6-1 物理化学相图

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6物理化学实验金属相图.

6物理化学实验金属相图.

七 数据处理
1. 根据记录的时间和温度绘 制步冷曲线图。
2. 找出各步冷曲线中拐点和
平台对应的温度值。
3. 以温度为纵坐标,以物质组成 为横坐标,绘出Sn—Bi金属相图。
Sn-Bi二元相图的绘制
0.3Bi b c a O A'
A
1.0Sn
0.6Bi
0.75Bi d e
1.0Bi
H
A 505
熔化物(单相)
H 546
F
F
C
B
C
G
Sn(s)+熔化物
熔化物+Bi(s)
D D' E
0.2
Sn 100%
D Sn(s)+Bi(s) 0.4 0.6
铋的质量分数
E
G
0.8
Bi 100%
Sn-Bi二元相图的绘制
八 实验成败的关键
(1)温度要适当,温度过高样品易氧化变质;温度过低或加 热时间不够则样品没有全部融化,步冷曲线转折点测不出。
(2)了解热电偶测量温度和进行热 电偶校正的方法。
三 实验原理
测绘金属相图常用的实验方法是热分析法,原理是将 一种金属或两种金属混合物熔融后,使之均匀冷却,每隔 一定时间记录一次温度,表示温度与时间关系的曲线称步 冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相变时,温度将 连续均匀下降得一平滑的步冷曲线;当体系内发生相变则 因体系产生的相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵消, 步冷曲线就会出现转折或水平线段,转折点对应的温度, 为该组成体系的相变温度。利用步冷曲线所得到的一系列 组成和所对应的相变温度数据,以横轴表示混合物的组成, 纵轴上标出开始出现相变的温度,把这些点连起来,就可 绘出相图。二元简单低共熔体系的冷却曲线具有图5-1所 示的形状

6-1相图

6-1相图

4.相律 吉布斯用热力学的方法,于1876年导出了多 相平衡系统的普遍规律——相率.相律确定了多相平 衡系统中,系统中的自由度数.独立组分数.相数和对 系统的平衡状态能够发生影响的外界因素之间的关 系 ,它们有如下关系:
f = c-p+n c-
f-自由度数; c-独立组分数; p-相数;n-外界影响因素,一般为温度和压力.
SiO2相图(介稳态)
β-石英
α-石英
α-鳞石英
α- 方 石英
熔体
2, α-鳞石英在加热较快时,过热到 , 鳞石英在加热较快时,过热到1670℃时熔融.当缓慢冷却时,在 ℃时熔融.当缓慢冷却时, 870℃仍可逆地转变为α-石英;当迅速冷却时,沿虚线过冷,在163℃转变 ℃仍可逆地转变为α 石英;当迅速冷却时,沿虚线过冷, ℃ 为介稳态的β 鳞石英, 为介稳态的β-鳞石英,在117℃转变为介稳态的γ-鳞石英.加热时γ-鳞石 ℃转变为介稳态的γ 鳞石英.加热时γ 英仍在原转变温度以同样的速度先后转变为β 鳞石英和α 鳞石英. 英仍在原转变温度以同样的速度先后转变为β-鳞石英和α-鳞石英.
573℃ β-石英 -
SiO2相图(稳定态相边界线)
α-石英 α-鳞石英 α- 方 石英
熔体
β-石英
1,在573℃以下的低温,SiO2的稳定晶型为β-石英,加热至 , 的稳定晶型为β 石英,加热至573℃转变为高温型 ℃以下的低温, ℃ 石英,这种转变较快;冷却时在同一温度下以同样的速度发生逆转变. 的α-石英,这种转变较快;冷却时在同一温度下以同样的速度发生逆转变.如 果加热速度过快, 石英过热而在1600℃时熔融.如果加热速度很慢,则在 果加热速度过快,则α-石英过热而在 ℃时熔融.如果加热速度很慢, 870℃转变为α-鳞石英. ℃转变为α 鳞石英.

