单组分系统的相图
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单组分相图
二氧化碳的相图
BOA——固相面 → 固相区 AOC——液相面 → 液相区 BOC——气相面 → 气相区
O
A
C
OB——固体CO2蒸汽压曲线 OC——液体CO2蒸汽压曲线 OA——固体CO2熔点曲线
B
二氧化碳的相图
A
C
O点是三相点，干冰、 液体CO2、固体CO2三 相同时存在，呈平衡 状态。
B
O
二氧化碳的相图
单组分系统的相图
小组成员：冯顺承 王哲 李靖宇 刘永红 吕杰
单组分系统的相图 在研究多相平衡的系统时，整个系统 状态如何随温度、压强、组成等性质的改 变而发生变化，可以应用解析法、表格法、 图形法。更多应用图形法表示系统状态的 变化，而这种图形就是相图。
单组分系统的相图
单组分系统的两相平衡热力学方程 即克劳修斯-克拉贝龙方程
A
————→ O
C
↑ ▏
B
单组分系统的相图
水的相图和前面二氧 化碳的相图几乎是一样 的，因此我们就不再详 细讨论了
硫的相图
硫有四种相：单 斜硫、斜方硫、液态 硫、硫蒸汽 原因：单组分体 系最多只能有三相共 存，而硫却有单斜硫 和斜方硫两种固态， 因此硫的相图存在四 个三相点。
硫的相图
如图： 单相面（4个）：OAC、 OAB、ABC、CBT 两相平衡线（6条） 三相点（3个）：A、B、 C 亚稳三相点（1个）: G
三相点O的温度 是液体CO2再起蒸汽压 力下的凝固点。物质 的熔点和凝固点相同， 在101325Pa下是正常 熔点。因此，CO2无正 常熔点，三相点的温 度就是熔点。
A
C
O
B
二氧化碳的相图
1.如果在图中作一条横 线，由箭头所示可知， 当压强p不变时，随温度 T的升高，CO2由固态变 为液态 2.如果在图中作一条纵 线，由箭头所示可知， 当温度T不变时，随压强 p的增大，CO2由气态变 为液态
相图基础
② 注意OA 线的倾斜方向； ③ 三相点的 p、t 数值；
④ 干冰的升华条件。
§5-10 二组分理想液态混
掌握
合物的气-液平衡相图
1 理想的完全互溶双液系 2 非理想的完全互溶双液系 3 部分互溶双液系 4 不互溶双液系
§5-10 §5-11 §5-12 §5-13
p-xB, T-xB 图 杠杆原理
Pa 1.575108 Pa
dp dT
Δβα Η m TΔβαVm
p2 dp
p1
T2 T1
dT
Δ
β α
Η
m
TΔβαVm
,
即
p2
p1
Δ
β α
Η
m
ΔβαVm
ln
T2 T1
ΔβαVm Vm lVm s 0.018 1 10001 920m3 mol1
1.565106 m3 mol1
T1 273 .2 K
③
ln
p p
gl H m R
1 383K
1 300 K
1.1587
,
p 31.8 kPa
④
S体
gl Sm
gl H m 383K
34.8 kJ mol1
Q环 glU m ,
S环
glU m T
S总
gl H m T
glU m T
nRT T
nR 0
3.水的相图
p/kPa
l (水）
A
ln(
p /[
p])
vap
H
* m
C
RT
不定积分形式
ln(
p /[
p])
vap
H
* m
C
④ 干冰的升华条件。
§5-10 二组分理想液态混
掌握
合物的气-液平衡相图
1 理想的完全互溶双液系 2 非理想的完全互溶双液系 3 部分互溶双液系 4 不互溶双液系
§5-10 §5-11 §5-12 §5-13
p-xB, T-xB 图 杠杆原理
Pa 1.575108 Pa
dp dT
Δβα Η m TΔβαVm
p2 dp
p1
T2 T1
dT
Δ
β α
Η
m
TΔβαVm
,
即
p2
p1
Δ
β α
Η
m
ΔβαVm
ln
T2 T1
ΔβαVm Vm lVm s 0.018 1 10001 920m3 mol1
1.565106 m3 mol1
T1 273 .2 K
③
ln
p p
gl H m R
1 383K
1 300 K
