物理化学 第六章相平衡 hase equilibrium 下页返回退出
第六章 相平衡 Phase Equilibrium 物理化学
学习要求: ◆理解相律的推导,掌握自由度数的概念以及相律 的内容及其应用,掌握单组份系统相图的阅读。 ◆对二组份系统的气一液相图,要求掌握相图中点 线面的意义,会应用相律分析相图,熟练运用杠 杆规则计算各相的量。 重点掌握二组份系统的液一固平衡相图,要求了 解如何用热分析法制作相图,掌握典型相图的点 线面的特点和任意组成熔体的步冷曲线的绘制及 特征,熟悉相律和杠杆规则的应用。 ◆了解三组份液一液平衡相图 上页下页返回退出
学习要求： 理解相律的推导，掌握自由度数的概念以及相律 的内容及其应用，掌握单组份系统相图的阅读。 对二组份系统的气—液相图，要求掌握相图中点 线面的意义，会应用相律分析相图，熟练运用杠 杆规则计算各相的量。 重点掌握二组份系统的液—固平衡相图，要求了 解如何用热分析法制作相图，掌握典型相图的点 线面的特点和任意组成熔体的步冷曲线的绘制及 特征，熟悉相律和杠杆规则的应用。 了解三组份液—液平衡相图
第六章相平衡 绪论 §6.1相律 §6.2杠杆规则 §6.3单组分系统相图 §6.4二组分理想液态混合物的气-液平衡相图 §6.5二组份真实液态混合物的气一液平衡相图 §6,6精馏原理 §6,7二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统 的气一液平衡相图 86.8二组分固态互不相溶系统液-固平衡相图 §6.9二组分固态互溶系统液-固平衡相图 86.10生成化合物的二组分凝聚系统相图 §611三组分系统液液平衡相图页下页回出
第六章 相平衡 绪论 §6.1 相律 §6.2 杠杆规则 §6.3 单组分系统相图 §6.4 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图 §6.5 二组份真实液态混合物的气-液平衡相图 §6.6 精馏原理 §6.7 二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统 的气-液平衡相图 §6.8 二组分固态互不相溶系统液-固平衡相图 §6.9 二组分固态互溶系统液-固平衡相图 §6.10 生成化合物的二组分凝聚系统相图 §6.11 三组分系统液-液平衡相图
绪论 化学化工 在化学研究和化学生产过程的分离操作中 经常会遇到各种相变化过程,如蒸发、冷凝、 升华、溶解、结晶和萃取等,这些过程涉及到 不同相之间的物质传递。相平衡研究是选择分 离方法、设计分离装置以及实现最佳操作的理 论基础。 上页下页返回退出
绪 论 化学化工 在化学研究和化学生产过程的分离操作中， 经常会遇到各种相变化过程，如蒸发、冷凝、 升华、溶解、结晶和萃取等，这些过程涉及到 不同相之间的物质传递。相平衡研究是选择分 离方法、设计分离装置以及实现最佳操作的理 论基础
绪论 材料科学 硅酸盐制品——制品中大多数是含有多种晶 相和玻璃相的多相系统,因此制品的性能必 然是与相组成、含量及生产过程有关。 无机材料——功能材料(特殊性能的材料) 是由多种物质构成的复杂系统,制备过程中 涉及相变化。 冶炼过程——相的变化,研究金属成分、结 构与性能的关系。 上页下页返回退出
材料科学 硅酸盐制品——制品中大多数是含有多种晶 相和玻璃相的多相系统，因此制品的性能必 然是与相组成、含量及生产过程有关。 无机材料——功能材料（特殊性能的材料） 是由多种物质构成的复杂系统，制备过程中 涉及相变化。 冶炼过程——相的变化，研究金属成分、结 构与性能的关系。 绪 论
绪论 相平衡研究就是要揭示多相平衡体系中各种强 度性质(温度T压力P和组成)与相变化过程的关 系,这种关系可表示为 1、相律( phase rule): 表示相平衡系统的独立变量数与相数、独立 组分数之间关系的规律。 2、相图( phase diagram): 以T,P,x为坐标作图,称为相图,能直观 地表达多相系统的状态随温度、压力、组成等强度性 质变化而变化的图形。 上页下页返回退出
