物理化学第四章相平衡精品课件

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1、物理化学第四章相平衡PhaseEquilibrium制作：赵彦春本章目录第一节相律(phaserule)第二节单组分体系第三节二组分双液体系第四节两组分固-液体系第五节三组分体系的相平衡及其应用相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。引言研究相平衡的主要工具是相图与相律。对于多相体系，多相体系平衡应满足以下几个条件：热平衡条件：体系各部分之间有热量交换过程时达到的平衡条件(各相温度相等)力学平衡条件：体系各部分之间有力的作用而发生变形时，达到平衡的条件(主要指各相的压力相等)。相平衡条件：多相体系中，相变过程达到平衡时的条件(各相的化学势相等)。化学平衡

2、条件：体系内有化学变化发生时，达到的平衡条件。第一节相律(phaserule)1相与相数相：体系内部物理性质与化学性质完全均匀的部分成为相，相与相之间有明显的界面，可以用物理方法将其分开。相数：体系中相的总数称为相数。对于气体而言，由于各种气体可以无限制的均匀混合，彼此间无界面之分，因此无论体系中有多少种气体，都是一相；对于液体，可以有一相、两相或者三相；对于固体，一般来说，有几种固体就有几相，如果几种固体物质之间已达到分子混合程度，则称为固溶体，看作一相(如金-银固溶体)第一节相律(phaserule)2组分与组分数独立组分(independentcom

3、ponent)：用以确定平衡体系中所有各相组成所需的最少数目的独立物质称为独立组分，简称组分。组分数：组分的数目成为组分数，以C来表示。物种数：体系中所含的化学物质的数目，以S来表示。第一节相律(phaserule)若体系中各物质之间没有任何化学平衡存在时，C=S若各物种之间有化学平衡存在，则C

4、le)除化学平衡外，还存在浓度限制条件，以R’表示独立浓度限制条件，则例：若Cl2、PCl3、PCl5三者之间的浓度为任意比，则为二组分体系。若控制则C=1即通过PCl5一种物质即可产生PCl3和Cl2，且所以独立的含义与化学平衡数中的独立的含义相同。注意：物质之间的浓度限制条件只能在同一相中应用，不同相之间不存在浓度限制条件。第一节相律(phaserule)3自由度在不引起旧相消失和新相产生(即保持相的数目和类型不变)的前提下，可以在一定范围内变动的独立变量(如浓度(组成)，温度，压力等)称为独立可变因素，其数目为自由度(degreeoffreedom)

5、，用f表示。如：对于一定温度下的液相体系，T、p均可独立变化，则对于气-液平衡体系，T、p只可独立变化其中一个，则对于气-液-固平衡体系，T、p均不可变，则第一节相律(phaserule)4相律的推导对于S种物质，P相组成的相平衡封闭体系，设整个体系仅用一个温度T和和一个压力p表示，每一种物质在P个相中都存在，则有：每一个相有S个变量：相相P相……………………………………………………总变量数：（2是指温度及压力）第一节相律(phaserule)多相平衡时的关系式有：……………………………共有P个关系式，另外，相平衡时，每种物质在各相中的化学势相等，即有

6、：……………………（横向每一行有P-1个等式）（纵向共有S行）共有S(P-1)个关系式第一节相律(phaserule)同时设化学平衡关系式的数目为R和浓度限制条件为R’则体系中关系式的总数为从总变量中减去这些关系式总数即为自由度数：即相律5条件自由度在f中人为固定一些因素或某一个因素对系统影响不大时，则可将此因素略去，此时的自由度即为条件自由度。如：固定温度或者压力时，当体系的温度和压力都固定时，第一节相律(phaserule)例题：1．生成如下几种水化物：与问(1)pӨ下，与Na2CO3的水溶液、冰H2O(s)平衡共存的水化物，最多有几种？(2)试指出3

7、0℃时，与水蒸气H2O(g)平衡共存的Na2CO3水化物最多有几种？解：因为S=5，R=3，R’=0(水与Na2CO3均为任意量)所以第一节相律(phaserule)即三相共存，除去条件中的两相，只能有一种水化物共存。(2)由于已有水蒸气一相，所以可以有两种Na2CO3水化物可以与之共存。(1)时，P有最大值，所以2．单质碘溶于CCl4所得的溶液中加水，振荡后两液分层后达平衡，问f=?解：因为C=3所以这表明，T，p及某液层的浓度确定之后，体系的平衡状态即可确定。第一节相律(phaserule)3．水煤气发生炉中共有C(s)，H2O(g)，CO(g)，CO

8、2(g)以及H2(g)五种物质，能发生的反应有：则体系的自由度f=