1.1587
,
p 31.8 kPa
④
S体
gl Sm
gl H m 383K
34.8 kJ mol1
Q环 glU m ,
S环
glU m T
S总
gl H m T
glU m T
nRT T
nR 0
3.水的相图
p/kPa
l (水）
A
ln(
p /[
p])
vap
H
* m
C
RT
不定积分形式
ln(
p /[
p])
vap
H
* m
C
2.8 单组分体系相图
• 从图中可以看出，OF高于OB线，此时水的
饱和蒸气压大于同温下的冰的饱和蒸汽压。
14 /28
即过冷水的化学势高于同温度下冰的化学
势，只要稍受外界因素的干扰（如振动或 有小冰块或杂质放入），立即会出现冰。
15 /28
2) OB线向左下 可延伸到无限
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ接近绝对零度。
• 根据克-克方
程，冰-汽平
衡曲线符合：
8 /28
• 通过相律虽能得到水的相图的大致轮廓，
但相图中所有线和点的具体位置却不能由 相律给出，必须由实验来测定。
9 /28
OA线: 水-汽平衡线（即水的饱和蒸汽压T 曲线） OB线: 冰-汽平衡线（即冰的饱和蒸气压T曲线） OC线: 冰-水平衡线； “ O ” 点为冰-水-汽三相平衡的三相点。
情形，即 冰-水-汽 三相平衡，此时体系的自由度：
f=C+2=13+2=0
• 即三相平衡点的 T, p 均已确定，不能变更。
7 /28
• 因此，在相图上
有一个确定的点
代表三相平衡。
• 这个点 “ O ” 叫
作水的三相点。
显然，水在三相点时，固、液、汽三相两
两平衡，所以三相点应为三个两相平衡曲 线的交点。
§2.8 单组分系统相图
表示相平衡系统的性质（如沸点、熔点、蒸汽压、 溶解度）与条件（如温度、压力、组成等） 的函数关 系的图叫相平衡强度状态图，简称相图。 相 图： 体系的相、自由度随温度、压力等的变化规律 在状态空间中的描述。
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, 温度-溶解度图
饱和蒸气压大于同温下的冰的饱和蒸汽压。
14 /28
即过冷水的化学势高于同温度下冰的化学
势，只要稍受外界因素的干扰（如振动或 有小冰块或杂质放入），立即会出现冰。
15 /28
2) OB线向左下 可延伸到无限
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ接近绝对零度。
• 根据克-克方
程，冰-汽平
衡曲线符合：
8 /28
• 通过相律虽能得到水的相图的大致轮廓，
但相图中所有线和点的具体位置却不能由 相律给出，必须由实验来测定。
9 /28
OA线: 水-汽平衡线（即水的饱和蒸汽压T 曲线） OB线: 冰-汽平衡线（即冰的饱和蒸气压T曲线） OC线: 冰-水平衡线； “ O ” 点为冰-水-汽三相平衡的三相点。
情形，即 冰-水-汽 三相平衡，此时体系的自由度：
f=C+2=13+2=0
• 即三相平衡点的 T, p 均已确定，不能变更。
7 /28
• 因此，在相图上
有一个确定的点
代表三相平衡。
• 这个点 “ O ” 叫
作水的三相点。
显然，水在三相点时，固、液、汽三相两
两平衡，所以三相点应为三个两相平衡曲 线的交点。
§2.8 单组分系统相图
表示相平衡系统的性质（如沸点、熔点、蒸汽压、 溶解度）与条件（如温度、压力、组成等） 的函数关 系的图叫相平衡强度状态图，简称相图。 相 图： 体系的相、自由度随温度、压力等的变化规律 在状态空间中的描述。
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, 温度-溶解度图
基础化学教学课件：4.4.2 单组分系统的相图
p/Pa
l
两 相
P = 2 ，f =1 ，单变量系统 ，相线；
s g
三相 平衡 共存
P = 3 ，f =0 ，无变量， 相点 。
0
T/K
水的相图分析
水的相图分析
