物理化学第六章相平衡.ppt

《物理化学第六章相平衡.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、§6-1相律一、相、组分、自由度数的概念1、相与相数系统中物理性质与化学性质完全均匀的部分称之为相。系统中所有的相的总数称为相数，以P来表示相数与相的量无关(1)气相时，其相数只有一相。(2)液相的数目视不同液体间的相互溶解度的不同，可以得出有几层液体，就有几个相。(3)固相，只要系统没有形成固态溶液（又称固溶体），系统中含有几种固体物质，则系统中就有几个固相。2、组分和组分数：独立组分，简称组分：用来确定平衡系统中各相组成所需要的最少数目的独立物质组分的数目称为组分数，用C来表示，组分数的确定是通过物种数来衡量的。§6-1相律物种就是指系统中化

2、学结构相同的物质。系统中所含的化学物质的数目，称为物种数，用S来表示。C（组分数）与S（物种数）的区别：（1）当构成系统的各种物质间没有任何化学反应存在时，那么系统中有多少种物质就应有多少个组分，即C=S；（2）当构成系统的各种物质间存在化学反应时，组分数小于物种数，即C＜S。若用R表示各化学反应的“独立的化学平衡数”时，则C与S之间的关系可表示为C=S－R例：H2和O2高温条件下或催化剂作用下化合生成水注意点：R指的是“独立”的化学平衡数举例说明：气相中存在如下反应：CO+H2O=CO2+H2(1)H2+O2=H2O(2)CO+O2=CO2(3

3、)§6-1相律此时R≠3，R=2（3）如果系统中除存在化学反应外，还有浓度限制条件，它也可以影响到组分数例：合成氨反应系统是以N2和H2，NH3三种物质组成的“独立浓度限制条件数”以R’来表示，则有组分数CC=S–R-R’组分数C与物种数S，两者既有不同之处，又相互有联系。我们在相平衡的讨论中不用物种数S，而是用组分数C来讨论问题。例：25℃时,NaCl的水溶液的组分数C=？（1）只考虑NaCl和H2O两种物质时；（2）若考虑，NaCl的电离平衡存在；（3）若同时考虑NaCl的溶解平衡和H2O的电离平衡；由此看出，考虑的角度不同，物种数S是不同的

4、，但组分数在任何情况下均为2。§6-1相律3、自由度和自由度数自由度：在不引起旧相消失和新相产生（即保持相的数目和相的类型）不变的前提下，可以在一定的范围内任意变动的独立变量。自由度数：用符号F来表示，自由度的数目。相平衡系统的自由度数是和系统内的组分数、相数有关的。其关系式就是相律。二、相律的推导：假设所研究的系统是一个有S种物质分散在P个相中的多组分多相平衡系统，系统中存在的独立变量数，即系统的自由度数可确定如下：代数学可知，要求解几个未知数，就需要确定几个独立的方程式，如果方程式数目不足时，必然会有自由变量，自由变量数=原变量数——方程式数

5、这一规律，对我们讨论S种物质分散在P个相中，其自由度数为多少的研究也是适用的。自由度数（F）=描述系统状态的总变量数---平衡时各变量间的关系式数§6-1相律（1）在温度、压力一定时，S种物质分散在P个相中，总变量数是多少？分析：有S种物质，设每一种物质在P个相中都存在，则每个相中有S个浓度变量：α相：、、、……β相：、、、………………P相:、、、……那么描述平衡状态（系统）的总变量数为S·P+2，其中2代表的是温度和压力这二个变量。(2)平衡时，变量间的关系式数目又是多少呢？共有三种：①每一相中各物质的摩尔分数之和等于1，即有：§6-1相律②每

6、种物质在各相中的化学势相等（平衡状态时，应相等）即有：共有S·(P-1)个等式。③R与R’就是描述多相平衡系统中的自由度数F、组分数C、相数P及温度、压力之间的相互制约的关系式——相律的一般表达式。§6-2单组分系统相图1、单组分系统对于单组分系统，根据相律：F=C－P+2=1－P+2=3－P⑴P=1，F=2，即单组分系统有两个自由度，称为双变量系统，温度和压力是两个独立的变量，⑵P=2，F=1，即单组分两相平衡系统只有一个自由度，称为单变量系统。⑶P=3，F=0，即单组分三相平衡系统的自由度数为零，称为无变量系统，温度、压力的数量都是一定的。在

7、P—T图上可用一点来表示，该点称为三相点。2、水的相图所谓“相图分析”就是利用P相律来说明相图中点、线、面的物理意义，以及讨论外界条件改变将如何影响相平衡状态的存在。教材中列出了水的相平衡实验温度和压力数据，根据水的相平衡实验数据，设以温度为横坐标，压力为纵坐标，可画出水的相图，说明了水的状态与温度、压力之间的关系。§6-2单组分系统相图水的相平衡实验温度和压力数据(p/kPa)t/℃冰水冰水蒸气水蒸气水－20193.5*1030.103-15156.0*1030.165-10110.4*1030.260-559.8*1030.4140.010.

8、6100.6102040t/℃pt/℃p/－200.1268047.343-150.191100101.325-10-50.2870.4