第六章 学习小结

第六章相平衡10＋2 学时

本章应用热力学方法讨论相平衡体系的一般规律。学习一些典型相图的制法、分析与应用。相律与相图的分析及应用是本章的主要基本内容。相图分析着重于二组分凝聚体系。

本章基本要求：

1、明确相、组分数和自由度的概念，理解相律的推导过程及其在相图中的应用。

2、热力学平衡条件对单组分体系的应用。

3、能看懂单组分、二组分系统的一些典型相图，并会应用相律来说明相图中点、

线、区的意义，会使用相律和杠杆规则，了解系统在不同过程中发生的相变化规律。

4、了解相图绘制的几种常用方法，要求能根据热分析数据绘出步冷曲线进而得

出相图或由相图推测绘出步冷曲线。

5、了解萃取和结晶分离的依据和原理，了解分配定律。了解相图在实际中的一

些应用。

6、对于三组分系统的相图，了解正三角形的组成表示法，了解三组分系统液液

平衡相图或三组分系统液固平衡相图的特点。

本章重点：

相、组分、自由度相概念，相律的应用，克拉贝龙方程和克拉贝龙－克劳修斯方程的应用，单组分系统P－T相图分析与应用，热分析法与二组分凝聚系统T－X 相图分析与应用，步冷曲线绘制，双液系T－X与P－X相图的分析与应用，相点与物系点关系，杠杆规则的使用。

本章难点：

独立组分数确定与相律计算，物系点与相点的关系，二组分凝聚体系相图的相态分析，步冷曲线绘制，双液系相图的应用。

基本概念及主要公式

基本概念：

相和相数 组分数 自由度数 三相点 相点和系统点 恒沸混合物

共轭溶液 会溶温度 共沸温度 低共熔点

热分析法 步冷曲线 转熔温度

主要公式及原理：

1、 吉布斯相律：F=C-P+2

(1) 不论系统中S 种物质是否在每一相均存在，都不影响相律的形式。

(2) 相律中的“2”表示系统整体温度、压力均相同。

(3) 相律中“2”表示外界条件中只考虑温度和压力的影响；相律普遍形式

F=C-P+n （n 指外界影响因素）。

(4) 凝聚系统相律： F=C-P+１（不考虑压力影响）。

2、杠杆规则： L M M

G x x x x g n l n __=)()

(

(1) 杠杆规则用来计算两相平衡时相的数量。

(2) 若用质量分数表示组成时，两相的量应是质量。

(3) 杠杆规则适用于任意两相平衡。

3、精馏原理：

将液态混合物同时经多次部分气化和部分冷凝而使之分离的操作称为精馏，是多次简单蒸馏的组合。

4、水蒸气蒸馏：

利用共沸点低于各纯液体沸点原理，分离提纯不溶于水的高沸点有机物，可降低蒸馏温度，避免高沸点有机物的高温分解。

思考题

1 多相体系平衡的条件是什么？

2 根据水的相图，对相区、两相平衡线、几个相点及其自由度进行分析。

3 试对硫的相图进行粗略分析。

4 如何根据实验数据从苯和甲苯的p-x图绘制T-x图？

5 如何用热分析法绘二组分低共熔相图？

6 形成稳定化合物的相图有何特点？

7 形成不稳定化合物的相图有何特点？

8 有低共熔点的部分互溶固溶体的相图有何特点？

9 有转熔温度的部分互溶固溶体的相图有何特点？

10 单组分体系的三相点与低共熔点有何异同点?

11 低共熔物能不能看作是化合物？

12 水的三相点与冰点是否相同?

13 沸点和恒沸点有何不同?

14 恒沸混合物是不是化合物?

15 恒沸点时的独立组分数究竟等于1，还是等于2 ?

16 在二组分体系中，如何使用杠杆规则？

17 说说相图在简单蒸馏中的应用?

18 说说相图在精馏中的应用？

19 说说相图在水蒸气蒸馏中的应用？

20 说说相图在萃取中的应用？

21 说说相图在区域熔炼中的应用？

22 说说相图在重结晶中的应用？

23 下列说法对吗？为什么？

(1)在一给定的体系中，独立组分数是一个确定的数。

(2)单组分体系的物种数一定等于1。

(3)相律适用于任何相平衡体系。

(4)在相平衡体系中，如果每一相中的物种数不相等，则相律不成立。

24 硫氢化铵的分解反应：(1)在真空容器中分解；(2)在充有一定氨气的容器中分解；两种情况的独立组分数是否一样?

25 试求下述体系的自由度并指出变量是什么？

（1）压力下，液体水与水蒸气达平衡；

(2)液体水与水蒸气达平衡；

(3)25℃ 和压力下，固体 NaCl 与其水溶液成平衡；

(4)固态NH4HS与任意比例的 H2S 及 NH3的气体混合物达化学平衡；

(5)I2(s)与I2(g)成平衡。

26下列说法对吗？为什么？

（1）杠杆规则只适用于T～X图的两相平衡区。两相的量可以物质的量或质量表示。

(2)通过精馏的方法总可以将二元互溶液系分离成两个纯组分。

(3)一般有机物可以用水蒸气蒸馏法提纯，当有机物质的饱和蒸气压和摩尔质量越大时，提纯一定质量有机物需用的水蒸气量越少，燃料越省。

(4)恒沸物是化合物。因为其组成不变。

27热分析法绘制相图的原理是什么？如何从冷却曲线的形状来断别体系的相变情况？实验过程中应注意哪些问题？

填空题

1. 在25℃时，A，B，C三种物质(不发生化学反应)所形成的溶液与固相A和B、C组成的气相呈平衡，则体系的自由度f = 。A，B，C三物质组成的体系能平衡共存的最大相数是。

2．在石灰窑中，分解反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2 (g)已平衡，则该体系的组分数C= ，相数P = ，自由度数f = 。3．CaCO3(s),CaO(s),BaCO3(s),BaO(s)和CO2(g)达到平衡时，此体系的相数