相图分析的内容 说明相图中各相区、相线、相点的物理意义； 讨论外界条件的改变对相平衡系统的影响。
单组分系统相图
一、相线分析
´
O A线
• 水和水蒸气的两相平衡线，即水的饱和蒸气 压曲线。
单组分系统相图
温度压力对系统相变化的影响 物理化学参数在很多实际生产和科学 研究中具有重要的指导意义。
遇到相似问题时
• 勤动脑多思考； • 建立良好的科学思维和创新意识。
谢谢
单组分系统相图
气
纯组分
液
固
温度和压力之间存在一定的函数关系
克拉佩龙方程
p/Pa
l s
g
0
T/K
单组分系统相图
气
纯组分
液
固
温度和压力之间存在一定的函数关系
克拉佩龙方程
p/Pa
l s
g
0
T/K
单组分系统相图
C= 1
f = C －P＋2 = 3 － P
单 相
P = 1 ，f =2 ，双变量系统，相面 ；
在大气压力下水、冰、水蒸气三相共存时 的温度。
冰点
在大气压力下水、冰、水蒸气三相共存时 的温度。
常压 情况下
• 水的凝固点是273.15K； • 凝固点比水的三相点要低0.01K；
单组分系统相图
三、相点分析
´
当外界条件改变时，对系统相变化的影响。
系统点：相图中的任一点代表系统的一个状态。 q点 → 在一定压力和温度下的水蒸气。 p点 → 水和水蒸气两相半衡点。 f 点 → 一定温度和压力下的水。
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,
八、单组分体系相图
研究一个多组分（或单组What?研究个多组分（或单组分）多相体系的平衡状态随温度压力组分浓度随温度、压力、组分浓度等变化而改变的规律。
相图/平衡相图/Phase Diagram1.判断系统在一定热力学条件下所趋向的最终状态；Why?2.正确选择配料方案33.确定工艺制度4.合理分析生产过程中的质量问题5.新材料的研制1相关的基本概念•Gibbs 相律-=nc f +φ自由度数相数外界因素独立组分数2第九章单组分相图3单元系统相图单元系统：c=1相律c -=+-=32pp f 温度压力温度、压力2,1max min ==f p 不可能出现4相3,0max min ==p f 或更多相平衡4斜率为负值H dP ∆冰的熔融曲线V T dT ∆=f=0，无变量冰融化吸热：∆H>0体积收缩：∆V<0的饱汽曲线点：三相点水型物质水的饱和蒸汽压曲线（蒸发曲线）273.16o C, 0.61Kpa 硫型物质冰的饱和蒸汽压曲线（升华曲线）中冰、水、汽三相平衡个自由度：温度、压力5•水的相图()•(1)OC线斜率为负：即随着压力的增加，水的熔点将降低；6这是由于克拉贝龙方程：∆H dP 水冰→∆=,m mf V T dT2)熔点随压力的变化而变化：外压剧化变化外压剧增，冰的熔点仅略有降低，大约是每增加１atm，熔点下降0.0075℃。
83)三相点与冰点的区别：冰点是指敞露于空气中的冰～水平衡温度。
1)冰～水已被空气中的气体组分饱和使水的冰点降水度分饱和，使水的冰点下降0.00242℃；2)压力从0.61kPa 增大到101.325kPa ，冰点温度又降低0.00747℃；0.00989℃即共降低，使得水的冰点从原来的三相点处即0.00989℃0℃下降到通常的（或273.15K ）。
94)临界点、临界状态：水的蒸气压曲线OA向右上不能无限地延伸，只能延伸到：374 C，220atm 。
此点以外，汽-水分界面不再能确定，液体水不能存在。
相平衡
* yA pA / p pA xA / p
而
54.22kPa 0.5387/92.00kPa 0.3175
求两相的物质的量则需用杠杆规则，其示意图如下：
xA (l) 0.5387 n(l)
x(系) yA n(l) n(总) xA (l ) yA n(l) 0.459 0.3175 M 而
M xA M A xB M B 0.70 60.096g mol1 0.30 18.015g mol1 47.472g mol1
n
10000g 210.65mol 473472g mol1
利用（3）中的计算式
