05章_相平衡.ppt

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1、物理化学电子教案—第五章2021/9/15.1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第五章相平衡第五章相平衡2021/9/15.1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、组成等强度性质变化而变化的图形，称为相图。2021/9/15.1引言相（phase）系统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

2、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。系统中相的总数称为相数，用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。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相。2021/9/15.1引言自由度（degreesoffreedom）确定平衡系统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，2021/9/1(1)热平

3、衡条件：设体系有个相，达到平衡时，各相具有相同温度5.2多相系统平衡的一般条件在一个封闭的多相系统中，相与相之间可以有热的交换、功的传递和物质的交流。对具有个相系统的热力学平衡，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2021/9/15.2多相系统平衡的一般条件（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2021/9/15.3相律在某系统中，有S种物质,个相.这样的系统最少需要多少个强度变量才能描述系统的状态呢?每个相的组成需要(S-1)个浓度变量,则个相中共有(S-1)个

4、浓度变量,再加上T,P,则共有[(S-1)+2]个强度变量,2021/9/15.3相律在数学上,每多一个关系式就会减少一个变量,那么各变量间共有多少个关系式呢?由相平衡条件:化学势的公式:2021/9/15.3相律对于一种物质而言,有(-1)个关于组成的关系式,S种物质就有[S(-1)]个关于组成的关系式2021/9/15.3相律独立组分数（numberofindependentcomponent）定义：在平衡系统所处的条件下，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。它的数值等于系统中所有物种数S减去系统中独立的化学平衡数R，再减去各物种间的浓度限

5、制条件R'。2021/9/15.3相律2021/9/15.3相律相律（phaserule）相律是相平衡系统中揭示相数，独立组分数C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：2021/9/15.4单组分系统的相图单组分系统的两相平衡---克拉珀龙方程一定T和P时,系统内两相平衡系统的温度和压力相1相2TPG1G2T+dTp+dpG1+dG1G2+dG2在T和P时,1和2两相平衡,物质从相1向相2转移时,为等温等压可逆相变,所以同理,在T

6、+dT和P+dP时,1和2两相平衡,2021/9/15.4单组分系统的相图上式即为克拉珀龙方程,适用于任意两相之间的平衡.而对于有气体参加的两相平衡,只计气体的体积,则有:2021/9/15.4单组分系统的相图若为理想气体,则有:克劳修斯-克拉珀龙方程2021/9/15.4单组分系统的相图相点表示某个相的状态（如相态、组成、温度等）的点称为相点。物系点相图中表示系统总状态的点称为物系点。在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

7、系点，它对应的两个相的组成由对应的相点表示。2021/9/15.4单组分系统的相图当单相双变量系统两相平衡单变量系统三相共存无变量系统单组分系统的自由度最多为2，双变量系统的相图可用平面图表示。单组分系统的相数与自由度2021/9/1水的相图水的不同相态2021/9/11.水的相平衡实验数据2021/9/1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，，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，压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由系统自定。2021/9/1水的相图2021/9/1水的相图OA是气-液两相