本章主要学习单组分及二组分复相平衡的规律

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1、第五章相平衡本章主要学习单组分及二组分复相平衡的规律。意义为：物质（材料）的性能不仅与其化学组成有关，也与相组成密切相关，特别是合金材料和晶体物质。相平衡理论是很多工业分离及提纯技术的基础：如蒸馏、吸收、萃取和结晶相平衡问题有几相—服从相律哪几相、组成如何—用相律分析相图第五章相平衡§5-1相律§5-2单组分体系的相平衡§5-3二元双液系的相平衡§5-4二元合金及水盐系的相平衡学习要点：掌握相平衡问题的普遍规律——吉布斯相律；掌握纯物质系统相平衡的特点、克拉贝龙方程的应用及相图分析；掌握二元双液系基本相图分析及杠杆规则；掌握二元固液体系基本相图分析。习题：6.1，6.2，

2、6.3，6.9，6.15，6.18，6.22§5-1相律一、相与自由度的概念二、相律的推导相律——关于相平衡系统的普遍规律。1876年Gibbs导出揭示了系统自由度数F与独立组分数C和相数P间的关系。一、相与自由度的概念1、相与相数P系统中物理及化学性质完全均一的部分为一相；系统含有这种均一部分的数目即为体系的相数。相与相之间有明显的界面，越过该界面，体系的物理或化学性质发生突变。气体系统—单相；液体系统单相——各组分互溶；复相——各组分不互溶或不完全互溶。固体系统单相——固溶体；机械混合时，为复相。2、自由度数F在不破坏相平衡的条件下，系统中一定范围内可独立改变其数量的

3、强度性质数。例如：液态纯水，一定范围内T、p均可变，F=2；纯水液气平衡，T-p对应，F=1；纯水固液气三相平衡，T、p均为定值，F=0一、相与自由度的概念二、相律的推导T,p及所有x受限制的x推导思路：自由度数F=总变量数－非独立变量数设：一个物种数为S、相数为P，且每一物质在每一相中均有分布相平衡的系统：总变量数=S×P+2非独立变量数浓度等式：P个；化学势等式：S×(P-1)个；独立的化学平衡数：R个；其它的浓度限制条件数：R’个9P个x变量受限S×(P-1)个x变量受限二、相律的推导(1)(2)二、相律的推导一定温度下：确定，则某确定如：按1:3投放原料；或真空容

4、器中投放NH3(g)(3)若有，则二者确定其一(4)6讨论普适于任何相平衡体系；Pmin=1,Fmin=0；固定C时，P增加一个，F减少一个；固定P时，C增加一个，F增加一个，对于常压下凝聚态系统：F=C–P+1C——组分数（独立组分数）——吉布斯相律(5-1-1)二、相律的推导⑴CaCO3(s),CaO(s),CO2(g)体系；⑵任意比混合的C(s),CO(g),CO2(g)及O2(g)体系；⑶N2(g),H2(g),NH3(g)体系Ⅰ.任意比例混合；Ⅱ.氮气、氢气摩尔比为1:3；Ⅲ.在60℃的真空容器中投入氨气；二、相律的推导例4-1、根据相律：F=C-P+2，C=S

5、-R-R’求下列平衡体系的独立组分数C、P、F。例4-2、高温下，于初态为真空的容器中用C(s)还原ZnO(s)得Zn(g)达平衡，存在下列2个平衡：⑴ZnO(s)＋C(s)＝Zn(g)＋CO(g)；⑵2CO(g)＝CO2(g)＋C(s)已知平衡组成为n(Zn,g)=a、n(CO2,g)=b。求体系的自由度F。二、相律的推导解：由题可知，n(CO，g)=a-2b∴C=5-2-1=2;P=3;F=2-3+2=1表明：T，p，x(Zn,g)，x(CO2,g)，x(CO,g)中仅有一个独立。例4-3、已知Na2CO3与H2O能形成三种含水盐。即Na2CO3·H2O、Na2CO3

6、·7H2O和Na2CO3·10H2O。问：⑴30℃下，与水蒸气平衡共存的含水盐最多可能有几种？⑵-10℃及常压下，与碳酸钠水溶液及冰平衡共存的含水盐最多可能有几种？二、相律的推导2解：⑴设S=2，则R=0、R’=0，C=S-R-R’=2或设S=5，则R=3、R’=0，C=S-R-R’=2F=C-P+1=3-P，∵Fmin=0，∴Pmax=3⑵凝聚态常压、-10℃：F=C-P+0=2-P，∴Pmax=2，不存在含水盐§5-2单组分（纯物质）系统的相平衡PF122130(2-7-1)(2-7-2)式:(T,p)皆独立T,p皆不独立有定值T=T(p)或p=p(T)；T,p仅有一

7、个独立一、纯组分系统的相图1、相图绘制：根据C=1Fmax=2，即T-p一一对应2、相图分析——点、线、面分析，(1)线—两相线：F=1，OA、OB、OC(OD)；3、相图利用：点—状态；线—变化过程以水为例(2)点—三相点，F=0，O：0.00989℃,0.611kPa；(3)面—单相面：F=2，气、液、固；三相点非冰点：压力的变化导致降温0.00748℃；组成的变化导致降温0.00241℃；一、纯组分系统的相图——以水为例表3-1纯水及冰在不同温度下的蒸气压1、相图绘制：根据C=1Fmax=2，即T-p一一对应T/℃p冰/