(L) (L1 ) m(G ) m (G ) (L1 ) 0.30 0.087 500g 0.70 0.087 174g m(L1 ) m m(G ) 500g 173.7g 326g
6.11 H 2 O(A) ， CCl 4 (B) 的饱和蒸气压与温度的关系如下： t/℃ p A /kPa P B /kPa 两液体成完全不互溶系统 （1）绘出 H 2 O-CCl 4 系统气、液、液三相平衡时气相中 H 2 O，CCl 4 的蒸气分压及总 压对温度的关系曲线； （2）从图中找出系统在外压 101.325kPa 下的共沸点； （3）某组成为 yB （含 CCl 4 的摩尔分数）的 H 2 O - CCl 4 气体混合物在 101.325kPa 下 恒压冷却到 80℃时，开始凝结出液体水，求此混合气体的组成； （4）上述气体混合物继续冷却至 70℃时，气相组成如何； （5）上述气体混合物冷却到多少度时， CCl 4 也凝结成液体，此时气相组成又如何？ 解：（1）利用题给数据，根据两不互溶液体的气－液平衡系统，其压力为同温下两纯 液体饱和蒸气压之和，即 p总 pH 2O pCCl4 。计算结果列于下表中：
而
54.22kPa 0.5387/92.00kPa 0.3175
求两相的物质的量则需用杠杆规则，其示意图如下：
xA (l) 0.5387 n(l)
x(系) yA n(l) n(总) xA (l ) yA n(l) 0.459 0.3175 M 而
M xA M A xB M B 0.70 60.096g mol1 0.30 18.015g mol1 47.472g mol1
n
10000g 210.65mol 473472g mol1
利用（3）中的计算式
(L) (L1 ) m(G ) m (G ) (L1 ) 0.30 0.087 500g 0.70 0.087 174g m(L1 ) m m(G ) 500g 173.7g 326g
6.11 H 2 O(A) ， CCl 4 (B) 的饱和蒸气压与温度的关系如下： t/℃ p A /kPa P B /kPa 两液体成完全不互溶系统 （1）绘出 H 2 O-CCl 4 系统气、液、液三相平衡时气相中 H 2 O，CCl 4 的蒸气分压及总 压对温度的关系曲线； （2）从图中找出系统在外压 101.325kPa 下的共沸点； （3）某组成为 yB （含 CCl 4 的摩尔分数）的 H 2 O - CCl 4 气体混合物在 101.325kPa 下 恒压冷却到 80℃时，开始凝结出液体水，求此混合气体的组成； （4）上述气体混合物继续冷却至 70℃时，气相组成如何； （5）上述气体混合物冷却到多少度时， CCl 4 也凝结成液体，此时气相组成又如何？ 解：（1）利用题给数据，根据两不互溶液体的气－液平衡系统，其压力为同温下两纯 液体饱和蒸气压之和，即 p总 pH 2O pCCl4 。计算结果列于下表中：
§6-2杠杆规则§6-3单组分系统相图
0.7727 0.7025 n(l) n 3.645mol yB x B 0.7727 0.5752 1.296mol n(g) n n(l) (3.645 1.296) mol 2.349mol
yB xB,0
由液相组成求得液相的摩尔质量为： M(l) = xA MA + xB MB = 84.07 g · -1 mol 故液相的质量为 m(l) = n (l)×M(l) = ( 1.296× 84.07) g = 109.0 g 气相质量为 m(g) = m – m(l) = 191.0 g 或在求出两相平衡时气、液两相组成 y B, x B后，按下式 换算出质量分数表示的气、液两相组成
自由度数： F= [P (S - 1) + 2 ] - [ S( P - 1) + R + R´ ] = S – R - R´ – P + 2 =C – P + 2 ——Gibbs相律 相律表达式： F=C–P+2 F：自由度数 C：组分数 2：温度、压力（两个变量）
3.组分数(C)
