物化第六章-相平衡课件.ppt

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1、第六章相平衡PhasesEquilibrium1一个单组分系统的相态与其所处的温度、压力有关。而一个多组分系统的相态，则不仅取决于温度、压力，还与系统的组成有关。101.325kPa下80℃95℃100℃1mol苯+1mol甲苯液液+气气1mol苯+2mol甲苯气+液1mol苯+3mol甲苯液在101.325kPa、95℃下：x总=0.5xl=0.40xg=0.62将处于相平衡的系统的相态及相组成与系统的温度、压力、总组成等变量之间的关系用图形表示出来，这种图称为相图。26-1相律相：系统内物理及化学性质

2、完全相同的均匀部分例如，水和冰，CO2和CaCO3,为独立的两个相。相数：系统内相的数目，用P表示。系统中，有几种固体，则有几个相；有不同气体时，只对应一个相。例如，水和冰系统，相数P=2；CO2(g)和CaCO3系统，相数P=2；C(s)+O2(g)=CO2(g)系统，相数P=2；对于H2O(l)系统：当p=101.325kPa时，t可以从5℃→95℃;当t=25℃时，p可从100kPa→10MPa系统有两个独立可变的强度性质：t和p，F=2对于处于气液平衡的纯水系统：要保持气液两相平衡共存，t与p只能

3、有一个独立可变。F=1自由度：可独立改变而不影响系统原有相数的变量的数目例如，温度、压力、组成等；自由度数（F）：系统自由度个数；6-1相律4判断下列系统的自由度数F：AF=3液态水、水蒸气及冰平衡共存的系统(D)6-1相律BF=2CF=1DF=02.相律的推导自由度数(F)=总变量数－非独立变量自由度数(F)=总变量数－方程式数通过相律确定系统的自由度数系统总变量数：温度、压力和组成2.相律的推导设系统有S个组分，分布于P个相的每一相中系统总变量数：SP+272.相律的推导设系统有S个组分，分布于P个相

4、的每一相中限制方程个数P+S(P-1)+R+R’S(P-1)个8F=S－P－R－R’+2自由度F—平衡系统的强度性质中独立变量的数目◆确定一个系统的状态所必须确定的独立强度性质的数目◆在一定范围内可以独立变动而不致引起旧相消失或新相产生的强度性质的数目令:S-R-R’=C(独立)组分数F=C－P+2F=PS+2－P－S(P-1)－R－R’9独立组分数（C）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，用字母C表示。系统的物种数独立的化学平衡方程式数其它限制条件数2.相律的推导

5、例2：任意量的PCl5（g）、PCl3（g）和Cl2（g）构成的平衡系统。PCl5（g）=PCl3（g）+Cl2（g）R=1S=3C=3-12.相律的推导讨论组分数（C）与物种数（S）的关系：例1：液态水S=C=1例3：由PCl5（g）分解达到的平衡系统。S=3C=3-1-1=1PCl5（g）=PCl3（g）+Cl2（g）R=1nCl2/nPCl3=1:1R’=1注意：一个系统中物种数S可能随人们考虑问题的方法不同而改变，但系统的独立组分数C却是一定的。NaCl溶于水SRR’CNaCl+H2O2Na++C

6、l-+H2O3Na++Cl-+H++OH-+H2O5NaCl溶于水SRR’CNaCl+H2O2002Na++Cl-+H2O3012Na++Cl-+H++OH-+H2O5122相律:注意:(1)应用条件：热力学平衡系统(2)F=C–P+22指系统中温度和压力(3)F=C–P+nn为各种外界因素（4）没有气相存在时，F=C–P+1，因p对相平衡影响很小。相律几点说明1、R是系统中独立的化学反应的个数例如：C(s)+O2(g)=CO2(g)(1)C(s)+1/2O2(g)=CO(g)(2)CO(g)+1/2O2

7、(g)=CO2(g)(3)C(s)+CO2(g)=2CO(g)(4)(1)-(2)=(3)2(2)-(1)=(4)R=2C=4-2=22、独立(浓度)限制条件R’例如：在抽空容器中，放入NH4HS(s)NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)R=1R’=1C=3-1-1=115注意：浓度限制条件必须是对同一相而言例如：将CaCO3(s)放入抽空容器中CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)R’=03、相律中的“2”是指t与p当考虑外场（如电、磁、重力场）存在时F=C-P+n4、若某些相中物质的数目

8、少于S个，相律仍适用因为浓度变量与相平衡等式相应减少。16例题：例1：试确定下述平衡系统中的C及F（1）NaCl固体及其饱和水溶液（2）在高温下，NH3(g)、N2(g)、H2(g)达成平衡的系统.（3）在700℃时，将物质的量之比为1:1的H2O(g)及CO(g)充入一抽空的密闭容器，使之发生下述反应并达平衡H2O(g)＋CO(g)＝CO2(g)＋H2(g)相律的应用举例解:(1)C=S-R-R’=2-0-0=2F=C-P+