第六章相平衡.doc

第六章 相平衡 一．基本要求 1．掌握相平衡的一些基本概念，会熟练运用相律来判断系统的组分数、相数和自由度数。 2．能看懂单组分系统的相图，理解相图中的点、线和面的含义及自由度，知道相图中两相平衡线的斜率是如何用Clapeyron方程和Clausius-Clapeyron方程1．硫氢化铵的分解反应：在真空容器中分解在充有一定的容器中分解两种情况的独立组分数是否一样? 两种独立组分数不一样。在中，C =1。因为物种数S 为3，但有一个平衡限制条件组分数在中，物种数S有一个平衡浓度限制条件被破坏所以独立组分数C =22．纯的碳酸钙固体在真空容器中分解，这时独立组分数为多少? 碳酸钙固体 物种数为3，有一个平衡限制条件，但没有浓度限制条件。因为氧化钙与二氧化碳不处在同一个相，没有摩尔分数加和等于1的限制条件，所以独立组分数为2。3．制水煤气时有三个平衡反应，求独立组分数C ？ (1) H2O(g)+ C(s)= H2(g)+ CO(g) (2) CO2(g)+ H2(g)= H2O(g)+ CO(g) (3) CO2(g)+ C(s)= 2CO(g) 答： 三个反应中共有5个物种，方程(1)可以用方程(3)减去(2)得到，因而只有个独立的化学平衡。没有明确的浓度限制条件，所以独立组分数。4．在抽空容器中，氯化铵的分解平衡。指出该系的独立组分数、相数和自由度？ 反应中有三个物种，一个平衡限制条件，一个浓度限制条件，所以独立组分数为1，相数为2。根据相律，自由度为1。即分解温度和分解压力只有一个可以发生变化。5．在含有氨的容器中氯化铵分解达平衡，指出该系的独立组分数、相数和自由度？ 反应中有三个物种，一个平衡限制条件，没有浓度限制条件。所以独立组分数为2，相数为2，自由度为2。碳和氧在一定条件下达成两种平衡，指出该系的独立组分数、相数和自由度 答： 物种数为4，碳氧有两个化学平衡，无浓度限制条件，所以独立组分数为2相数为2自由度为27．水的三相点与冰点是否相同? 不相同。纯水的三相点是气-液-固三相共存其温度和压力由水本身性质决定，这时的压力为610.62 Pa，温度为273.16 K 。热力学温标1 K就是取水的三相点温度的1/273.16 K 水的冰点是在大气压力下，水共存的温度。由于冰点受外界压力影响，在10Pa压力下，冰点下降0.00747 K由于水中溶解了空气，冰点又下降0.0024 K所以在大气压力为10Pa 时，水的冰点为273.15 K 。三相点与冰点8．沸点和恒沸点有何不同? 沸点是对纯液体而言的。在大气压力下，纯物的液-气两相达到平衡，压等于大气压力时的温度称为沸点。 恒沸点是二组分系完全互溶图上出现极大值（或极小值）时，则在图上出现极小值（或极大值），这时气相的组成与液相组成相同，这个温度称为最低（或最高）恒沸点，用简单蒸馏的方法不能把二组分完全分开。系。在恒沸点时自由度为1改变外压，恒沸点也改变恒沸。当压力固定时，条件自由度为零，恒沸温度有定值。9．恒沸混合物是不是化合物? 不是。它是完全互溶的两个组分的混合物。在外压固定时，它有一定的沸点，这时气相组成和液相组成完全相同。但是，当外压改变时，恒沸混合物的沸点和组成随之而改变。外压改变改变10．在汞面上加了一层水能减少汞的蒸气压吗? 不能。因为水和汞是不互溶的液体，两者共存时，各组分的蒸气压与单独存在时蒸气压一样，液面上的总压力等于水和汞的蒸气压之和。如果要蒸馏汞的话，加了水可以使混合的沸点降低，这就是蒸气蒸馏的原理。在汞面上加一层水能减少汞的蒸气压 11．单组分系的三相点与低共熔点有何异同点? 共同点：都是三相共存。 不同点：单组分系的三相点是气液固三相共存，这时的自由度零，它的压力、温度由系自身性质决定，不受外界因素影响。而二组分系低共熔点如T-x图上的E点，是A固体、B固体和组成为E的液三相共存这时的自由度为1，在等压下的条件自由度零。E点的组成由A和B的性质决定，但E点的温度受压力影响，外压改变，E点的温度和组成也会随之而改变。12．低共熔物能不能看作是化合物？ 不能。低共熔物不是化合物，它没有确定的熔点，压力改变，低共熔物的熔化温度和组成都会改变。虽然低共熔物在金相显微镜下看起来非常均匀，但它仍是两个固相的混合物，由两相组成。．在实验中，常用冰盐混合物作为致冷剂试解释当把食盐放入0℃的冰水平衡系统中时为什么会自动降温降温的程度有否限制为什么这种致冷系统最多有几相? ： 当把食盐放入0℃的冰水平衡系统中时，由于食盐与冰有一个低共熔点，使水的冰点降低，因此破坏了冰水平衡，冰就要融化。融化过程中要吸热，系统的温度下降 降温有一定的限度因为它是属于二系统的低共熔混合物，当温度降到低共熔点时，冰、食