物理化学 第六章 相 平 衡 课件

物理化学 第六章 相 平 衡 课件

第六章相平衡§6-1 相律1.基本概念(1)相和相数相:系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相,系统中相数目为相数。

相数用“P”表示。

相的确定:气体:无论有多少种物质都为一相液体:根据相互的溶解性可为一相、二相、三相固体:由固体的种类及晶型决定(固熔体除外)(2)自由度和自由度数自由度:能够维系系统原有相数,而可以独立改变的变量叫自由度,这种变量的数目叫做自由度数,用“F”表示。

说明:a)在一定范围内,任意改变F不会使相数改变。

b)自由度数和系统内的物种数和相数有关。

2.相律物种数:系统中所含独立物质的数目,用“S”表示。

依据:自由度数=总变量数-非独立变量数=总变量数-方程式数相律表达式:F = C – P + 2式中C = S –R- R’称组分数R 独立反应的方程式数R’独立限制条件3.几点说明(1) 每一相中均含有S种物质的假设,不论是否符合实际,都不影响相律的形式。

(2) 相律中的2表示整体温度、压强都相同。

(3) F = C – P + 2是通常的形式。

(4) 凝聚相系统的相律是F = C – P + 1§6.2单组分系统相图相图:表示相平衡系统的组成与温度、压力之间的图形。

单组分系统一相:P=1 则F=1-1+2=2(T,P)双变量系统二相:P=2 则F=1-2+2=1(T或P)单变量系统三相:P=3 则F=1-3+2=0 无变量系统1.水的相平衡实验数据由数据可得:(1)水与水蒸气平衡,蒸气压随温度的升高而增大;(2)冰与水蒸气平衡,蒸气压随温度的升高而增大;(3)冰与水平衡,压力增大,冰的熔点降低;(4)在0.01℃和610Pa下,冰、水和水蒸气共存,三相平衡。

2. 水的相图单相区:液态水,水蒸气,冰双相线:OA —液固共存线,冰的熔点曲线OB —气固共存线,冰的饱和蒸气压曲线OC —气液共存线,水的饱和蒸气压曲线三相点:冰、水和水蒸气共存相图的说明(1) 冰在熔化过程中体积缩小,故水的相图中熔点曲线的斜率为负,但大多数物质熔点曲线的斜率为正。

物理化学--相平衡状态图

物理化学--相平衡状态图

φ =1,f=3 φ =2,f=2 φ =3,f=1 φ =4,f=0
最多3个独立变量(T, p, 该相组成) 最多4个相平衡共存(无变量)
指定温度, 则有压力-组成图 ; f ′ = 3- φ
指定压力, 则有温度-组成图 . f′= 3 - φ
9
二组分系统按液态互溶情况分类:
Hale Waihona Puke g(A+B) l(A+B)
气 O
C' B
0 0.01 100
• H2O的相图
• OA线是冰的熔点随压力变化曲线, 遵守克拉贝龙方程. 注意其斜率为 负值.
• 3个面分别是气, 液, 固单相区.
• 交点O是三相平衡点, 自由度数为0, 其温度比正常熔点高0.01K.
374.2• 从相图分析恒压变温和恒温变压 t/℃ 过程的相变化(见图).
两相平衡
三相平衡
水或冰的饱和蒸汽压/Pa 平衡压力 平衡压力
/MPa
/Pa
水⇔气 冰⇔气 冰⇔水 冰⇔水⇔气

103.4
199.6

(190.5)
165.2
161.1

285.8
295.4
115.0

421.0
410.3
61.8

611.0
611.0 611.0×10-6 611.0
2337.8


相平衡状态图
表示相平衡系统的性质(如沸点、熔点、蒸汽压、溶 解度)及条件(如温度、压力、组成等) 间函数关系 的图叫相平衡状态图,简称相图
按组分数: 单组分系统,双组分系统,三组分系统 按组分间相互溶解: 完全互溶,部分互溶,完全不互溶 按性质-组成: 蒸汽压-组成图, 沸点-组成图,熔点组成图,

物理化学6相平衡资料

物理化学6相平衡资料

水的相图
p / Pa
C
水f
A

P
610.62 D O
q
B
水蒸气
OC 是液-固两相平衡线
273.16
TC T / K
• OC线不能任意延长:当C点延长至压力大于2.07×108Pa时, 相图变得复杂,有不同结构的冰生成。
OA,OB,OC线 p / Pa 的斜率都可以用克-
E
超 临
C

界 水
F
A
f
克方程或克拉佩龙方
例如:对于没有气相存在的凝聚系统,可以忽略压力
f * f 1
多相系统平衡的一般条件――吉布斯相律
对具有 个相系统的热力学平衡,实际上包
含了如下四个平衡: (1) 热平衡
(2) 力学平衡 (3) 相平衡
(4) 化学平衡
某平衡系统中有 S 种不同的化学物种,有 个
相,需要多少独立强度变量(f)才能确定系统的状 态?
物种数(S):系统中存在的化学物种数。 组分数(K):构成平衡系统所需的最少物种数。
K=S- R- R′
R表示独立的化学反应数, R′表示独立的浓度限 制条件数。物质在不同相之间保持一定的数量关 系,不能算作浓度限制条件。
平衡系统 NH4Cl (s) =NH3 (g) + HCl (g)中, S = 3, R = 1, R′= 1,K=1
K=S- R- R′=5- 0- 1=4
若考虑可能析出固体,以K+、Na+、 SO42-、NO3-、H2O和K2SO4、Na2SO4、 KNO3、NaNO3为对象 S=9 R=4,4个独立的化学平衡 R′=1,溶液保持电中性
K=S- R- R′=9- 4- 1=4

