第五章相平衡-new.ppt

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1、第五章相平衡第六章相平衡一、研究相平衡的重要意义应用热力学原理研究系统在相变、相平衡中所遵循的规律。§5.1引言1、自然现象的解释2．指导工业实践（1）金属冶炼（2）结晶、蒸馏、萃取和吸收等分离提纯方法的原理；（3）材料性能与相组成的关系，例如低熔点合金、超导、超流体的制备等。21、相律：研究多相平衡系统中，相的数目随各种变量（T、P、Xi）变化的规律。2、相图：表达多相平衡系统的状态随T、P、Xi等强度性质而变化的几何图形。二、相平衡的研究方法相律为各种相平衡系统所共同遵守的规律。3一、几个基本概念§5.2相律1

2、、相：系统内部具有相同物理性质和化学性质的均匀部分。①相数P气态：P=1液态：完全互溶溶液P=1；部分互溶P≥2②多相系统中相与相之间有“相界面”固态：固溶体P=1；不形成固溶体P=S4②组分数C：系统中各相组成所需的最少独立物种数。2、物种数（S）和组分数（C）①物种数S：系统中所含的化学物质数。注：不同聚集态的同一化学物质S=1C=S－R－R＇R：独立化学平衡数R’：浓度限制条件数物种数可随人们考虑问题的出发点不同而不同,但相平衡体系中C是确定不变的。例如NaCl水溶液注:R’为同相中不同组分之间的浓度关系式(

3、包括电荷平衡关系式)5强度变量数：通常为浓度、温度和压力。3、自由度F1、定义在相平衡系统中，联合系统内相数、组分数、自由度数及影响物质的外界因素（温度、压力、重力场、磁场和表面能等）之间关系的规律。二、相律的推导2、数学表达式F=C－P＋n（一般n取2，即温度和压力）在保持相平衡系统既不消失旧相又不生成新相的条件下,系统在一定范围内可独立变化的强度变量数。6３、相律的推导设：含有C组分、P个相的某平衡系统，则描述该确定状态的系统，所需的独立变量数F＝？(1)系统热力学变量总数：各相变量数：第Ⅰ相：TⅠ、PⅠ、（C

4、－1）个浓度变量第Ⅱ相：TⅡ、PⅡ、（C－1）个浓度变量第P相：TP、PP、（C－1）个浓度变量------------------=P（C－1）＋27(2)系统中独立方程式总数：(3)相律表达式:第1组分：μ1Ⅰ＝μ1Ⅱ＝－－－－＝μ1P,。第2组分：μ2Ⅰ＝μ2Ⅱ＝－－－－＝μ2P,--------------------第C组分：μCⅠ＝μCⅡ＝－－－－＝μCP,共有：C（P－1）个等式，即浓度关系数。F＝[P（C－1）＋2]－[C（P－1）]＝C－P＋2或F＝C－P＋n;n≥2(T、p)83、相律的适用条件

5、(1)平衡系统(2)无论i组分在各相中是否均存在，相律同样成立。4、相律的应用(1)确定系统的自由度数目F(2)确定给定系统允许存在的最大相数目Pmax9例：碳酸钠和水可组成下列几种化合物：Na2CO3.H2O、Na2CO3.7H2O、Na2CO3.10H2O（1）试说明在1atm下，与碳酸钠水溶液和冰共存的含水盐最多可以有几种？（2）试说明在30℃时，可与水蒸汽平衡共存的含水盐最多可以有几种？解：（1）F＝C－P＋2＝2－Ｐ＋１当F最小＝０；P最大＝３系统最多同时三相共存，所以与碳酸钠水溶液和冰共存的含水盐最多有

6、１种。（２）F＝C－P＋2＝2－Ｐ＋１当F最小＝０；P最大＝３系统最多同时三相共存，所以与水蒸汽平衡共存的含水盐最多有２种。10二、典型相图分析一、单组分系统的相律结论：单组分系统可以有多个三相点，但最多只能三相共存。§5.3单组分系统相图相律：F=C－P＋2TPOBAC609Pa0.0098°C2×108Pa2.23×107374°C水冰水汽当P=1，F=2（T、P）当F=0，P=3（三相共存）=3-P（2）水的相图（1）相图概念（面、线、点分析）（3）CO2相图分析11CO2相图分析TPOBAC－78°C6.1

7、1×105Pa干冰CO2(气态)CO2(液态)1.01×105Pa与水相图的比较：（1）OC线：（2）O点：12TPABCOEGF正交硫硫蒸气液体硫单斜硫单组分系统硫的相图：13一、相律分析：F=C－P＋2=4－P§5.4二组分系统的相图及应用P一定TXBABSlg当P＝1，F=3（即T、P、Xi）因此，欲完整地描述二组分系统的相平衡，需要三维坐标！但，当温度一定下，F*=2（即P、Xi）或当压力一定下，F*=2（即T、Xi）因此，在上述条件下，可用二维坐标来描述，这在实际应用中非常广泛。如：14双液系：(g–l)

8、固液系：(l–s)P一定TXBABSlg1、完全互溶2、部分互溶3、不互溶二、相图分类可分为：1、固体不互溶2、固体完成互溶－－固溶体1)简单低共熔混合物2)有化合物生成的系统（稳定与不稳定）15单组分系统的相图相律：F=3－PTPOlSg当P=1，F最多=2（即T、P）（1）P=1（如气、固、液）F=2，故在坐标中表示为“面”；所以，其相图可以用平面的二维