相平衡物理化学资料

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1、物理化学上海海洋大学物理化学课件任课教师：熊振海zhxiong@shou.edu.cn15692166712QQ群：112104578（学号+姓名加入）答疑时间：周五下午第一大节答疑地点：食品学院A115千里之堤,毁于蚁穴百年累之，一朝毁之《后汉书·窦融传》《韩非子·喻老》上海海洋大学物理化学课件第三章相平衡相律二组分双液系相图单组分体系相图上海海洋大学物理化学课件本章基本要求◆理解相律的意义、推导，掌握其应用;◆掌握单组分系统、二组分气-液平衡系统和二组分凝聚系统典型相图的分析和应用;◆掌握用杠杆规则进行分析与计算;◆了解由实

2、验数据绘制简单相图的方法;上海海洋大学物理化学课件引言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。上海海洋大学物理化学课件引言相图（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。上海海洋大学物理化学课件§3.1相律（Phaserule）一、基本概念1.相2.物种数S和组分数C；3.自由度数f二、相律：f=C–P+2上海海洋大学物理化学课件§

3、3.1相律一、基本概念定义：相（phase）是指体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。1.相特点：1）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。2）体系可以是单相和多相，相的总数称为相数，用P表示。上海海洋大学物理化学课件§3.1相律气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。如：N2+O2+CO2(一相)液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三相。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）。如：铁粉＋铜粉（二相）二相如:上海海洋大学物理化学

4、课件§3.1相律2多相体系平衡的一般条件四个平衡条件：(1)热平衡条件：设体系有P个相，达到平衡时，各相具有相同温度.T=T=……=TP(2)压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等p=p=……=pP(4)化学平衡条件：化学变化达到平衡(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.B=B=……=BP上海海洋大学物理化学课件§3.1相律3.物种数S和组分数C物种数S：系统中所含化学物质的数量。应注意不同聚集态的同一种化学物质算同一物种，例如水和冰。组分数C：能够表示系统组成的独立物质数。C=S–R–R

5、’R：独立的化学平衡数R’：独立的浓度关系数上海海洋大学物理化学课件§3.1相律C=S－R－R'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。例如在C(s)、CO(g)、CO2(g)和O2(g)组成的系统中可能存在反应：C(s)+(1/2)O2(g)=CO(g)C(s)+O2(g)=CO2(g)C(s)+CO2(g)=2CO(g)CO(g)+(1/2)O2(g)=CO2(g)但只有两个反应是独立的即R=2，因为其中两个反应通过加减组合可得到其它反应。上海海洋大学物理化学课件§3.1相律C=S－R－R

6、'其它浓度限制条件R'通常是反应产生的产物符合一定比例（仅对同相有效，通常指气相，固相一般不考虑）或者人为指定而引起的个数.上海海洋大学物理化学课件§3.1相律例1NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)C=S–R–R’S=3R=1Kp=p(NH3)×p(HCl)R´=1p(NH3)=p(HCl)C=1上海海洋大学物理化学课件§3.1相律例2系统中有C(s),H2O(g),CO2(g),CO(g),H2(g)共存，C=？答：系统中有反应：(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)(2)C(s)+CO2(g)2CO(

7、g)(3)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)其中S=5，独立化学平衡数R3=2,C=5–2=3注意：系统确定后，其组分数是确定的，物种数有一定随意性。上海海洋大学物理化学课件§3.1相律4.自由度（degreesoffreedom）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。强度变量通常是:T,p,C等。例：①一杯水和一桶水：T,p,f=2.②H2O(l)-H2O(g)共存系统：f=1,T,p中只有一个独立变量因p=f(T)。上海海洋大学物理

8、化学课件§3.1相律再例:单组分系统：水保持液态(单相)可在一定的温度、压力范围内任意变化；而气液平衡(沸腾，两相)时压力一定温度(沸点)必一定，仅有一个可变；当气液固（三相）平衡时，温度和压力均为一定值，不能变化。因此