第六章-相平衡ppt课件.ppt

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1、第六章相平衡CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,FZU相平衡的相关知识对于冶金、采矿、化工、材料、地质等行业的生产过程有着重要的意义。冶金：根据冶炼过程中的相变情况，可监测金属的冶炼过程以及研究金属的成分、结构与性能之间的关系；采盐制盐：海盐、岩盐以及湖盐都是混合盐，只有用相平衡的研究方法进行适当的溶解、重结晶等过程达到分离提纯的目的。1.从热力学的基本原理、公式出发，推导系统的温度、压力与各相组成之间的关系，并用数学公式予以表达，如克拉佩龙方程、拉乌尔定律等；2.用图形表示相平衡系统温度、压力、组成之间的关系，这种图形即称为相图。

2、相图由实验绘制。相平衡研究的主要内容：如何科学的表达一个相平衡系统的状态如何随着组成、温度、压力等变量变化。§6.1相律§6.2单组分系统相图§6.3二组分系统理想液态混合物的气–液平衡相图§6.4二组分真实液态混合物的气–液平衡相图*§6.5精馏原理§6.6二组分液态部分互溶及完全不互溶系统的气–液平衡相图§6.7二组分固态不互溶系统液–固平衡相图§6.8生成化合物的二组分凝聚系统相图§6.9二组分固态互溶系统液–固平衡相图§6.10三组分系统液–液平衡相图*§6.11二级相变简介二、相律一、基本概念§6.1相律三、几点说明1.相(Phase)一、基本概念系统中物理性质和

3、化学性质完全相同的均匀部分即称为相。相与相之间存在明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。均相系统：系统中只有一个相；多相系统：若有若干个相平衡共存，也称为非均相系统。多相系统中平衡共存的相的数目称为相数，用P表示。显然，P是大于零的正整数。2.相数P气体：通常任何气体均能无限混合，所以系统中不论有多少种气体混合，只有一个气相。对于任意气相系统，均有P=1。液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。当两种液体混合时，根据其互溶程度可以分为以下三种：完全互溶：完全不互溶：部分互溶：水−乙醇；乙醇−甲醇；水−油；水−氯苯；水−正丁醇；水−苯胺。P=1P=2P=2固体

4、：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(固态溶液除外)。例：现有一系统发生如下反应，则相数P等于多少？FeO(s)+CO(g)→Fe(s)+CO2(g)P=3指维持系统相数不变的前提下，可以独立改变的变量（如温度、压力、组成等）的个数，用字母F表示。3.自由度F(DegreeofFreedom)F只是数量，并未指明是哪个物理量发生改变。显然，F是大于或等于零的整数。例如：水在气、液两相平衡共存时，相数P=2。此时系统的压力也就是该温度下水的饱和蒸气压。若要改变系统温度，则系统的压力必将自发调整为改变后温度下的水的饱和蒸气压；同理，若改变压力，

5、则相应气液两相系统的平衡温度也将随之改变。综上，在水的气液两相平衡系统中，能够独立改变的变量只有一个，即自由度F=1。从上述例子可知，对于单组分体系，要保持相数P=2不变时，自由度F=1。对于二组分体系：以任意组成的盐水溶液的气液两相平衡为系统，此时相数P=2，自由度F=？。可以改变的变量有：温度、压力、盐水溶液的组成。根据拉乌尔定律，此时的压力，即水的蒸气压，是温度和盐水溶液组成的函数。所以，可独立改变的变量数，即自由度F=2。目的：确定系统的自由度，即独立变量的个数。相平衡系统中共同遵守的最基本的热力学规律。二、相律（Gibbs’sPhaseRule）自由度F=描述平衡

6、系统的总变量数–非独立变量数相律的推导关联变量的方程式的个数=描述平衡系统的总变量数–方程式的个数设一平衡系统中，有S种物质，分布于P个相中的每一个相中，且任一物质在各相中的分子存在形式相同。描述一个相的状态需要变量T,p,(x1,x2,…,xs)因为每个相中的组成均有如下关系：x1+x2+…+xs=1，所以每个相中独立的组成变量数为(S–1)，则P个相中关于组成的独立变量数为P(S–1)；描述平衡系统的总变量数关于组成的独立变量数为P(S–1)；考虑到平衡系统中，各相具有相同温度与压力；即此类变量数为2；综上，平衡系统中的总变量数=P(S–1)+2。描述平衡系统的总变量数

7、方程式的个数与系统中的热力学平衡条件相关，通常有如下四个平衡：热平衡、压力平衡、相平衡、化学平衡。相平衡条件：相平衡时任一物质(编号为1,2,···,S)在各相(编号为I,II,···,P)中的化学势相等（课本Page159“化学势判据”）第1种物质：μ1(I)=μ1(II)=…=μ1(P)第2种物质：μ2(I)=μ2(II)=…=μ2(P)………第S种物质：μS(I)=μS(II)=…=μS(P)(P−1)个方程式S(P−1)个方程式化学平衡条件：若有化学反应(编号为1,2,…,R)达到平衡，即：(课本Page1