物理化学第六章

物理化学第六章
3
(2)自由度和自由度数 F 能够维持系统原有相数而可以独立改 变的变量叫做自由度,这种变量的数目, 体系的自由度数。 体系的自由度是体系的独立可变的因 素数的数目,这些因素的数值在一定的范 围内,可以任意的改变,而不会引起相的 数目的改变。
4
2 相律
相律的主要目的是确定系统的自由度数,即独 立变量数。 基本思路:自由度数=总变量数-非独立变量数
9
如将NH4Cl(s)放入真空容器中分解 NH4Cl(s) = HCl(g) + NH3 (g)
由于分解产物均为气相,存在xHCl(g)= xNH3(g) 的关系,所以该体系的组分数为 C = S - R - R =3 - 1- 1 =1 如反应体系中原有NH4Cl(s)和HCl(g)或 NH3 (g) 因 xHCl(g) xNH3(g)
11
(4) 相律是根据热力学平衡条件推导而来, 所以相律只适用于平衡条件时F、C、P的计 算。对非平衡态不适用。
(5) 相律中数字“2”是由于假定外界条件只有 温度和压力可以影响体系的平衡状态而来的 (通常情况下确是如此)。如体系恒定T或P(即 T或P一确定值),则相律可写作: F* = C – P + 1 如体系T和P都确定,则相律为 F** = C – P F*、 F**统称为“条件自由度”。
T
19
l (水) A C
p
s(冰) O

B
g (水蒸气)
T
OC 线称为水的饱和蒸汽压 曲线或蒸发曲线,这条线表示水 和水蒸气的平衡。双相单变量系 统. 若在恒温下对此两相平衡系统 加压,或在恒压下令其降温都可 使水蒸气凝结为水,反之,恒温下 减压或恒压下升温,则可使水蒸 发为水蒸气。故 OC 线以上的区 域为水的相区,线 OC 以下的区 域为水蒸气的相区。

6三组分系统的液固平衡相图

6三组分系统的液固平衡相图

初中体育课《快速跑》教学设计初中体育课《快速跑》教学设计(通用8篇)教学设计是根据教学对象和教学目标,确定合适的教学起点与终点,将教学诸要素有序、优化地安排,形成教学方案的过程。

下面由应届毕业生店铺为大家整理初中体育课《快速跑》教学设计,希望能够帮助到大家。

初中体育课《快速跑》教学设计篇1一、教材简析:快速跑是初中年级田径教学的主要教材,通过快速跑练习不仅可以提高学生各种快速反应能力、机体无氧代谢能力,而且可以培养青少年勇往直前,奋发向上的精神,教材对于促进学生生理、心理健康起着积极作用。

初中快速跑教学要学生在体验快速跑的乐趣基础上,激发学生的学习兴趣,发展学生快速跑的能力,掌握快速跑的基本技术与技能,以积极进取的态度和行为参与快速跑锻炼。

本课时是初二年级快速跑教学第三课时,是在初一年级培养跑的正确姿势基础上进行的途中跑技术——发展步频步幅方法教学。

快速跑教材的技术教学竞技化味道很浓,但新课程的实施指出教师应逐渐淡化教材的技术教学,本课从竞技化教材内涵出发,开发了快速跑教材丰富的竞技体育教学资源,不仅使学生体验了与学校体育明星同场学习、同场竞赛的乐趣,激发学生快速跑兴趣,提高了跑的能力,学会如何正确的崇拜明星,而且为学校竞技化项目的教学与发展提供了新的途径。

二、学情分析:学生作为课程学习的主人,有着丰富的课程资源,为学生的学习创造了条件。

1、他们学习的经验是一种课程资源,初二年级的学生已经过一年的新课程学习,在学习方法上已有了很大转变,已具备一定的自学、自练能力,在教师的引导下在学练中具有探究、分析、解决问题能力,合作、自控能力。

