第四章相平衡技术分析.ppt

引言: 一.研究对象 二.研究方法 三.意义 一.相 1.气体 2.液体 3.固体 二.物种数和组分数 1.物种数( S ) 2.组分数( C ) 组分数=物种数 - 独立化学反应数 – 同一相中独立的浓度限制条件数 C = S – R - R′ 关系式数： 对每一种物质(B)：相平衡时，在Φ 个相间平衡，所以有S个等式: ?B(Ⅰ) = ?B(Ⅱ) =…= ?B(P) 浓度?B(Ⅰ) = ?B(Ⅱ) ?B(Ⅱ) =….. 有(Φ -1)个等式 整个系统有S种物质，共有等式： S(Φ -1)个 若还有独立的化学平衡反应R个： R个方程式 若还有独立的浓度限制条件R’个： R′个方程式 总关系式数: S(Φ -1)+ R+ R′ 4.相律的意义 多组分多相系统是十分复杂的，但借助相律可以确定研究 的方向。它表明相平衡系统中有几个独立变量，当独立变量选 定之后，其他变量必为这几个独立变量的函数，尽管我们不知 这些函数的具体形式。 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 =? 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) (2) 由任意量的 CaCO3 (s), CaO (s), CO2 (g)建立如下反应 平衡： CaCO3 (s) = CaO(s) + CO2(g) 试求(1) 、(2)两种情况下，系统的组分数C=？自由度数 f=? 解： (1) C = S - R - R = (2) C = S - R - R = 3 - 1 - 0 = 2 f = C - Φ + 2 = 2 - 3 + 2 = 1 3 - 1 - 0 = 2 f = C - Φ + 2 = 2 - 3 + 2 = 1 例3 在一个抽空的容器中放有过量的NH4I(s)，同时存在下列 平衡： NH4I(s) = NH3(g) + HI(g) 2HI(g) = H2(g) + I2(g) 求此系统的自由度数。 解：此系统的Φ = 2，S = 5，R =2，四种气体的分压之间存在 下列定量关系式： p(NH3) = p(HI) +2p(H2)；p(H2) = p(I2) 分压的限制条件也就是气相组成的限制条件，故R′=2， 所以： C = S-R-R′= 5-2-2 = 1 f= C – Φ + 2 =1- 2 + 2 = 1 例4 Na2CO3与H2O可以生成如下几种水化物： Na2CO3·H2O(s)；Na2CO3·7H2O(s)；Na2CO3·10H2O(s) 试指出，在标准压力下，与Na2CO3的水溶液、冰H2O(s)平衡 共存的水化物最多可以有几种？ 解：因 C = S -R -R′ 因为 S=5 R=3 R′= 0（水与Na2CO3均为任意量）所以 C = S – R -R′= 5- 3 – 0 = 2 因为压力已固定，有f′=C- Φ +1，因为f′= 0时Φ最大，所以 0 = C- Φ +1 = 2- Φ +1= 3- Φ ， Φ =3 说明：最多只能有一种Na2CO3(s)的水化物与Na2CO3水溶液及冰平衡共存。 （2）说明在30℃下可以水汽共存的水合盐最多有几种？ 例：N2（g）、H2 （g） 、NH3 （g）混合，求 f =？ （1）在常温、常压下、无催化剂 （2）150×100KPa、450℃、有催化剂 例：溶硫酸铝于水中，求f =？ §4. 2 单组分系统的相平衡 一 相律对单组分系统的应用 C=1 f=C-Φ+2 由此有单组分系统,最多有3相平衡共存,最大的自由度为2. 二.单组分系统两相平衡规律 1. 克拉佩龙方程 单组分系统存在: 液__气 液__固 固__固 固__气四种不同的平衡,但平衡时T和P存在着一种依赖关系,即克拉佩龙方程