相平衡1（2学时2010材料化学专业）课件.ppt

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1、物理化学电子教案华南师范大学物理化学研究所第六章相平衡定压T/K单相两相多组分体系热力学——偏摩尔量；偏摩尔集合公式敞开体系或组成发生变化的多组分系统热力学基本方程多组分系统物质化学势的表达式和计算方法1.判别变化过程的方向2.计算物质转移过程中所需做的功3.稀溶液依数性与应用化学势什么是“相平衡”一个物系中由两个或两个以上的相组成的平衡,称为相平衡.例如：《相平衡》研究什么？液汽固液“相平衡”研究什么？通过“相律”研究相平衡系统中描述系统的各系统变数之间的关系。通过“相图”研究多相体系的状态如

2、何随温度、压力和浓度等变量改变而发生的变化——学会“看图说话”第六章相平衡6.1相律6.2单组分系统的相图6.3二组分理想液态混合物的相图6.4二组分非理想液态混合物的相图6.5部分互溶双液系的相图6.6完全不互溶双液系6.7简单的二组分低共熔相图6.8形成化合物的二元相图6.9固态互溶的的二元相图6.10三组分系统相图6.1相律1.研究相平衡的意义2.几个重要概念研究相平衡的意义1.在冶金工业上用蒸馏、精馏和萃取等方法进行提取和纯化，提高产品价值等。利用相图监测冶炼过程研究金属组成、结构和性能

3、之间的关系2.在无机化工方面利用相平衡原理，用溶解、重结晶等方法将天然盐类混合物进行分离、提纯等3.在有机化工和石油化工方面4.在地质学中研究天然或人工合成的熔盐系统，了解组成与结构之间的关系几个重要概念1.相（phase）系统内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质如密度和黏度的改变是飞跃式的。系统中相的总数称为相数，用“P”表示。气液固几个重要概念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

4、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（固体溶液除外，它是单相）。均相系统（homogeneous）系统中只有一个相多相系统（hetrogeneous）系统中多相平衡共存几个重要概念同一个单质，如果固体有不同的晶体结构，就有不同的相，如碳就有很多种，例如：石墨金刚石碳-60几个重要概念2.相图（phasediagram）表达多相系统的相的状态如何随温度、压力、组成等强度性质变化而变化，并用图形来表示这种状态的变化，这类图形称为相图。相图的形状决定于变量的数目双变量系统平

5、面图三变量系统立体图根据需要还有三角形相图和直角相图等。几个重要概念3.自由度（degreesoffreedom）如已指定某强度变量，除该变量以外的其它强度变量数称为条件自由度，用f*表示能够维持现有系统的相数不变，而可以独立改变的强度变量的数目称为自由度，这些强度变量通常是压力、温度和组成等。例如：指定了压力指定了压力和温度自由度用字母f表示关于自由度一杯水在不产生新相条件下,自由度为多少?气液100℃、101325KPa.在保持两相平衡条件下,能否任意改变温度和压力?NaCl不饱和溶液水饱和

6、食盐水与固体盐的两相体系自由度数?自由度数?几个重要概念4.组分数（numberofcomponent）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，称为组分数，用字母C表示系统的组分数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，再减去各物种间的独立限制条件R'。用公式表示为：几个重要概念组分数例1.在抽空容器中，硫氢化铵分解达平衡有一个独立的化学平衡几个重要概念组分数例2.C(s)在氧气中燃烧，主要反应为只有2个独立的化学平衡，几个重要概念组分数例3.碳酸钙在真空容器中

7、分解达平衡有1个独立的化学平衡两个产物处于不同的相，彼此不存在摩尔分数加和等于1等相互限制的条件1.在组分数的计算式C=S－R－R'中，R是指独立存在的化学平衡数，若其中一个反应可由其它反应组合得到，则不是独立的。关于独立组分数2.C=S－R－R’中的“浓度限制条件R’,”必须是同一相当中的几种物质之间才有浓度限制条件;3.考虑方式不同,物种数不同,但独立组分数是一样的.几个重要概念5.相律（phaserule）相律是相平衡系统中揭示相数P、组分数C和自由度f之间关系的规律。Gibbs推导出的相

8、律可表示如果指定了T或p，则自由度减少1式中，2通常是指T，p两个变量如果指定了T和p，则自由度减少2相律的计算与应用(f=C-P+2)例：硫酸钠与水组成的化合物有三种，Na2SO4.H2O(S);Na2SO4.2H2O(S);Na2SO4.4H2O(S),试说明1.在一个标准压力下,能与硫酸水溶液平衡共存的硫酸水合盐最多可以有几种?2.在一个标准压力下,能与硫酸水溶液及冰平衡平衡共存的硫酸水合盐最多可以有几种?3.在298K,与水蒸汽平衡共存的水合盐最多可以有几种?(根据相律,判断共存盐的存在