这是本课教学必备条件。

2、他们的兴趣是一种课程资源,随着我校快速跑训练水平的不断提高,高水平的短跑运动员不断出现,这些高水平运动员成为我校学生心目中的明星,学生经常会到操场看运动员训练,和运动员交谈。

另外将这些体育明星请到课堂中来,不仅满足了学生的追星心理,而且可以让学生学到正确的技术。

物理化学6-01相律

物理化学6-01相律

25℃、101.325kPa H2O(l)
F=2
vap H m RT
100℃、101.325kPa H2O(l) H2O(g) F=1
f(T,p) = 0关系遵守克拉贝龙方程
• Br2 ( l ) • I2 ( s )
ln( p /[ p])
Br2 ( g ) I2 ( g )
C
F=1
例. 在一个密闭抽空的容器中有过量的NH4I(s),同时存在
NH3 (g) HI(g) 下列平衡: NH 4 I(s)
H 2 (g) I2 (g) 2HI(g)
2NH3 (g) H2 (g) I2 (g) 2NH 4 I(s)
• 水中冰
引 言
• 常用的分离提纯方法的理论基 础是相平衡原理. • 材料的性能与相组成密切相关, 制造某种组成的材料需要相平 衡知识.
• 相图用图形表示相平衡系统的 组成与温度、压力之间的关系 的图形. • 相律相平衡系统普遍遵守的基 本规律.
• 液态硫在冷水中冷凝
§6.1 相 律
1.几个基本概念
例1例2例3例4
10
组分数
C = S-R-R′
S —— 物种数, 能独立存在的化学物质的数目. R —— 独立的化学反应计量式数目. C + O2 = CO2 C + 1/2O2 = CO C + CO2 = 2CO R=2 R—— 同一相的不同物种组成间除摩尔分数之和为 1 这 个关系以外的独立的限制关系数.
3. 几点说明
• PS个组成.一相中有S个组成变量, P个相中共有PS个组成变 量.
(1) 总变量数为PS+2个
(2)关系式数 每一相中组成变量间

物理化学第二讲--罗盈盈学姐--相图

物理化学第二讲--罗盈盈学姐--相图
当合金在某一温度下处于两相区时,由相图不仅可以知道两平衡相的成 分,而且还可以用杠杆定律求出两平衡相的相对重量百分比。
相律与杠杆定律
(杠杆定律证明要会,会画图、会计算)
6.3二元匀晶相图
概念:二组元在液态无限溶解,固态也无限溶解形成固溶 过程: 体的二元相图叫二元匀晶相图。
例子:Cu-Ni,Fe-Cr,Ag-Au,W-Mo,Nb-Ti,Cr-Mo,Cd-Mg,Pt-Rh
III合金的其室温组织为:Ⅰ+( + )+ Ⅱ + Ⅱ
A
III合金
C
1E
D
2
F
G
晶粒生长
— III 合金(亚共晶合金)
Pb-Sn 亚共晶组织
⑷ 过共晶合金结晶过程
过共晶合金的结晶过程与亚共晶
合金相似,不同的是一次相为, 二次相为Ⅱ;从共晶中析出II
其室温组织为:
Ⅰ+(+)+ Ⅱ+ II
Pb-Sn过共晶组织
变回到合金成分3 上来
液、固相线不仅是相区分界线, 也是结晶时两相的成分变化线 匀晶转变是变温转变:
f=C–P+1=2–2+1=1
6.3二元匀晶相图
结晶中的扩散过程分析
6.3二元匀晶相图
非平衡
非平衡结晶分析 — 枝晶偏析
凝固, 导致凝 固终结
温度降
➢ 实际固溶体凝固低过程中,冷速较快,固相中的原子来不
合金 Alloy:指由两个或两个以上元素或化合物(组元),按不同比例 配制的一系列不同成分的材料体系
相 Phase:是指具有相同的状态(气、液、固)、相同的物理与化学性 能,以及成分和结构,并与其它部分以界面分开的均匀区域

材料科学基础课件第六章--相平衡与相图

材料科学基础课件第六章--相平衡与相图

F = C-P+n
自由 度数
独立组 元数
F = C-P+2
对凝聚态体系, 压力恒定或影响 较小,其相律为:
F = C-P+1
组元数C多,自 由度F大;相数P 多,自由度小
6.1.3 相平 衡研究方法
动态法
静态法 (淬冷法)
热分 析法
差热分 析法
T/℃
(1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 热分析法
1
2
3
原理:根据系统在冷却
ab c
100 80Bi 60Bi 20Bi 100 Bi 20Cd 40Cd 80Cd Cd
T/℃
ab c d e
t/s
Bi-Cd合金冷却曲线
546.15K
596.15K
L
L+Bi(s) ●
L+Cd(s)
20 40 Bi(s)+Cd(s) 80
0 Bi
WCd/%
100 Cd
Bi-Cd系统相图
液相线:由凝固开始温度连接起来的相界线 固相线:由凝固终结温度连接起来的相界线
元系统相图
P ●:熔点
■:转变点
2
L


