相律与相图（18）全解课件.ppt

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1、第六章相律与相图本章主要学习单组分及二组分复相平衡的规律。意义为：物质（材料）的性能不仅与其化学组成有关，也与相组成密切相关，特别是合金材料和晶体物质。相平衡理论是很多工业分离及提纯技术的基础：如蒸馏、吸收、萃取和结晶有几相—服从相律哪几相、组成如何—用相律分析相图相平衡问题出发点：各相化学势相等学习要点：1、掌握相平衡问题的普遍规律——吉布斯相律；2、掌握纯物质系统相平衡的特点、克拉佩龙方程的应用及相图分析3、掌握二元双液系基本相图分析及杠杆规则；4、掌握二元固液体系基本相图分析。5、几何图形描述平衡条

2、件间关系；讨论图上点、线、面的意义、相律及条件（T或p或x）变化的相关问题§1相律相律：研究相平衡系统与相态变化的规律1876年由Gibbs导出相数(Φ)，独立组元数(K)，自由度数（f）一、相与相数（Φ）相：系统中物理、化学性质完全均匀的部分叫一相。特点：同一相的性质完全均匀相与相之间有明显界面；机械方法可分开；相的存在与物质量无关。越过该界面，宏观界面性质突变；相数：体系（系统）中所含相的数目，记为Φ。自然界中物质有三种存在形态（s，l，g）气态：一般能无限混合——单相液态：完全互溶——单相不完全互溶

3、或部分互溶——多相固态：一般不能互溶——多相固溶体——单相二、组元和组元数组元（分，Component），也称独立组元描述体系中各相组成所需最少的、能独立存在的物质(讨论问题方便)。组元（分）数：体系中组元的个数，简称组元，记为K。无化学反应体系：组元数=物种数（N）有化学反应（R）体系：组元数≠物种数如H2(g)，O2(g)，H2O(g)★常温、常压下，K=3★2000℃、常压下，2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)性质：（1）组元为最少物质数目（2）最少物质（数目）必须可以分离出（3）组元数的计

4、算：K=N-R-R’N：物种数R：物种中的独立化学反应数R’：同一相中各物质之间的浓度限制数K=3-1=2★2000℃、常压下，:=21:浓度限制条件（R’），K=3-1-1=1R的求法：R=N-M（N＞M）(经验公式)N：物种数M：组成物质的化学元素数三、吉布斯相律公式及其推导1.自由度（数）——Degreeoffreedom在不影响平衡体系的相数和相态时，在一定范围内可以独立变化的最少强度性质数(独立变量数)，记为f。独立——在一定条件范围内，可以任意变化，不·······。0＜T＜100℃强度性质—

5、—μiⅠ=μiⅡ=μiⅢ=……=μiΦT，p等。三相点处：容量性质可变，强度性质不可变。自由度（数）只能是正整数注意：f是指系统所需最少强度条件数(T、p、xi)2．相律（f与Φ、K之间的关系）封闭体系：物种数N，相数Φ，外界影响因素n;每相变量数：N+n，体系总变量数：Φ(N+n)；有多少变量是独立的呢？▲外界因素力平衡pⅠ=pⅡ=pⅢ=……=pΦ，（Φ–1）个热平衡TⅠ=TⅡ=TⅢ=……=TΦ，（Φ–1）个n个因素····················等式·················共n(Φ–

6、1)个▲化学势μiⅠ=μiⅡ=μiⅢ=……=μiΦ，（Φ–1）个N种物质····················等式·····················N(Φ–1)个μNⅠ=μNⅡ=μNⅢ=……=μNΦ，（Φ–1）个▲独立化学反应数R个▲其它浓度限制条件数R’个▲浓度∑xi=1or∑wi=1Φ个总独立方程式数Φ(N+n)–(N–R–R’)+Φ–n=Φ(N+n)–K+Φ–n独立变量数=总变量数-独立方程式数f=K–Φ+nn：温度、压强、磁场、电场、重力场…等因素通常：只需考虑温度、压强，即取n=2若T

7、=const或p=const，则f*=K-Φ+1f*——条件自由度，如，凝聚相p影响小T,p=constf*=K-Φf=K-Φ+2相律T，p注意：★相律推导已用过力平衡、热平衡和化学势平衡条件；★相律是热力学推论，有普适性和局限性；——适于所有的相平衡体系，定性★平衡共存的相越多，自由度越小fmin=0，Φ达到最大值；Φmin=1，f达到最大值；[例]将氨气通入水中达平衡，则该体系的组元数K=、相数Φ=、和自由度数f=。(a)K=3,Φ=2,f=3;(b)K=2,Φ=2,f=2;(c)K=1,Φ=2,f=

8、1;(d)K=2,Φ=1,f=3.例1、根据相律：f=K-Φ+2，求下列平衡体系的独立组分数K、Φ、f。⑴CaCO3(s),CaO(s),CO2(g)体系；⑵任意比混合的C(s),CO(g),CO2(g)及O2(g)体系；⑶N2(g),H2(g),NH3(g)体系Ⅰ.任意比例混合；Ⅱ.氮气、氢气摩尔比为1:3；Ⅲ.在60℃的真空容器中投入氨气；例2、已知Na2CO3与H2O能形成三种含水盐。即Na2CO3·H2O、Na2CO3