相平衡研究就是要揭示多相平衡体系中各种强 度性质（温度T、压力P 和组成）与相变化过程的关 系，这种关系可表示为 1、相律(phase rule)： 表示相平衡系统的独立变量数与相数、独立 组分数之间关系的规律。 2、相图(phase diagram)： 以T，P，x为坐标作图，称为相图，能直观 地表达多相系统的状态随温度、压力、组成等强度性 质变化而变化的图形。 绪 论
§6.1相律( Phase rule) 1.自由度数 (number of degrees of freedom 能够维持系统原有相数而可以独立改变的 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)的数目。记作F。 因为这些变量在一定范围内可以变动,则 在讨论系统的状态时,必须指定这些变量的值 所以,自由度数就是描述相平衡状态所需的最 少独立变量数。 上页下页返回退出
1.自由度数 （number of degrees of freedom ） §6.1 相律（Phase Rule） 能够维持系统原有相数而可以独立改变的 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）的数目。记作F。 因为这些变量在一定范围内可以变动，则 在讨论系统的状态时，必须指定这些变量的值。 所以，自由度数就是描述相平衡状态所需的最 少独立变量数
如 (1)液态水,在一定范围内改变T,p,仍可以保 持水为单相液态水,所以,在确定其状态时,必须 同时指定TP,才能确定水的状态。则F=2。 (2)水的气液平衡,体系的温度和压力之间具有 函数关系,温度一定,压力也随之而定;反之 亦然。所以,指定其状态时只需指定温度或压力即 可。此时,F=1。 上页下页返回退出
如： （1）液态水，在一定范围内改变T、p，仍可以保 持水为单相液态水，所以，在确定其状态时，必须 同时指定T、p，才能确定水的状态。则F = 2。 （2）水的气液平衡，体系的温度和压力之间具有 函数关系， 温度一定，压力也随之而定；反之， 亦然。所以，指定其状态时只需指定温度或压力即 可。此时，F = 1
2相律的推导 依据:自由度数=总变量数一方程式数 设一个多相多组分系统中,有种物质1、2、 3S)分布在P个相(a,B,y@)中对 于其中任意一相a相,必须知道Ta、Pa x,才能确定其状态。所以,决定 a相状态的变量共有(S+2)个。系统中共有 P个相,则整个系统的变量数为P(S+2) 但这些变量不是完全独立的,相互之间有 联系, F=P(S+2)-平衡时变量间的关系式数 上页下页返回退出
设一个多相多组分系统中，有S种物质1、2、 3…S）分布在P个相（α、β、γ…φ）中 对 于其中任意一相α相，必须知道Tα、pα、 xα1、…、xαs，才能确定其状态。所以，决定 α相状态的变量共有（S + 2）个。系统中共有 P个相，则整个系统的变量数为 P（S + 2） 但这些变量不是完全独立的，相互之间有 联系， F = P(S + 2)-平衡时变量间的关系式数 2.相律的推导 依据：自由度数＝总变量数－方程式数
相律的推导 (1)系统处于热力学平衡态,有 热平衡T=…=T(P1)个等式 力平衡pa (P-1)个等式 相平衡a=…=HnS(P-1)个等式 (2)每个相中有S种物质,xB=1 xs=1-x1-x2xs1P个浓度关系式。 (3)独立化学平衡数为R,独立浓度关系数为R F=P(S+2)-(P-1)-(P-1)-S(P-1)-P-R-R =S-R-R-P+2=C-P+2 上页下页返回退出
（1）系统处于热力学平衡态，有 热平衡 Tα= … = Tp （P-1）个等式 力平衡 pα = … = pp (P-1）个等式 相平衡 μα1 = … = μp1 S（P-1）个等式 ┊ ┊ μαs = … = μps （2）每个相中有S种物质，ΣxB = 1， xS =1- x1 – x2 -xs-1 P个浓度关系式。 （3）独立化学平衡数为R，独立浓度关系数为R'。 F = P(S + 2) –(P–1) –(P–1) –S(P–1)- P – R –R' = S – R – R` –P + 2 = C –P + 2 相律的推导