3

1


O T0 T2 T1 T3
T
图 6-7 具有不可逆多晶转变的
单元系统相图
晶体I T3 晶体II
晶体Ⅰ 晶体Ⅱ 液相
(1) 晶体I、Ⅱ有稳定区 (2) 转变温度T3<T1 、T2(熔点)
T1 液 相 T2
(1)晶体Ⅱ无稳定区 (2)T3>T1、T2
6.2.2 单元系统专业相图
G
E
H
A+B
A

物理化学-第六章,相平衡-164

物理化学-第六章,相平衡-164

pC
A
临界点
647.30K

22.09MPa
ed c b a 冰
D O三相点 气
273.16K
B
610.62Pa
水的相图 T
OA、OB、OC三条线即两相平 衡线,可用克拉佩龙方程描述。
O:三相点 triple point(水在它 自身蒸气压力下的凝固点)。 通常所说的水的凝固点或冰点 (273.15 K)则是在101.325 kPa 下被空气所饱和的水的凝固点。
2020/9/7
相平衡
15
例4:某一纯理想气体的自由度为零,它必处于( )。 (A) 气液平衡共存; (B) 临界点; (C) 三相点; (D) 气相区
相律只能对系统作定性的描述,它只讨论“数目”而不 讨论“数值”:
根据相律可以确定有几个因素能对相平衡发生影响;在 一定条件下系统有几个相;等等。
但相律不能告诉我们这些数目具体代表哪些变量或哪些 相,也不知道各相的量之间的关系
2020/9/7
相平衡
29
第四节 理想的完全互溶双液系的相图
二组分系统: F = C – P + 2 = 4 – P
F最少为0,P最多为4; P最少为1,F最多为3——其相 图要用 p-T-x 三维立体图表示。
二组分系统相图的类型很多。
2020/9/7
相平衡
5
物种数 S:系统中所含化学物质的种数。 独立组分数 C:确定相平衡系统中所有各相组成所需的 最少物种数。
如:由 HI、H2、I2 三种气体组成的单相系统,S = 3。
① 如果各物质间没有任何化学反应,则组分数也是 3,即需要三 种物质才能确定气相的组成;
② 如果存在反应 2HI == H2 + I2,则组分数为 2,只需两种即可; ③ 如果还存在浓度限制如[H2]:[I2]=1:1,则组分数为1,只需一种

物理化学课件二组分体系相图

物理化学课件二组分体系相图

b)独立的化学反应数 “R” 表示
化学平衡时,平衡 高校教常育精数 品PPT限制浓度
8
自由度 (degrees of freedom)
使体系旧相不消失,新相不产生,在一定范围内, 体系能任意变动的独立变量。 即: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。这些强度变量通 常是压力、温度和浓度等。
通常指T,p两个变量。相律最早由Gibbs提出,所以 又称为Gibbs相律。如果除T,p外,还受其它力场影
响,则2改用n表示,即:
f=C-P+n
高校教育精品PPT
10
6.1.3 相律的推导
多相体系平衡的一般条件
在一个封闭的多相体系中,相与相之间可以有热 的交换、功的传递和物质的交流。对具有F个相体系 的热力学平衡,实际上包含了如下四个平衡条件:
第六章 相平衡
高校教育精品PPT
1
主要内容
引言 6.1 Gibbs相律 6.2 单组分系统相图 6.3 双组分系统相图及应用
高校教育精品PPT
2
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、环境、材料及食品等 学科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。
P相
X
P 1
X
P 2
高校教育精X品SPPPT 1
P个组成之间的 关系式
13
同一组分在不同相中的组成之间有如下关系(根据化学
势相等,可导出联系组成的方程式,假定每一种组分在 每一相中存在)
物种 1 : ……
1
1
P 1
物种
物种
2 :

