第五章相平衡ppt课件.ppt

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1、第五章相平衡多组分体系热力学——偏摩尔量化学势敞开体系或组成发生变化的多组分系统热力学基本方程不同二组分体系化学势的表达式和计算方法1.物质变化的方向2.物质转移过程中所需做的功化学势什么是“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何随温度、压力和浓度等变量的而发生的变化——学会“看图说话”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

2、和性能之间的关系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5.12几个重要概念5.1多相体系平衡的一般条件5.3相律及相律推推导5.4单组分体系的相图5.5二组分体系的相图及其应用5.6三组分体系的相图及其应用第五章相平衡(1)热平衡条件：设体系有个相，达到平衡时，各相具有相同温度5.1多相体系平衡的一般条件在一个封闭的多相体系中，相与相之间可以有热的交换、功的传递和物质的交流。对具有个相体系的热力学平衡，实际上包含了如下四个平衡条件：(2)

3、压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等5.1多相体系平衡的一般条件（3）相平衡条件：任一物质B在各相中的化学势相等，相变达到平衡多相系统平衡的条件——对于多相平衡体系,无论有多少种物质和多少相所构成,平衡时系统有共同的温度、压力，并且任一种物质在含有该物质的各个相中的化学势都相等。相与相数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

4、均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。5.2几个重要概念相图（phasediagram）表达多相系统的状态如何随温度、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。5.2几个重要概念物种数与独立组分数定义：独立组分数的数值等于体系中所有物种数S减去体系中独立的化学平衡数R，再减去各物种间的浓度限制条件R'。5.2几个重要概念系统中所含化学物质的数目称为物种数，以S表示确定平衡系统中所有各相组成所需要的最小数目的独立物质数，称为独立组分数。以C表示。

5、关于独立组分数例：PCl5（g）、PCl3（g）、Cl2（g）单相体系，物种数和独立物种数为多少？（1）三种物种之间没有化学反应（2）三者之间存在化学平衡PCl5（g）=PCl3（g）+Cl2（g）任意投放PCl5（g）、PCl3（g）、Cl2（g）（3）由纯的PCl5（g）开始分解，没有额外引入PCl3（g）、Cl2（g）例：水煤气发生炉共有C（S），H2O（g）、CO（g）、CO2（g）、H2（g）五种物质，其间能发生化学反应：CO2（g）+C（s）=2CO（g）（1）H2O（g）+C（s）=H2（g）+CO（g）（2）CO2（g）+H2（g）=H2O（g）+CO（g）（3）

6、平衡体系中的独立组分数？关于独立组分数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.自由度与自由度数目确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量性质,称为体系的自由度,用字母f表示.这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。自由度数目:指定状态下的自由度数目.称为自由度数.如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其它强度变量数称为条件自由度，用表示。例如：指定了压力

7、，指定了压力和温度，5.1几个重要概念描述相平衡系统,应该用强度性质还是容量性质?关于自由度系统自由度是指系统独立可变因素,例如,浓度、温度、压力等，这些因素的数值可以在一定的范围内变动，而不引起体系相的数目的改变。或者说，需指定这些因素，系统的状态才能固定。在一个多相平衡系统中,相数、独立组分数、自由度与温度及压力之间存在一定的相互关系，此关系即为相律。相律是所有相平衡系统共同遵守的普遍规律。5.3相律及相律推导一个具有S种组分的多相平衡系统，假定每个相中化学物种都存在，且没有