组分数=化学物质数 - 独立化学平衡反应数 - 独立的限制条件数
相律 杠杆规则 单组分系统相图 二组分理想液态混合物的气液平衡 二组分真实液态混合物气液平衡相图 精馏原理 二组分液态部分互溶系统及完全不互 溶系统气液平衡相图 §6.8 二组分固态不互溶系统液固平衡相图 §6.9 二组分固态互溶系统的液固平衡相图 §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
理想系统真实系统一般正偏差最大正偏差一般负偏差最大负偏差液态完全互溶系统pxtx液态部分互溶系统tx图气相组成介于两液相之间气相组成位于某液相同侧液态完全不互溶系统tx图液平衡相图两组分系统相图固平衡相图固态不互溶凝聚系统生成化合物凝聚系统固态互溶系统相图相图热分析法溶解度法稳定化合物不稳定化合物完全互溶部分互溶有一转变温度有一低共熔点二组分液态完全互溶系统64二组分理想液态混合物的气液平衡相图t100c形成理想液态混合物
单组分系统相图
>
0
2、水的相图
▲面（三个单相区）P=1 F=1-1+2=2
气、液、固单相区内，温度和 压力独立变化不会引起相变。 ▲线（三条两相平衡线 ）
101325Pa
P = 2 F = 1-2+2 = 1 压力与温度只能改变一个。
5K
OC 气-液两相平衡线（水的蒸气压曲线）， 终止于临界点。 虚线OC′：亚稳平衡线 （过冷水的蒸气压曲线）
液态完全互溶 一个液相（液态混合物）
二组分气 - 液平衡相图 液态完全不互溶 两个液相（纯A+纯B）
液态部分互溶
两个液相（l1+l2）
1. 压力－组成图
（1）液相线
设A、B组成理想液态混合物，液相组成：xA ，xB
据拉乌尔定律
气相组成：yA ，yB
pA = pA* xA = pA* (1 − xB )
OB 气-固两相平衡线(冰的升华曲线)，理论上可延长至0 K附近
OA 液-固两相平衡线，当A点延长至压力大于2×108Pa时， 相图变复杂，有不同结构的冰生成。
▲点 P = 3 F = 1-3 +2=0 O点：三相点 气-液-固三相共存，三相点的温度和压力由体
系自定 。H2O的三相点温度：273.16 K，压力：610.62 Pa。
讨论：①三相点与冰点的区别
★三相点：气-液-固三相共存的点，其温度和压力由系统自定 H2O的三相点：T = 273.16K(0.01 ℃),
p = 610.62Pa 气相：纯水蒸气 压力：水的饱和蒸气压 ★冰点:101325Pa下被空气所饱和了 的水和冰的平衡温度 H2O的 冰点：T = 273.15K(0℃）
解：（1）液一气平衡时， T = 298.15K，p = 67大气压，
物理化学之相平衡
通过升华从冻结的样品中除去水份的方法。
E
f=2
B
冰
水
f=2 A
C
气
D
f=2
s+g, f=1，冷冻干燥
T
一、单组分系统的相图
f f=K- +2 水的相图
E
B
冰
水
p
610.6Pa
A:三相点
C
A
气
f=0
D
T
0.0098℃
一、单组分系统的相图
f=K-f+2 水的三相点：水的气、液、固三相平衡点。 f=0，T=273.16K ( 0.01℃)，p=610.6Pa 水的凝固点（冰点）：水的液、固二相平衡点。
↑
l+g, f=1
l+g, f=1 TB
l, f=2
T
A
xB →
B
T
二、杠杆规则
TA
↑
f f=K- +2 g, f=2
l+g, f=1 TB
l, f=2
A
xB →
B
T
二、杠杆规则
TA
↑
f f=K- +2 g, f=2
l+g, f=1 TB
l, f=2
A
xB →
B
T
二、杠杆规则
TA
↑
f=K-f+2 g, f=2
单位与相图一致
A
x1 x0
y1
B
二、杠杆规则
f=K-f+2 系统温度变化时，相如何变化？
n1L1= n2L2
TA
L1
L2
气
T0时，L1=0，得 n2=0
单组分系统的相平衡
(3) 当液体全变为气体，液体消失
f 2
O点 是三相点 气-液-固三相共存
Φ 3, f 0
三相点的温度和压 力皆由系统自定。
p / Pa