物理化学课件二组分体系相图

物理化学课件二组分体系相图
相数
指一个体系中相的数目。
相平衡的热力学基础
01
02
03
热力学基本定律
热力学第一定律、热力学 第二定律和热力学第三定 律是相平衡研究的理论基 础。
热力学函数
如内能、熵、焓等,用于 描述体系的热力学状态和 性质。
相平衡条件
根据热力学基本定律,当 两个或多个相在某一温度 和压力下达到平衡时,它 们的热力学函数值相等。
高分子聚合反应
聚合机理
高分子聚合反应通常需要在一定的温 度和压力条件下进行,相图可以提供 反应过程中物质的状态和相变信息, 有助于了解聚合机理和反应动力学。
产物性能
聚合产物的性能与反应条件密切相关 ,利用相图可以预测在不同组成和温 度下聚合产物的性能表现,如熔点、 粘度、结晶度等,有助于优化聚合反 应条件和产物性能。
液态部分互溶气态完全不互溶体系
总结词
该体系中,液态组分部分互溶,气态组分完全不互溶,相图较为复杂。
详细描述
在液态部分互溶气态完全不互溶体系中,液态的两个组分只能部分混合,会形成明显的相界,而气态 的两个组分则完全不互溶。这种体系的相图相对复杂,因为液态的部分互溶性和气态的不互溶性使得 体系在相变时可能发生双向变化,即可能出现固相的析出和气相的生成。
相图绘制方法
实验测定
通过实验测定不同温度和 压力下的物理性质(如密 度、蒸气压等),以绘制 相图。
计算相图
基于热力学模型和方程, 通过计算得出各相的热力 学函数值,从而绘制相图 。
计算机模拟
利用计算机模拟技术,模 拟不同温度和压力下的体 系行为,预测相图。
Part
02
二组分体系相图
液态完全互溶气态完全不互溶体系
混合物分离与提纯

天津大学物理化学第五版第六章相图答案

天津大学物理化学第五版第六章相图答案

第六章 相平衡6-1 指出下列平衡系统中的组分数C ,相数P 及自由度数F : (1)I 2(s )与其蒸气成平衡;(2)CaCO 3(s )与其分解产物CaO (s )和CO 2(g )成平衡;(3)NH 4HS(s)放入一抽空的容器中,并与其分解产物NH 3(g)和H 2S(g)成平衡; (4)取任意量的NH 3(g)和H 2S(g)与NH 4HS(s)成平衡;(5) I 2作为溶质在两不相互溶液体H 2O 和CCl 4中达到分配平衡(凝聚系统)。

解:(1) S-R-R '=1-0-0=1;P=2;F=C-P+2=1 (2) S-R-R '=3-1-0=2;P=3;F=C-P+2=1 (3) S-R-R '=3-1-1=1;P=2;F=C-P+2=1 (4) S-R-R '=3-1-0=2;P=2;F=C-P+2=2 (5) S-R-R '=3-0-0=3;P=2;F=C-P+1=2 6-2常见的)(32s CO Na 水合物有)(10)(7),(232232232s O H CO Na s O H CO Na s O H CO Na ⋅⋅⋅和(1)下,与32CO Na 水溶液及冰平衡共存的水合物最多有几种? (2)20℃时,与水蒸气平衡共存的水合物最多可能有几种? 解 系统的物种数S=5,即H 2O 、)(32s CO Na 、)(10)(7),(232232232s O H CO Na s O H CO Na s O H CO Na ⋅⋅⋅和。

独立的化学反应式有三个:)()()(232232s O H CO Na l O H s CO Na ⋅=+)(7)(6)(2322232s O H CO Na l O H s O H CO Na ⋅=+⋅ )(10)(3)(72322232s O H CO Na l O H s O H CO Na ⋅=+⋅则R=3没有浓度限制条件 0'=R所以,组分数 C=S-R-'R =5-3-0=2在指定的温度或压力的条件下,其自由度数 F=C-P+1=3-P 平衡条件下F=0时相数最多,因此上述系统最多只能有3相共存。

物化第六章 相平衡

物化第六章 相平衡
15
注意:浓度限制条件必须是对同一相而言
例如:将CaCO3(s)放入抽空容器中 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) R’ =0
3、相律中的“2”是指t与p 当考虑外场(如电、磁、重力场)存在时 F=C-P+n 4、若某些相中物质的数目少于S个,相律仍适用 因为浓度变量与相平衡等式相应减少。
系统的 物种数
独立的化学平 衡方程式数
2.相律的推导
讨论组分数(C)与物种数(S)的关系:
例1:液态水
S=C=1
例2:任意量的PCl5(g)、PCl3(g)和Cl2(g)构 成的平衡系统。 PCl5(g)= PCl3(g)+ Cl2(g)R=1
S=3
C=3-1
例3: 由PCl5(g)分解达到的平衡系统。 PCl5(g)= PCl3(g)+ Cl2(g) R=1
冰点温度比三相点温度低 0.01 K 是由两种因素造成的: (1)因外压增加,使凝固点下降 0.00748 K ;
(2)因水中溶有空气,使凝固点下降 0.00241 K 。30
用卡拉博龙方程来解释水的相图
dp 相变 H m dT T 相变Vm
(1)oa 线的斜率>0 H m (蒸发)> 0 dp Vm=Vm (g) - Vm (l) >0 >0
( 2) ( 2) ( 2) T ( 2) , p( 2) , x1 , x2 xS

