章相平衡 本章主要学习单组分及二组分复相平衡的规律 >意义为:物质(材料)的性能不仅与其化学组成 有关,也与相组成密切相关,特别是合金材料和晶 体物质。 >相平衡理论是很多工业分离及提纯技术的基础: 如蒸馏、吸收、萃取和结晶 有几相一服从相律 相平衡问题 哪几相、组成如何一用相律分析相图
章 相平衡 本章主要学习单组分及二组分复相平衡的规律。 ➢ 意义为：物质（材料）的性能不仅与其化学组成 有关，也与相组成密切相关，特别是合金材料和晶 体物质。 ➢ 相平衡理论是很多工业分离及提纯技术的基础： 如蒸馏、吸收、萃取和结晶 相平衡问题 有几相—服从相律 哪几相、组成如何—用相律分析相图
第五章相平衡 学习要点: 掌握相平衡问题的普遍规律—吉布斯相律; 掌握纯物质系统相平衡的特点、克拉贝龙方程 的应用及相图分析; 掌握二元双液系基本相图分析及杠杆规则 掌握二元固液体系基本相图分析。 §5-1相律 §5-2单组分体系的相平衡 §5-3二元双液系的相平衡 §5-4二元合金及水盐系的相平衡 习题:6.1,6.2,6.3,6.9,6.15,6.18,6.22
第五章 相平衡 §5-1 相律 §5-2 单组分体系的相平衡 §5-3 二元双液系的相平衡 §5-4 二元合金及水盐系的相平衡 学习要点： ➢掌握相平衡问题的普遍规律——吉布斯相律； ➢掌握纯物质系统相平衡的特点、克拉贝龙方程 的应用及相图分析； ➢掌握二元双液系基本相图分析及杠杆规则； ➢掌握二元固液体系基本相图分析。 习题：6.1，6.2，6.3，6.9，6.15，6.18，6.22
§5-1相律 相律—关于相平衡系统的普遍规律。 1876年 Gibbs导出 揭示了系统自由度数F与独立组分数C和 相数P间的关系。 、相与自由度的概念 、相律的推导
§5-1 相 律 一、相与自由度的概念 二、相律的推导 相律——关于相平衡系统的普遍规律。 1876年Gibbs导出 揭示了系统自由度数 F 与独立组分数 C 和 相数 P 间的关系
、相与自由度的概念 1、相与相数P 系统中物理及化学性质完全均一的部分为一相; 系统含有这种均一部分的数目即为体系的相数。 相与相之间有明显的界面,越过该界面,体系的 物理或化学性质发生突变。 气体系统一单相; 液体系统单相各组分互溶 复相—各组分不互溶或不完全互溶。 固体系统(单相固溶体 机械混合时,为复相
一、相与自由度的概念 1、相与相数 P 系统中物理及化学性质完全均一的部分为一相； 系统含有这种均一部分的数目即为体系的相数。 相与相之间有明显的界面，越过该界面，体系的 物理或化学性质发生突变。 气体系统—单相； 液体系统 单相——各组分互溶； 复相——各组分不互溶或不完全互溶。 固体系统 单相——固溶体； 机械混合时，为复相
、相与自由度的概念 2、自由度数F 在不破坏相平衡的条件下,系统中一定范围内 可独立改变其数量的强度性质数。 例如: 液态纯水,一定范围内T、p均可变,F=2; 纯水液气平衡,T-p对应,F=1; 纯水固液气三相平衡,T、p均为定值,F=0
2、自由度数 F 在不破坏相平衡的条件下，系统中一定范围内 可独立改变其数量的强度性质数。 例如： 液态纯水，一定范围内 T、p 均可变，F =2； 纯水液气平衡， T - p对应，F=1； 纯水固液气三相平衡， T、p 均为定值，F=0 一、相与自由度的概念
、相律的推导 推导思路:自由度数F=总变量数一非独立变量数 T及所有x 受限制的x 设:一个物种数为S、相数为P,且每一物质在 每一相中均有分布相平衡的系统: 总变量数=S×P+2 浓度等式:P个; 非独立变量数化学势等式:SX(P-1)个; 独立的化学平衡数:R个 其它的浓度限制条件数:R个 F=S×P+2-[P+S×(P-1)+R+R
