第六章--相平衡ppt课件.ppt

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1、第六章引言相变是自然界普遍存在的一种突变现象，也是物理化学中充满难题和机遇的领域之一。相变现象丰富多彩，大海里的万顷碧波，初秋早晨湖面上的袅袅轻烟和高山上的缕缕薄雾，夏天黄昏时万里云空中的朵朵彩云及冬日雪后琳琅满目的雪花和冰晶便是水的各种相态。由此可见自然界中相变的千姿百态之一斑。相变也是充满意外发现的领域，如超导（1911年）、超流都是科学史上与相变有关的重大发现。第六章相平衡相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。研究多相体系的相平衡在化学、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。相图（phas

2、ediagram）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。第六章相平衡§6.1相律§6.2单组分系统相图§6.3二组分理想液态混合物的气～液平衡相图§6.4精馏原理§6.5二组分真实液态混合物的气-液相图§6.6二组分部分互溶系统的气-液相图§6.7二组分完全不互溶系统的气-液相图§6.8生成简单低共熔混合物系统的液-固相图§6.9生成化合物系统的液-固相图§6.10液、固相都完全互溶系统的液-固相图§6.11固态部分互溶系统的液-固相图第六章相平衡1、相（phase）体系内部物理和化学性质完全均匀一致的部分称为相。相与相之间在

3、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。相数：体系中相的总数称为相数，用“P”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多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。§6.1相律相数的确定：§6.1相律2、物种数系统中含有物质的数目，即构成系统的每一个可以独立分离出来的并可以独立存在的化学纯物质的数目，一般用“S”表示3.组分数（numberofindependentcomponent）在平衡体系所处的条件下，能够确定平衡系统各相组成所需的最少物

4、种数，也称为独立组分数。它的数值等于体系中所有物种数S减去体系中独立的化学平衡数R，再减去各物种间的浓度限制条件R'。§6.1相律(1)如果体系中没有化学反应，C＝S(2)如果体系中有化学反应，C＝S－R－R′如果在S个物种中，有几个物种在同一个相中，其浓度能保持某种数量关系，常称这种关系为浓度限制关系，数目用R′来表示。§6.1相律S种参与反应的物质能够产生的独立化学平衡关系的数目,称为独立化学平衡数R。§6.1相律例1、在低温下将C(s)O2(g)CO(g)CO2(g)放入一密闭容器中例2、在高温下将C(s)O2(g)CO(g)CO2(g)放入一密闭容器中例3、

5、将一定量的固态NH4HS(s)放入一抽空容器中1.C=S=42.C=S-2=4-2=2（独立反应数=总反应数-元素数）3.C=S-1-1=3-1-1=1例4、试确定H2(g)+I2(g)==2HI(g)的平衡系统中，在下述情况下的组分数。（1）反应前只有HI(g)（2）反应前H2(g)和I2(g)物质的量相等（3）反应前有任意量的H2(g)和I2(g)(1)C=S-1-1=1(2)C=S-1-1=1(3)C=S-1-0=2例5、试确定下述系统的组分数：（1）由任意量CaCO3(s)、CaO(s)、CO2(g)反应达平衡的系统C=S-1-0=2（2）仅由CaCO3(s

6、)部分分解达到平衡的系统C=S-1-0=2§6.1相律在不引起系统相数改变的前提下，在一定范围内可以独立改变的强度性质变量称为自由度。这些强度变量通常是压力、温度和组成等。自由度的数目用字母“F“表示。4.自由度（degreesoffreedom）§6.1相律例1、液态水系统F=2例2、纯水的气液两相平衡系统F=1例3、任意组成的一个二组分盐水与水蒸气平衡系统F=2例4、盐的饱和水溶液与水蒸气三相平衡系统F=1设在一个多相平衡体系中有S种物质，P个相，且设每个物种在每个相中均存在，S个物种在一个相中有多少个组成变量呢？相律推导：应用代数定理一个相：（S－1）个组成变

7、量P个相：P（S－1）个组成变量总变量数：P（S－1）＋2（温度、压力）§6.1相律自由度数=总变量数-关联变量的方程式数5.相律（phaserule）当各相达平衡时，各个单相中还有以下限制：即每一种物质在每一相中的化学势相等总的关联变量的方程数为：但这些变量并不是相互独立的，根据相平衡的条件§6.1相律一共S(P-1)个化学势等式体系的独立变量：＝C－P＋2F＝C－P＋2这就是著名的吉布斯相律F＊＝C－P＋1这就是条件自由度若指定温度或压力：§6.1相律F=P(S-1)+2-S(P-1)-R-R’相律是相平衡体系中揭示相数P，组分数C和自由度F之间关系的规律，