大学物理化学公式总结第2章 相平衡ppt课件.ppt

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1、第二章相平衡1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、提纯及晶相分析等方面都要用到相平衡的知识。22.0相平衡研究的内容和方法一.相平衡热力学相平衡热力学是用热力学原理研究多相系统中有关相变化方向和限度的规律。研究方法包括解析法和图解法（相图）二.相律是各种相平衡系统所遵守的共同规律根据相律可以确定:对相平衡系统有影响的因素有几个在一定条件下相平衡系统中最多可以有几个相共存等单组分、多组分系统相平衡热力学3四.相平衡强度状态图相图（phasediagr

2、am）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。4Ⅰ相律2.1相律相（phase）的概念：体系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，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数，用Φ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（固体溶液除外，它是单相）。5相数Φ:平衡时，系统相的数目气相Φ=1液相Φ≥1固相除了“固溶体”，Φ=S固2.

3、物种数和(独立)组分数物种数S：系统中所含化学物质数组分数C：足以表达系统中各相组成所需要的最少独立物种数C=S-R-R’R:独立的化学反应计量式数目；R:浓度限制条件数(除一相中各物质的摩尔分数之和为1)6例：由PCl5、PCl3和Cl2三种物质组成的系统，存在的化学平衡PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)S=3R=1C=S-R=2若起始只有PCl5(g)（新物种生成or电中性条件）,R=1C=S-R-R=1①独立化学平衡数R：必需是实际存在的独立的化学反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)C(s)+CO2(g)=

4、2CO(g)组合得到：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)S=5R=2C=3②浓度限制条件数R’：只有在同一相中才能适用，不同相之间不存在此种限制条件。CaCO3分解CaCO3(s)=CO2(g)+CaO(s)S=3R=1R’=0C=27自由度数自由度数f：不引起旧相消失和新相形成的前提下，在一定范围内可以独立变动的强度因素的个数。例：单组分H2O的系统单相Φ=1时，s或l或gf=2T和p两相Φ=2时，sl、lg、sgf=1T或p三相Φ=3时，slgf=08相律的数学表达式及其推导某一含C组分、平衡时有Φ个相的系统每一相中，强度

5、变量数f=C-1（除去(Σxi=1)的条件）Φ个相，强度变量数f=Φ(C-1)考虑温度和压力两个影响系统相态的因素f=Φ(C-1)+2每一组分i在各相中的化学势必须相等有关系式Φ-1个C个组分在Φ个相中共有关系式C(Φ-1)个系统的自由度数f=[Φ(C-1)+2]-C(Φ-1)f=C-Φ+2相律有b个特殊规定时f=f-b=C-Φ+2-b条件自由度数9例：碳酸钠与水可组成下列几种化合物：Na2CO3˙H2O(s)，Na2CO3˙7H2O(s)，Na2CO3˙10H2O(s)(1)试说明标准压力下，与碳酸钠水溶液和冰共存的含水盐最多可以有几种？

6、解：S=5，R=3，R=0，C=2(即Na2CO3和H2O)压力一定f=C-Φ+2-1=3-Φf=0时，Φmax=3除去水、冰，含水盐最多1种(2)试说明在30℃时，与水蒸气平衡共存的含水盐最多可有几种？解：温度一定f=C-Φ+2-1=3-Φf=0时，Φmax=3除去蒸气与水蒸气平衡共存的含水盐最多有2种10测试：试说明下列平衡系统的自由度f为若干？若f≠0，指出相应变量是什么？(1)25℃及标准压力下，NaCl的饱和水溶液解：S=2，R=R=0，C=2，f=C–Φ+2-2=C–ΦΦ=2f=0(2)I2(s)与I2(g)平衡。

7、解：S=1，R=R=0，C=1，f=C-Φ+2=3-ΦΦ=2f=1，变量T或p(3)开始时用任意量的HCl(g)和NH3(g)组成的系统中，反应HCI(g)+NH3(g)=NH4Cl(s)达到平衡。解：S=3，R=1，R=0，C=2，f=C-Φ+2=4-ΦΦ=2f=2，变量T和p11Ⅱ单组分系统相平衡热力学2.2克拉珀龙方程一.单组分系统相平衡关系αβf=C-Φ+2=1-2+2=1单组分系统相平衡时，温度和压力两个强度变量中只有一个独立可变。12克拉珀龙方程推导：平衡态的微扰仍是平衡态ΔG=0T，pα相β相T+dT，p+dpα相β相ΔG=

8、0dGαdGβdGα=dGβdG=-SdT+Vdp-SαdT+Vαdp=-SβdT+Vβdp（Vβ-Vα）dp=（Sβ-Sα）dT克拉珀龙方程13一.凝聚相-气相两