物理化学-第五章-相平衡.ppt

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1、物理化学电子教案—第五章2021/10/95.1引言5.2多相体系平衡的一般条件5.3相律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5.7*二级相变第五章相平衡第五章相平衡2021/10/95.1引言相（phase）是体系内部物理和化学性质完全均匀的部分。“均匀”是指若从中选出任意两个等量的体积元，则它们的性质完全相同。体系中相的总数称为相数，用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

2、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）。2021/10/95.1引言相界面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。2021/10/95.1引言相平衡：是非均相系统处于热力学平衡状态所具有条件之一。是指系统中各相的组成与数量均不随时间而变化，相间没有物质的净转移。平衡：是指的热力学平衡状态。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、提纯及金相分析等方面都要用到相平衡的知识。2021/10

3、/95.1引言金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。2021/10/95.1引言相图（phasediagram）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。如：x~T图，x~p图，p~T图，x~p~T图。本章并不是仅仅讨论相平衡时的情况，而是讨论热力学基本原理在相平衡中的应用。主要讨论以下两个方面的内容：1、相平衡系统所遵循的普遍规律----相律

4、。2、各种系统的相平衡情况与其所处的温度、压力、浓度等因素的具体关系。通常用相图表示。2021/10/95.1引言2021/10/9(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5.2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)压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等2021/10/95.2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（4）化学平衡条件：系统的

5、组成不再随时间而变化。2021/10/95.3相律研究多相平衡系统的热力学基础为相律。它是物理化学中最具普遍性的规律之一，它讨论平衡系统中相数、独立组分数与描述该平衡系统的自由度（独立强度变量数）之间的关系。注意：1、相律只能对平衡系统作出定性的描述，只讨论“数目”而不讨论“数值”。2、只涉及决定系统平衡位置的强度因素。2021/10/95.3相律自由度（degreesoffreedom）:确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母f表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。注意：1）其它各强度变量均

6、可由这几个强度参数求出。2）有的书中将自由度定义为：在不引起旧相消失和新相产生的前提下，可以在一定范围内自由变动的强度性质的数目，称为系统在指定相态下的自由度。3）之所以是强度性质，是因为相平衡具有与物质的量无关的特性。2021/10/9例如：对于单组分的液相体系，一定范围内T，p均可独立变化，则f=2。对于气~液平衡体系，T，p只可变化其中一个，则f=1。对于气~液~固平衡体系，T，p均不可变，则f=0。2021/10/95.3相律物种数（S）：体系中物质总的种类数。注意：其数值可变，如NaCl（aq）体系，S可取2、3

7、、5等。独立组分数（numberofindependentcomponent）定义：在不改变相平衡状态的前提下，能够表示出各相组成的最少物种数，或在一定条件下体系内可以任意改变其数量的物种数，称为组分数，或独立组分数。R为独立的化学平衡数，R’为物种间的浓度限制条件。2021/10/95.3相律1．若有独立化学反应，由于，S种物质中，有一些物质的浓度不能独立变化，每个反应使一个物种不独立；注：化学反应也必须是独立的；如:对由CO、H2O、CO2、H2、O2组成的平衡体系，化学反应有：（1）CO+H2O=CO2+H2（2）C

8、O+O2=CO2（3）H2+O2=H2O但独立的只有两个，只能使两种物质不独立。2021/10/95.3相律2．在S种物质中，若其中某些物质在同一相中的浓度保持某种数量关系，则称为浓度限制条件。表示为：R′。R′个限制条件，则有R′个物种不独立。在任一相中必然存在∑BxB=1的限制条件，这一关系不算作浓