天大物化资料题库辅导班笔记课件等第六章_相平衡.ppt

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1、第六章相平衡研究相平衡的意义和方法相平衡理论是化工单元操作：结晶、蒸馏、萃取、吸收等的理论基础，在金属和非金属材料的应用中也有重要的应用；相平衡的基本规律——相律（研究平衡系统中有多少个量可以自由变化）；相平衡的研究方法：绘制相图（描述相平衡系统的组成与温度、压力之间关系的图形）；相图的应用：哪几个相平衡共存、各相的组成、各相的量之间的关系、条件变化时相变化的方向和限度。2理解相律的推导和意义，会用相律分析系统的自由度；掌握单组分系统、二组分(理想和实际)系统各种类型相图(T-x-y、p-x-y)的特点和应用；能用相律分析相图，并用杠杆规则进行计算。（指出各区、线、点的稳定相态、存在的

2、平衡及自由度数）本章的基本要求：3§6.1相律相律：描述相平衡系统中独立变量数的定律；相数(P)：系统达平衡时共存的相的数目。组分数(C)：一定条件下，系统内可以任意改变其数量的物质的种类数（物种数）。组分数=物质数(几种物质)-独立化学反应数-独立的限制条件；C=S-R-R´自由度：维持系统原有相数的前提下可以独立改变的变量，可以是温度、压力和表示相组成的某些物质的相对含量。自由度数(F)：自由度的数目。一、术语：4二、相律的推导数学原理：n个方程式限制n个变量。自由度数=总变量数–方程式数系统：S种物质，分布于P个相中,总变量数：平衡各相的T、p相同，故确定整个系统的状态的总变量

3、数为：P(S-1)+2确定一个相状态：T、p、(S-1)个相对含量5对一种物质(B)：相平衡时，(P-1)个方程式B(Ⅰ)=B(Ⅱ)=…=B(P)整个系统S种物质：S(P-1)个方程式独立的化学反应R个：R个方程式独立的限制条件R´个：R´个方程式总方程式数：S(P-1)+R+R´自由度数：F=[P(S-1)+2]-[S(P-1)+R+R´]=S-R-R´-P+2=C-P+2——Gibbs相律方程式数：6相律表达式：F：自由度数C：组分数2：温度、压力（两个变量）说明：1.相律只适用于相平衡系统；2.S种物质可以不存在于每一相中；3.考虑除温度、压力外的其他因素对平衡的影响时，F

4、=C-P+n；4.凝聚系统F=C-P+1。F=C-P+27例1：解：R=1，R´=1（同一相，存在比例关系）C=S-R-R’=3-1-1=1，P=2，F=C-P+2=1-2+2=1，表明T、p、气相组成中仅一个可任意变化。密闭抽空容器中有过量的固体NH4Cl，有下列分解反应:NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)，求此系统的R、R´、C、P、F各为多少？8例2：一密闭抽空容器中有CaCO3(s)分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)求此系统S、R、R´、C、F？解：S=3，R=1，R´=0(浓度限制条件要求同一相)C=S-R-R´=3-1=2，P=3，F=C-P+

5、2=2-3+2=19例3：在一个密闭抽空的容器中有过量的固体NH4Cl，同时存在下列平衡：NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)2HCl(g)=H2(g)+Cl2(g)，求此系统的S、R、R’、C、P、F？解：S=5，R=2p(NH3)=p(HCl)+2p(H2)；p(H2)=p(Cl2)R’=2C=S-R-R’=5-2-2=1，P=2，F=C-P+2=1-2+2=110§6.2杠杆规则多组分系统两相平衡时，两相的数量之比与两相的组成、系统组成之间的关系符合杠杆规则wB()bwB()am()m()wBo11杠杆规则推导：B物质的质量衡算式：mwB=m()wB()+m

6、()wB()总物质衡算式：m=m()+m()(1)(2)(2)代入(1)得：m()wB+m()wB=m()wB()+m()wB()整理得：（组成以B的质量分数表示）12组成以B的摩尔分数xB表示xB()bxB()an()n()xBo可推出：13还可表示成：(6.2.3a)(6.2.3b)(6.2.6a)(6.2.6b)14§6.3单组分系统相图单组分系统，相律F=C-P+2=3-PP=1时，F=2，单组分单相系统自由度为2，为双变量系统，在p、T图上用“面”表示；P=2时，F=1，单组分两相系统自由度为1，为单变量系统，在p、T图上用“线”表示；P=3时，F

7、=0，单组分三相系统自由度为零，为无变量系统，在p、T图上用“点”表示；单组分系统不可能有四相共存。151.水的平衡：g、l、s三相冰水水蒸气冰水水水蒸气冰水蒸气冰水水蒸气无变量系统单变量系统双变量系统16温度t/℃系统的饱和蒸气压p/kPa平衡压力p/kPa水水蒸气冰水蒸气冰水-200.1260.103193.5×103-150.1910.165156.0×103-100.2890.260110.4×103-50.4220.41459.