(P) (P) (P) T ( P ) , p( P ) , x1 , x2 xS
系统总变量数:SP+2
7
2.相律的推导
设系统有S个组分,分布于P个相的每一相中 限制方程个数
每一项中 xB 1 P 个

物理化学第六章相变化

物理化学第六章相变化


第六章 相平衡
相变化: 物质从一个相转移到另一相的过程 相平衡: 相变过程的极限,达到相平衡的体系,宏观上 没有物质在相间的净转移 相 图: 相平衡时,T、p及各相组成间的关系图
相平衡原理 ——化学化工生产中单元操作(蒸馏、结晶等) 的理论基础 ——在冶金、材料、采矿、地质等生产中也必不可少 相平衡研究内容: 表达相平衡系统的状态如何随其组成、温度、压力 等而变化 两种方法: 数学公式——如克拉佩龙方程、拉乌尔定律等等 相图——直观 本章主要介绍相律和一些基本的相图,以及如何由实验数 据绘制相图、如何应用相图等等。
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解:
对于反应 rG m

2Ag(s) H 2 S ( g ) Ag 2 S ( s ) H 2 ( g ), 有
B

B
f G m B ,



f G m Ag 2 S , s f G m H 2 , g 2 f G m Ag , s f G m H 2 S , g

而非ln(1/10)
-1
r G m r G m RT ln
p(H 2S , g ) p
-3
r G m RT ln 10

物理化学 第六章 相平衡

物理化学 第六章  相平衡

l +β(s)
β(s) α(s)+β(s)
不断析 出α相
α、β
同时析出
开始析 出β相
液相消失 固相降温
xB
B
α相:B溶于A中的固态溶液。 β相:A溶于B中的固态溶液。
S1LS2线: l 加冷热却(s) (s) ,F=2-3+1=0,温度不变。
2. 系统有一转变温度
T
基本概念 相律的推导 几点说明
一、基本概念
1. 相:体系中物理性质和化学性质完全相同的部分。
相与相之间有明显的界面,其物理性质、化学性质发生突 变。
(1)气相:因任何气体均可以无限地均匀混合,则无 论体系内有多少种气体,只能有一相。
(2)液相: 不同种类的液体相互间的溶解不同,因此 体系中可出现一个液相,也可以出现多个液相。
子、原子或离子大小相互
均匀混合的一种固相,则
此固相为固溶体。
A
xB
B
Tb
L2
P
a
l
Q
L1
S1
l+s
液相降温 开始析出固相
S2
s
液相消失
固相降温
A
xB
B
PL1L2Q线:液相线或凝固点曲线。表示液态混合物的凝固点 与其组成的关系。
PS1S2Q线:固相线或熔点曲线。表示固态混合物的熔点与其 组成的关系。
若有R个独立的化学平衡反应存在(每个反应不一定和 这S种物质全有关系)。
对化学平衡,有 vBB 0 B
共有R个方程式
(3)独立限制条件
若有 R/ 个浓度限制条件。
例:若反应
N2
(
g
)
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对于复杂体系,根据化学平衡相关内容,独立化学
反应数可通过下式计算
R nmr
n 表示系统中的物质数,m 表示系统中元素数,r 表 示系统中独立的元素间的量关系数。 例如,CaO、SiO2、CaSiO3、Ca2SiO4系统中:
n=4
m=3 元素间有独立的量关系 nO = nCa + 2nSi,r = 1 所以,R = 2,有两个独立的化学反应。
水的相图
l
s
101325 Pa 610.62 Pa 0 A
HgT/KFra bibliotek298.15 373 273.16
条件 北纬29.35°、东经106.33 ° 结果 重庆
298.15 K、101325 Pa 水呈现液相
相律(phase rule) 研究多相平衡系统中,相数、独立组分数与描述该 平衡系统的变量之间的关系。 表达式为
相律表达式
f K 2
f 表示系统的自由度,K 表示系统中存在的独立组分数,
表示系统含有的相数,2 表示温度和压力两个变量。
相律的应用
相律
f K 2
f 表示系统的自由度,K 表示系统中存在的独立数,
表示系统含有的相数。
K n R R
n 表示系统中的物质数,R 表示系统中物质之间存 在的独立化学反应数,R′ 表示系统中存在的物质间
思考题1:
请计算FeO(s)-Fe(s)-O2系的自由度。
