傅献彩物理化学电子教桉课件-第五版05章_相平衡

《傅献彩物理化学电子教桉课件-第五版05章_相平衡》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、物理化学电子教案—第五章相平衡质量分数等压T/K单相两相等温§5.1引言§5.2多相系统平衡的一般条件§5.3相律§5.4单组分系统的相平衡§5.5二组分系统的相图及其应用§5.6三组分系统的相图及其应用*§5.7二级相变第五章相平衡*§5.8铁-碳系统的相图§5.1引言相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一相图（phasediagram）研究多相系统的平衡在化学、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研究多相系统的状态如何随温度、压力和组成等强度

2、性质变化而变化，并用图形来表示，这种图形称为相图。§5.1引言相律（phaserule）研究多相平衡系统中，相数、独立组分数与描述该平衡系统的变数之间的关系。它只能作定性的描述，而不能给出具体的数目。相（phase）系统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。§5.1引言系统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。两种固体粉末无论混合得

3、多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。§5.1引言自由度（degreeoffreedom）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。确定平衡系统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。例如：指定了压力指定了压力和温度(1)热平衡§5.2多相系统平衡的一般条件在一个封闭的多相系统中，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个相系统的热力学平衡，实际上包含了如下四个平衡：(2)力学平衡(3)相平衡(4)化

4、学平衡(1)热平衡条件设系统有,两个相构成，在系统的组成、总体积和热力学能均不变的条件下，若有微量热自相流入相，系统总熵变化为当系统达平衡时当系统达平衡时，两相的温度相等。同理，可以推广到多相平衡系统(2)压力平衡条件设系统的总体积为V，在系统的温度、体积及组成均不变的条件下，当系统达平衡时当系统达平衡时，两相的压力相等。同理，可以推广到多相平衡系统设相膨胀了相收缩了(3)相平衡条件设多组分系统中只有和两相，并处于平衡状态。在定温、定压下，根据偏摩尔量加和公式平衡时有的物质B从相转移到了相因为同

5、理，可以推广到多相平衡系统(4)化学平衡条件在达到化学平衡时，反应物的化学势等于生成物的化学势，化学势的代数和可表示为对于含个相的多相平衡系统，这几个平衡可表示为§5.3相律某平衡系统中有S种不同的化学物种，有个相，需要多少强度变量才能确定系统的状态？表示每一个相的组成需要的浓度变量为表示所有各相组成需要的浓度变量为加上温度和压力两个变量，则变量总数为根据化学势相等导出联系浓度变量的方程式数为§5.3相律根据自由度的定义这是相律的一种表示形式（1）若化学反应中有R个独立的化学平衡（2）系统的强度性质还要满足R‘

6、附加条件，例如浓度限制条件§5.3相律则相律表示式为令：相律为：C称为独立组分数它的数值等于系统中所有物种数S减去系统中独立的化学平衡数R，再减去各物种间的强度因数的限制条件R'。§5.3相律对于化学平衡条件，必须是独立的例如系统中有如下反应：这三个反应中只有两个是独立的，所以R=2§5.3相律又如，在真空容器中发生如下反应：因为有一个独立的化学反应，所以R=1因为两种气体的量保持一定的比例所以§5.3相律对于浓度限制条件R‘，必须是在同一相中几个物质浓度之间存在的关系，能有一个方程把它们的化学势联系起来。例如：因

7、为不在同一相中§5.3相律对于凝聚系统，压力影响不大，只有温度影响平衡，则相律可表示为若除温度、压力外，还要考虑其他因素（如磁场、电场、重力场等）的影响，则相律可表示为§5.4单组分系统的相平衡单组分系统的两相平衡——Clapeyron方程外压与蒸气压的关系——不活泼气体对液体蒸气压的影响水的相图*硫的相图超临界状态§5.4单组分系统的相平衡双变量系统单变量系统无变量系统单组分系统的自由度最多为2，双变量系统的相图可用平面图表示。单组分系统的相数与自由度单相当=1两相平衡当=2三相共存当=3C=1f+=3§

8、5.4单组分系统的相平衡相点物系点单相区，物系点与相点重合；两相区中，只有物系点，它对应的两个相的组成由对应的相点表示表示某个相状态（如相态、组成、温度等）的点称为相点。相图中表示系统总状态的点称为物系点。在T-x图上，物系点可以沿着与温度坐标平行的垂线上、下移动；在水盐相图上，随着含水量的变化，物系点可沿着与组成坐标平行的直线左右移动。在一定温度和压力下，