第六章 相平衡.ppt

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1、2021/10/4物理化学电子教案—第六章2021/10/46.1引言6.2多相体系平衡的一般条件6.3相律6.4单组分体系的相图6.5二组分体系的相图及其应用6.6三组分体系的相图及其应用6.7*二级相变第六章相平衡2021/10/46.1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

2、化而变化的图形，称为相图。2021/10/46.1引言相（phase）体系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。体系中相的总数称为相数，用φ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。固态溶液（即固态混合物）（solidsolution）合金为一个相；组成相同而晶型不同的物质属于不同的相；由相同物质组成的不同晶型的物质属于不同的相。两种固体粉末无论混

3、合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。2021/10/46.1引言自由度（degreesoffreedom）确定平衡体系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。如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其它强度变量数称为条件自由度，用表示。例如：指定了压力，指定了压力和温度，2021/10/4(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6.2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

4、递和物质的交流。对具有个相体系的热力学平衡，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2021/10/46.2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6.3相律2021/10/4假设每个相中每种物质都存在，且没有化学反应发生。每个相的组成需要（S－1）个浓度变量。因此个相组成共有×（S－1）个浓度变量。加上温度压力，总的变量数为(S－1)＋2根据相平衡条件2021/10/4上式中化学

5、势是温度、压力和摩尔分数的函数，因此，每个等号就能建立起两个摩尔分数之间的关系。因此对于相的每一种物质来说，可以建立起（－1）个关系式。有S种物质，分布个。因此存在的联系浓度变量的方程式S(－1)个。f=描述平衡体系的总变数－平衡变量之间必需满足的关系式的数目f={(S－1)+2}-{S(－1)}+f=S+22021/10/46.3相律独立组分数（numberofindependentcomponent）定义：在平衡体系所处的条件下，能够确保各相组成所需的最少独立物种数称为独立组分数。

6、它的数值等于体系中所有物种数n减去体系中独立的化学平衡数R，再减去各物种间的浓度限制条件R'。2021/10/46.3相律相律（phaserule）相律是相平衡体系中揭示相数，独立组分数K和自由度f之间关系的规律，可用上式表示。式中2通常指T，p两个变量。相律最早由Gibbs提出，所以又称为Gibbs相律。如果除T，p外，还受其它力场影响，则2改用n表示，即：2021/10/46.4单组分体系的相图相点表示某个相状态（如相态、组成、温度等）的点称为相点。物系点相图中表示体系总状态的点称为物系点。在

7、T-x图上，物系点可以沿着与温度坐标平行的垂线上、下移动；在水盐体系图上，随着含水量的变化，物系点可沿着与组成坐标平行的直线左右移动。在单相区，物系点与相点重合；在两相区中，只有物系点，它对应的两个相的组成由对应的相点表示。2021/10/46.4单组分体系的相图当三相共存无变量体系单组分体系的自由度最多为2，双变量体系的相图可用平面图表示。单组分体系的相数与自由度两相平衡单变量体系单相双变量体系2021/10/4水的相图水的相图是根据实验绘制的。图上有：三个单相区在气、液、固三个单相区内，=1,

8、f=2，温度和压力独立地有限度地变化不会引起相的改变。三条两相平衡线=2,f=1，压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由体系自定。2021/10/4水的相图2021/10/4水的相图OA是气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能任意延长，终止于临界点。临界点，这时气-液界面消失。高于临界温度，不能用加压的方法使气体液化。OB是气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0K附近。OC是液-固两相平衡线，当C点延长至压力大于时，相图变得复杂，有不同结构的冰