C
水
E
超 临
A
界 水
F
f
冰
P
610.62 D O
q
B
水蒸气
273.16
TC T / K
H2O的三相点温度为273.16 K，压力为610.62 Pa。
1967年，CGPM决定，将热力学温度1 K定义 为水的三相点温度的1/273.16
OB 是气-固两相平衡线 即冰的升华曲线，理论
上可延长至0 K附近。
OC 是液-固两相平衡线 OC线不能任意延长
水的相图
p / Pa
C
水f
A
冰
P
610.62 D O
q
B
水蒸气
273.16
TC T / K
当C点延长至压力大于 2108 Pa 时，相图变
得复杂，有不同结构的冰生成。
EAF 以右超临界区
Gl Gg
T , pe dpe Gl dGl Gg dGg
T , pg T , pg dpg
因为 Gl Gg , dGl dGg
已知在等温下 dG Vdpg
代入上式得
Vldpe Vgdpg
或
dpg Vl dpe Vg
dpg Vl dpe Vg
把气体看作为1 mol 理想气体，
单相区，物系点与相点重合；两相区中，只有 物系点，它对应的两个相的组成由对应的相点表示
单组分系统的两相平衡——Clapeyron方程
在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平 衡时，在两相中Gibbs自由能相等
第3节 水的相图
vap H m 0
sub H m 0
斜率为正。
斜率为正。
dp fus H m dT T fusV
fus H 0, fusV 0 斜率为负。
H2O的三相点温度为273.16 K，压力为 610.62 Pa。 三相点是物质自身的特性，不能加以改变。 冰点温度比三相点温度低 0.01 K 是由两种因素 造成的：
解： （1） 因为三相点时，ps==pl 则
11.9712310 K/T=10.0871784 K/T
所以 T=279.2 K ；
lg(p/Pa) = 11.9712310/279.2 = 3.697
所以
p = 4977 Pa
（2）lg(p/Pa)=-Hm/RT+C subHm=2.3038.314 J· K-1· mol-12310 K=44.23 kJ· mol-1
vapHm=2.3038.314 J· K-1· mol-1178 4 K=34.16 kJ· mol-1 fusHm= subHm - vapHm =10.07 kJ· mol-1
则 fusSm = fusHm / T=36.07 J· K-1· mol-1
试从硫的相图上指出S(正交)，S(g)和S(单斜) 三相平衡共存的相点为：( )。 （1） C； (2) B； (3) D。
温度和压力均不可以自由变化，其有确切的 数值。 在相图中可用一个点来表示。
二、水的相图
三条两相平衡线的斜率均可由ClausiusClapeyron方程或Clapeyron方程求得。
OA线 OB线 OC线
d ln p vap H m dT RT 2
d ln p sub H m dT RT 2
《相图及其类型》课件
《相图及其类型》ppt 课件
目 录
• 相图概述 • 单组分系统相图 • 二组分系统相图 • 三组分系统相图 • 相图的实验测定方法
相图条件下，描述物质中不同相之间关系的图解。它通过图形和数据 展示物质在不同温度、压力等条件下的相态变化，是研究物质相变规律的重要工 具。
三组分系统相图的分类
简单相图
三个组分之间只发生两两相互作用， 形成两个或三个单相区和一个或两个 双相区。
复杂相图
三个组分之间发生三组分相互作用， 形成多个单相区和多相区，具有更复 杂的相平衡关系。
三组分系统相图的实例分析
实例一
水-盐-烃三组分系统相图在石油工业中的 应用，用于研究油藏中水、盐、烃的相 平衡关系，指导石油开采和分离过程。
VS
实例二
硫酸-水-原料油三组分系统相图在化学工 业中的应用，用于研究硫酸、水和原料油 之间的反应和分离过程，提高生产效率和 产品质量。
相图的实验测定方
05
法
热分析法
差热分析法（DSC）
