第四节相平衡 ◆理解相律的意义、推导,掌握其应用; ◆掌握单组分系统、 二组分凝聚系统典型相图的分析和应用; ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 第四节 相平衡 ◆ 理解相律的意义、推导，掌握其应用; ◆ 掌握单组分系统、 ◆ 二组分凝聚系统典型相图的分析和应用;
引言 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 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。 ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 引 言 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 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
§1相律( Phase rule) 、基本概念 相 2物种数S和组分数C; 3.自由度数f 二、相律:f=K-Φ+2 ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 §1 相律（Phase rule） 一、基本概念 1. 相 2.物种数S和组分数C ； 3. 自由度数f 二、相律：f = K – Φ + 2
、基本概念 1相 定义:相( phase)是指体系内部物理和化学性 质完全均匀的部分称为相。 特点 1)相与相之间在指定条件下 气固平衡 有明显的界面,在界面上宏观 性质的改变是飞跃式的。 2)体系可以是单相和多相 相的总数称为相数,用①表 小。 ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 一、基本概念 定义：相（phase）是指体系内部物理和化学性 质完全均匀的部分称为相。 1.相 特点： 1）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。 2）体系可以是单相和多相， 相的总数称为相数，用 表 示
如 气体:不论有多少种气体混合,只有一个气相 如:N2+O2+CO2(一相) 二相 液体:按其互溶程度可以组成 H2o 相、两相或三相。 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)。 如:铁粉十铜粉(二相) ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。 如：N2 + O2 + CO2 (一相) 液体：按其互溶程度可以组成一 相、两相或三相。 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）。 如：铁粉 ＋ 铜粉（二相） 二相 如:
2多相体系平衡的一般条件 四个平衡条件: (1)热平衡条件:设体系有Φ个相,达到平衡时, 各相具有相同温度.Ta=TB=…=T (2)压力平衡条件:达到平衡时各相的压力相等 Pa=Pβ=…=P (3)相平衡条件:任一物质B在各相中的化学势相等, 相变达到平衡 c二 B B -uB (4)化学平衡条件:化学变化达到平衡 0 B/B ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 2 多相体系平衡的一般条件 四个平衡条件： (1)热平衡条件：设体系有Ф 个相，达到平衡时， 各相具有相同温度. T = T =……= T (2)压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等 P = P =……= P B B B = 0 (4) 化学平衡条件：化学变化达到平衡 (3)相平衡条件：任一物质B在各相中的化学势相等， 相变达到平衡. B = B =……=B
3.物种数S和组分数C 物种数S:系统中所含化学物质的种数。 如:水和水蒸气S=2 独立组分数C:表示系统组成的独立物质种数。 C=S-R-R R:独立的化学平衡数 R':独立的浓度关系数 ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 3. 物种数S和组分数C 物种数S：系统中所含化学物质的种数。 如：水和水蒸气, S=2 独立组分数C：表示系统组成的独立物质种数。 C= S – R– R’ R： 独立的化学平衡数 R’ ：独立的浓度关系数
例1 NH4CIS=NH3(g)+HCi(g) C=S-R-R s=3 R=1K=PNH)×P(HC) R=1 PNH3=P(CD C=1 ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 例1 NH4Cl(s)=NH3 (g) + HCl(g) C= S – R– R’ S=3 R =1 Kp= P(NH3 ) × P(HCl) R´=1 P(NH3 )=P(HCl) C=1
例2 系统中有C(s),H2O(g),CO2(g),CO(g),H2(g)共存,C=? 答:系统中有反应: (1)C(s)+H2O(g)今→CO(g)+H2(g) (2)C(s)+CO2 (g+2co(g) (3)CO(g)+H2o(g+Co2 g+H2g) 其中S=5,独立化学平衡数R≠3=2,∴C=5-2=3 注意:系统确定后,其组分数是确定的,物种数有 定随意性。 ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 例2 系统中有C(s), H2O(g), CO2 (g), CO(g), H2 (g)共存，C=？ 答：系统中有反应： (1) C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g) (2) C(s)+CO2 (g) 2CO(g) (3) CO(g)+H2O(g) CO2 (g)+H2 (g) 其中S=5， 独立化学平衡数 R3=2, C=5– 2=3 注意：系统确定后，其组分数是确定的，物种数有一 定随意性
4.自由度( degrees of freedom) 自由度( degrees of freedom):确定平衡体系的状 态所必须的独立强度变量的数目称为自由度,用 字母∫表示。强度变量通常是:T,P,C等。 例:①一杯水和一桶水: Tp,f=2,状态相同,不用确定系统的大小; ②H2O()H2O(g)共存系统: f=1,Tp中只有一个独立变量因p=(T)。 ③NaCl(sm):Tp,c,f=3 ④NaC饱和):T,p,f2(浓度确定c=(T) ←上一内容下一内容◇回主目录 ←返回 2021/2/20
上一内容 下一内容 回主目录 返回 2021/2/20 4.自由度（degrees of freedom） 自由度（degrees of freedom）:确定平衡体系的状 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。强度变量通常是: T, P, C 等。 例： ① 一杯水和一桶水： T, p, f=2，状态相同，不用确定系统的大小； ② H2O(l)-H2O(g)共存系统： f=1, T,p中只有一个独立变量因 p=f(T) 。 ③NaCl(sln)：T, p, c, f=3 ④ NaCl(饱和)： T, p, f=2（浓度确定c=f(T)）