二、相律的推导 T,p及所有x 受限制的x 推导思路：自由度数F=总变量数－非独立变量数 设：一个物种数为S 、相数为P ，且每一物质在 每一相中均有分布相平衡的系统： 总变量数 = S× P +2 非独立变量数 浓度等式： P个； 化学势等式： S×(P -1)个； 独立的化学平衡数：R个； 其它的浓度限制条件数：R’个 F = S P + 2 −[P + S (P −1) + R+ R'] 9
二、相律的推导 (1)x+x2+…+x=1 P个x变量受限 1+x2+……+xs= (2)1=1=…=p1 少==…Sx(PD个变量受限
1 1 1 2 1 x1 + x ++ xS = 1 P P 2 P x1 + x ++ xS = P个x变量受限 P 1 2 1 1 1 = == S×(P-1)个x变量受限 P 2 2 2 1 2 = == P S 2 S 1 S = == 二、相律的推导 (1) (2)
二、相律的推导 (3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g 定温度下 0、2 P k PNH3 XNH3 (八N,/p°)·( 2 PH2 N2·x3·(P/p) 2 Kθ确定,则某B确定 (4)若有n2:m2=1:3,则二者确定其 如:按1:3投放原料;或真空容器中投放NH3(g) 6
二、相律的推导 一定温度下： θ 3 H θ N θ 2 θ NH ( / ) ( / ) ( / ) 2 2 3 p p p p p p K = θ 2 3 N H 2 NH ( / ) 2 2 3 − = p p x x x θ K 确定，则某 xB 确定 如：按1:3投放原料；或真空容器中投放NH3 (g) N (g) 3H (g) 2NH (g) 2 + 2 = 3 (3) : 1 : 3 N2 H2 (4) 若有 n n = ，则二者确定其一 6
相律的推导 F=(S-R-R")-P+2 F=C-P+2吉布斯相律(5-1-1) C组分数(独立组分数) 普适于任何相平衡体系; Pmin=l, Fmin=0 讨论固定C时,P增加一个,F减少一个 固定P时,C增加一个,F增加一个 对于常压下凝聚态系统:F=C-P+1
F = (S − R− R')− P + 2 讨论 ▪普适于任何相平衡体系； ▪P min=1, Fmin=0； ▪固定C 时， P 增加一个，F 减少一个； ▪固定P 时，C 增加一个，F 增加一个， ▪对于常压下凝聚态系统：F = C – P + 1 C——组分数（独立组分数） F = C − P + 2——吉布斯相律 (5-1-1) 二、相律的推导
、相律的推导 例4-1、根据相律:F=C-P+2,C=S-R-R求下列 平衡体系的独立组分数C、P、F (1)CaCO3(s),CaO(s),CO2(g)体系; (2)任意比混合的C(2CO(g),CO2(g)及O2(g)体系; (3)N2(g),H2(g),NH3(g)体系 I.任意比例混合; Ⅱ.氮气、氢气摩尔比为1:3; Ⅲ.在60℃的真空容器中投入氨气;
⑴ CaCO3 (s), CaO (s) , CO2 (g)体系； ⑵ 任意比混合的C(s), CO (g) , CO2 (g)及O2 (g) 体系； ⑶ N2 (g), H2 (g) , NH3 (g)体系 Ⅰ. 任意比例混合； Ⅱ. 氮气、氢气摩尔比为1:3； Ⅲ. 在60℃的真空容器中投入氨气； 二、相律的推导 例4-1、根据相律：F = C - P + 2，C = S-R-R’求下列 平衡体系的独立组分数C、P、F