相平衡PPT课件

第五章 相平衡
§5.1 相律 §5.2单组分系统相图 §5.3二组分液态完全互溶系统的气、液平衡相图 §5.4二组分液态完全不互溶系统的气、液平衡相图 §5.5二组分液态部分互溶的气、液 平衡相图 §5.6二组分固态不互溶系统液、固平衡相图 §5.7二组分固态互溶系统液、固平衡相图
相平衡研究的内容
本章是用图解的方法研究由一种或数种物质所构成的相平 衡系统的性质（如沸点、熔点、蒸汽压、溶解度等）与条件 （如温度、压力及组成等） 的函数关系。我们把表示这种关 系的图叫做相平衡状态图，简称相图。
绘制相图时是以实验数据为依据，以相律为指导。
相律则是各种相平衡系统所遵守的共同规律，它体现出各种 相平衡系统所具有的共性，根据相律可以确定对相平衡系统 有影响的因素有几个，在一定条件下相平衡系统中最多可以 有几个相存在等。
（3）其它限制条件R , R′ R —— 独立的化学反应平衡数目 R′——独立的浓度限制条件数目
所以相平衡时：
自由度数＝总变量数－各变量间的独立关系数[方程式数]
f = 2 + Ø ×(S-1) -{S×(Ø -1)+R+R′}
f = S- R- R′ – Ø+2
T、P
即：
f = C – Ø +2
相图的分类
按组分数划分
单组分系统 二组分系统 三组分系统
按组分间相互溶解情况划分
完全互溶系统 部分互溶系统 完全不互溶系统
按性质组成划分
蒸气压 组成图
沸点 组成图 熔点 组成图 温度 溶解度图 ……
§5.1 相 律
1.基本概念
(1)相数Ø
相：体系中物理和化学性质完全均匀的部分称为相。
平衡时，系统相的数目称为相数 。
则 ： R= 1 R′= 2
C= S - R - R′= 4 - 1- 2 =1
例2. 碳酸钙分解反应达平衡，组分数为：
CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g)
n (CaO) = n (CO2 )
[×]
则 ：R= 1 R′= 0
C = S - R - R′=3- 1- 0 = 2
(4)自由度数 f 自由度: 能够维持系统原有相数而可以独立改变的变量
P
盐水组成
f =2
物种数和相数较少的系统，可以根据经验 判断自由度数，但是对于多种物种和多种 相数的系统，再用经验来判断自由度数？
相 律 2.相律的推导
由自由度数的含义可知：
自由度数＝系统中总变量数-系统中各变量间的独立关系数[独立方 程式数]
多组分多相平衡系统，有S种[1,2…]化学物质, Ø个相[Ⅰ，Ⅱ…] ，
试求系统的 组分（独立）数C = ？自由度数 f = ?
解： C = S - R - R' = 4 - 1 - 1 = 2 f=C-Ø+2 = 2-3+2=1
§5.2 单组分系统相图
1. 相律分析
相律：自由度数(独立变量数)=组分数-相数+2 f = C- Ø + 2
R —— 独立的化学反应平衡数目（独立的化学方程式数目）； R′——独立的浓度限制条件数目（只存在于同一相中）。
例1. 仅由 NH4HCO3 (s) 部分分解，建立如下反应平衡， NH4HCO3 (s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2 (g)
组分数为：
有 n(NH3) = n(H2O) = n(CO2 )
Ø ×(S-1)
②同种物质在不同相中的浓度 关系式 相平衡，则每种物质在各个相中的化学势相等：
第一种物质： 1 ()1 ( ) 1 () Ø -1个等式
第二种物质： 2 ()2 ( ) 2 ()Ø -1个等式
…
第S种物质：
S () S ( ) S () Ø -1个等式
S×(Ø -1)
试求系统的 组分数C=？自由度数 f=?
解： (1) C = S - R - R' = 3 - 1 - 0 = 2 f = C - Ø+ 2 = 2 - 3 + 2 = 1
例3 仅由NaHCO3(s)部分分解，建立如下反应平衡： NaHCO3 (s) = NaCO3(s)+CO2(g) + HO2 (g)
解：
(1) C = S - R - R´= 3 - 1 - 1=1 f=C-Ø+2= 1-2+2=1
(2) C = S - R - R´= 3 - 1 - 0 =2 f=C-Ø+2= 2-2+2=2
例2 (1) 仅由CaCO3(s)部分分解，建立如下反应平衡： CaCO3 (s) = CaO(s)+CO2(g)
且S中物 种分布于Ø[Ⅰ，Ⅱ…]个相中：
（1）温度和压力 [2个独立变量]
T(Ⅰ) = T(Ⅱ)= …
Ø(Ⅰ) = Ø(Ⅱ)= …
（2）浓度变数 ①不同物质在一相中的浓度变化：
第Ⅰ相wk.baidu.com x1、x2 … xs
S-1个变量
第Ⅱ相， x1、x2 … xs
S-1个变量
…
第 Ø相， x1、x2 … xs
S-1个变量
说明：
①除考虑温度和压强外，若需要考虑其它因素时(电场、磁场等)
相律形式为：f = C – Ø + n
②凝聚系统不考虑压力的影响，则相律形式为： f = C – Ø + 1
例1 (1) 仅由 NH4Cl(s) 部分分解，建立如下反应平衡： NH4Cl (s) =NH3(g)+HCl(g)
(2) 由任意量的 NH4Cl (s) 、NH3(g)、HCl(g) 建立如下反应平 衡:NH4Cl (s) =NH3(g)+HCl(g) 试求(1) 、(2)两种情况下，系统的 组分数 C=？自由度数f=?
(T, P 和组成 xB 或 wB)。 自由度数 f ：上述变量的数目。
例：水在气、液两相平衡时，体系中有两个变量T、P，
那么 f =2，是否正确？
T
不正确，因T和P之间有 函数关系—克 拉佩龙方程，
所以：可以独立改变的变量只有一个： 可以是T，也可以是P。
盐水溶液 和水蒸气两 相平衡系统，
f =？
气体：无论几种气体混合，都为一相。
相数
液体：相溶为一相，不相溶为2或多相。
乙醇水溶液
水+苯
固体：固溶体为一相，除固溶体外，有多少种物质就有多少相。
(2) 状态
状态 各相的广度性质和强度性质共同确定的状态。
影响系统状态的量 各相的 T ， p ，xB (或wB)
(3) 物种数和(独立)组分数 物种数 S —— 系统中存在的化学物质数； 组分数 C 由下式定义： C def S - R - R′