例2 求由ZnO(s)、C(石墨)、CO(g)和Zn(g)组成的平衡系统的 自由度。其中CO(g)和Zn(s)均来自化学反应: ZnO(s) + C(石墨) = CO(g) + Zn(g) 解
n 4、m 3、r 0 独立反应数R n m r 4 3 0 1 CO和Zn的分压相同 R 1 独立组分数K n R R 4 1 1 2 存在两个固相和一个气相 3 自由度f K 2 2 3 2 1
相律的推导
系统的独立变量数 = 总的变量数 - 变量之间的关系数 假设:系统含有n个物质、 个相,且每个相中都含有 每种物质 总的变量数 1)每个相中都含有n个浓度变量, 个相就含有n 个 浓度变量;
2)考虑常见环境因素——温度和压力两个变量。 因此,总的变量数为 n + 2
变量之间的关系数
当 2时,f 3 2 1,只需要1个变量来确定平衡系统 当 3时,f 3 3 0,该平衡系统固定,不需变量确定
相律的推导 以多组分、多相的系统为例,推导相律的普适性 公式
f K Φ 2
自由度(degree of freedom) 确定平衡系统的状态所需要的最少独立变量数称为 自由度,用字母 f 表示。
这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。
独立组分数 确定平衡系统中各相组成所需要的最少物质数称为 独立组分数,用字母 K 表示。
一般情况下,独立组分数可通过下式计算
K n R R
n 表示系统中的物质数,R 表示系统中物质之间存 在的独立化学反应数,R′ 表示系统中存在的物质间 组成限制条件。
制条件。每个独立的化学反应式提供一个产物与反应
物组成之间的平衡常数关系式。因此共有R + R′ 个组 成关系式。
因此,变量之间的关系数为 + n( -1)+ R + R′
总的变量数n + 2
变量之间的关系数 + n( -1)+ R + R′
系统的独立变量数
f n 2 n( 1) R R 2 n R R 2 K
A
B
混合
A+B
固体混合物
VS
固体溶液
相图(phase diagram)
研究多相系统的状态如何随温度、压力和组成等强
度性质变化而变化,并用图形来表示,这种图形称
为相图。
p
l s
610.62Pa 0 A 273.16
g
T/K
水的相图
相图有什么用啊
重庆:北纬29.35° 、东经106.33 °
p
NH4Cl (s) = NH3 (g) + HCl (g) 反应开始时系统只有NH4Cl (s)。
p HCl p NH3 p 0 K 0 R = 1,R′ = 1
CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g) 反应开始时系统只有CaCO3 (s)。 虽然nCaO = nCO2,但两组分分别属于固相和气相,其组成 之间无任何关系。因此,R = 1, R′ = 0。
高温物理化学
第六章 相图
教师:李鸿乂 副教授 hongyi.li@
相(phase) 系统内部物理和化学性质完全均匀的部分称 为相。
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。 相的种类:三种 气相 液相 固相
系统中相的总数称为相数,用 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。
f K Φ 2
f 为自由度,K为独立组数,Ф为相数,2指环 境因素(温度和压力)
水的相图
单组份、多相系统
p
B
l
A
根据相律进行分析
s
g
O C
T/ ℃
f K Φ 2
独立组分数K 1 自由度f K 2 3 当 1时,f 3 1 2,需要2个变量来确定平衡系统
组成限制条件。
R nmr
m 表示系统中元素数,r 表示系统中独立的元素间的 量关系数。
例1 求由H2O(g)、C(石墨)、CO、CO2和H2组成的平 衡系统的自由度。
解 R nmr
又 n 5、m 3、r 0 独立反应数R 5 3 0 2 R 0 又 K n R R 独立组分数K 5 2 0 3 存在一个固相和气相 2 根据相律,自由度f K 2 3 2 2 3
1)每个相内各组分的摩尔分数之和是常数,即
x
i 1
n
i
1 。
个相就存在个这样的关系式;
2)每个组分在每一相中的化学势都相等,即 i i 。
一个组分分布在个相中,就存在 -1个这样的关系 式;n个组分就存在n( -1)个这样的关系式; 3)若系统中存在R个独立的化学反应式、R′ 个组成限
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