通过测量物质在加热或冷却过程中温度的变 化，确定物质的状态变化和相变。
热重分析法（TGA）
通过测量物质在加热过程中质量的变化，研 究物质在加热过程中的分解、氧化等反应。
要点一
总结词
描述合金的相图特点
要点二
详细描述
合金的相图是单组分系统相图中的另一种类型，它展示了 合金在不同成分和温度下的相变情况。在相图中，我们可 以看到合金的固溶线、共晶点和包晶点等关键点的位置， 以及在这些点之间发生的相变过程。这些相变过程对于合 金的制备、加工和使用具有重要意义，因为它们决定了合 金在不同条件下的力学、物理和化学性质。
二组分系统相图
03
液态完全互溶的二组分系统相图
目 录
• 相图概述 • 单组分系统相图 • 二组分系统相图 • 三组分系统相图 • 相图的实验测定方法
相图条件下，描述物质中不同相之间关系的图解。它通过图形和数据 展示物质在不同温度、压力等条件下的相态变化，是研究物质相变规律的重要工 具。
三组分系统相图的分类
简单相图
三个组分之间只发生两两相互作用， 形成两个或三个单相区和一个或两个 双相区。
复杂相图
三个组分之间发生三组分相互作用， 形成多个单相区和多相区，具有更复 杂的相平衡关系。
三组分系统相图的实例分析
实例一
水-盐-烃三组分系统相图在石油工业中的 应用，用于研究油藏中水、盐、烃的相 平衡关系，指导石油开采和分离过程。
VS
实例二
硫酸-水-原料油三组分系统相图在化学工 业中的应用，用于研究硫酸、水和原料油 之间的反应和分离过程，提高生产效率和 产品质量。
相图的实验测定方
05
法
热分析法
差热分析法（DSC）
通过测量物质在加热或冷却过程中温度的变 化，确定物质的状态变化和相变。
热重分析法（TGA）
通过测量物质在加热过程中质量的变化，研 究物质在加热过程中的分解、氧化等反应。
要点一
总结词
描述合金的相图特点
要点二
详细描述
合金的相图是单组分系统相图中的另一种类型，它展示了 合金在不同成分和温度下的相变情况。在相图中，我们可 以看到合金的固溶线、共晶点和包晶点等关键点的位置， 以及在这些点之间发生的相变过程。这些相变过程对于合 金的制备、加工和使用具有重要意义，因为它们决定了合 金在不同条件下的力学、物理和化学性质。
二组分系统相图
03
液态完全互溶的二组分系统相图
物理化学-第六章,相平衡-164
pC
A
临界点
647.30K
水
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
第三章相平衡
第三章 相平衡（第一节）
8
例题
解①：当压力一定时， f*＝K－Φ＋1 即：Φ＝K－f*＋1 当f*＝0时，平衡系统的相数应最多，此时Φ＝K＋1 因：平衡系统存在下列化学反应：
Na2CO3＋H2O＝ Na2CO3·H2O (s) Na2CO3＋7H2O＝ Na2CO3·7H2O (s) Na2CO3＋10H2O＝ Na2CO3·10H2O (s) 故：R＝3，R’＝0，K＝S－R－R’＝2；Φ＝K＋1＝3 结论：在压力一定的条件下，最多可有三相共存。 解②：因Φ＝3，故体系中能与碳酸钠水溶液及冰共存的 含水盐最多为一种。
p pAo ( pBo pAo )xB f ( xB )
第三章 相平衡（第三节）
24
一．完全互溶理想溶液的相图
理想溶液的p-x图：
➢液相组成与的蒸气 压的关系：
✓ 液相线： poA与poB 的连线表示的是液 相组成与液面上总 蒸气压的关系。
✓ 液相点：
第三章 相平衡（第三节）
25
一．完全互溶理想溶液的相图
0.0098
0.6106
0.6106
0.6106
20
2.338
－
－
100
101.325
－
－
37相平衡的实验值在p-T图中描出相应的平衡点， 再将平衡点连结成线，就可得到水的相图。
第三章 相平衡（第二节）
16
二．水的相图
水的相图：
p/kPa
dp Hm 1
dT TVm
N
Y
OM 气
B
T/℃
T1 0.0098 100 T2 374
第三章 相平衡（第二节）
19
三．单组分体系的相图