第五章 多相平衡

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1、第五章多相平衡主讲人：张亚莉2004.122021/10/4以前：具体的平衡体系纯物质两相平衡；溶液与蒸气平衡；多相化学反应平衡出发点：各相化学势相等本章：相平衡的一般规律几何图形描述平衡条件间关系讨论图上点、线、面的意义、相律及条件（T或p或x）变化的相关问题2021/10/4基本要求◆理解相律的意义、推导，掌握其应用;◆掌握单组分系统、二组分气-液平衡系统和二组分凝聚系统典型相图的分析和应用;◆掌握用杠杆规则进行分析与计算;◆了解由实验数据绘制简单相图的方法;2021/10/4引言相平衡是热力学

2、在化学领域中的重要应用之一。研究多相体系的平衡在化学、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。2021/10/4引言相图（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。2021/10/4§5.1相律（Phaserule）一、基本概念1.相2.物种数S和组分数k；3.自由度数f二、相律：f=K–Φ+22021/10/4一、基本概念定义：相（phase）是指体系内部物理和化学性质完

3、全均匀的部分称为相。1.相特点：1）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。2）体系可以是单相和多相，相的总数称为相数，用表示。2021/10/4气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。如：N2+O2+CO2(一相)液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三相。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；固溶体为单相）。如：铁粉＋铜粉（二相）二相如:2021/10/42多相体系平衡的一般条件四个平衡条件：(1)热

4、平衡条件：设体系有Ф个相，达到平衡时，各相具有相同温度.T=T=……=T(2)压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等P=P=……=P(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.B=B=……=B2021/10/43.物种数S和组分数k物种数S：系统中所含化学物质的数量。如：水和水蒸气,S=1组分数k：能够表示系统组成的独立物质数。k=S–R–R’R：独立的化学平衡数R’：独立的浓度关系数2021/10/4无化学反应体系：组

5、分数=物种数（S）有化学反应（R）体系：组分数≠物种数如H2(g)，O2(g)，H2O(g)★常温、常压下，K=3★2000℃、常压下，2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)H2和O2浓度比为2：1混合2021/10/4性质：（1）组分为最少物质数目（2）最少物质（数目）必须可以分离出（3）组分数的计算：K=S-R-R’S：物种数R：物种中的独立化学反应数R’：同一相中各物质之间的浓度限制数K=3-1=2★2000℃、常压下，:=21:浓度限制条件（R’），K=3-1-1=12021/10/4例

6、1NH4Cl的分解，开始只有NH4ClNH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)k=S–R–R’S=3R=1Kp=P(NH3)×P(HCl)R´=1P(NH3)=P(HCl)k=12021/10/4例2系统中有C(s),H2O(g),CO2(g),CO(g),H2(g)共存，k=？答：系统中有反应：(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)(2)C(s)+CO2(g)2CO(g)(3)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)其中S=5，独立化学平衡数R3=2,k=5–2=

7、3注意：系统确定后，其组分数是确定的，物种数有一定随意性。2021/10/4例3NaCl-H2O系统NaCl，H2O:S=2,R=0,R’=0,K=2NaCl不饱和水溶液Na+,Cl－,H2O:S=3,R=0,R’=1:[Na+]=[Cl－],K=3–1=2NaCl饱和水溶液，有NaCl(s)存在NaCl(s),Na+,Cl－,H2O:S=4,R=1:NaCl(s)Na++Cl－,R’=1:[Na+]=[Cl－],K=4–1–1=22021/10/4系统确定后，其组分数是确定的NaCl(s),Na

8、+,Cl－,H2O,H+,OH－:S=6,R=2:NaCl(s)Na++Cl－,H2OH++OH－,R’=2:[Na+]=[Cl－],[H+]=[OH－],电中性[Na+]+[H+]=[Cl－]+[OH－],K=6–2–2=22021/10/4例4固体NaCl,KCl,NaNO3,KNO3与H2O达平衡解：NaCl,KCl,NaNO3,KNO3,H2O:S=5,NaCl+KNO3=NaNO3+KClR=1,R’=0,K=4或Na+Cl-,K+,NO3-,H2O:S