了如下四个平衡条件：(2)压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等2021/7/45.2

5、多相体系平衡的一般条件（4）化学平衡条件：化学变化达到平衡（3）相平衡条件：任一物质B在各相中的化学势相等，相变达到平衡2021/7/45.3相律（1）几个基本概念独立组分数（numberofindependentcomponent）定义：足以确定体系中各相组成所需要的最少的独立物种数称为独立组分数。用表示。物种数：体系中能够单独存在的化学物质数叫物种数，用S表示。2021/7/45.3相律（1）几个基本概念独立组分数C与物种数S之间的关系：(1)如果无限制条件时C=S，例如NaCl+H2O体系S=2，C=2（2）如果有限制条件时

6、C≠S，所谓限制条件指以下两种条件：a.体系中各物质之间存在独立的化学反应平衡条件R；b.同一相内物质间有浓度限制条件R′2021/7/45.3相律（1）几个基本概念例如：合成氨时体系内有N2,H2,NH3;物种数S=3由于存在化学平衡N2+3H2=2NH3，此反应有平衡常数kp=PNH32/PN2·PH23，所以在三种物质中只要确定任意两种物质的浓度（用分压表示）另一种物质的分压随之而定，那么确定体系组成的最少的独立物种数是2，既C=S-R=3-1=2R---表示独立的化学平衡数。有时体系中可以存在很多化学平衡，但是独立的并不多

7、。举例。2021/7/45.3相律（1）几个基本概念例如：氨分解反应2NH3(g)=N2(g)+3H2(g)Kp=PN2·PH23/PNH32S=3,R=1若一开始只有NH3(g)存在，（R´=1）则平衡时PN2:PH2=1:3此时只要知道任意一种物质的浓度（分压）就可以确定体系的组成了。如知道PN2，就可知PH2，又有Kp存在，可推出PNH3。所以C与S之间的关系应当是:C=S-R-R´=3-1-1=1注意：浓度限制条件必须是在同一相内，不同相之间不存在浓度限制条件。2021/7/45.3相律（1）几个基本概念C的数值等于体系中

8、所有物种数S减去体系中独立的化学平衡数R，再减去同一相内各物种间的浓度限制条件R′C=S-R-R'对于同一体系由于数法不同，物种数S可以不同，但是独立组分数C是相同的。2021/7/4（1）几个基本概念自由度（degreesoffreedom）体系