相图3-4节.ppt

第六章　相平衡 引言 1、相平衡的概念及研究意义 2 、描述相平衡物质的性质(沸点、熔点)与条件(T、P)及组成之间函数关系的方法： 列举实验表格法 、解析法、由实验数据作图的图解法 3、相图：利用图形来表示相平衡物系的组成温度和压力之间关系的图形叫相平衡状态图，简称相图 1 相平衡的概念及研究意义 相平衡: 是研究—个多组分(或单组分)多相体系的平衡状态如何随影响平衡的因素(温度、压力、组分浓度等)变化而改变的规律。 相平衡研究方法优点：不需要体系中的化学物质或相加以分离来分别单独研究，而是综合考察系统中组分间及相间所发生的各种物理的化学的或物理化学的变化。 相平衡的意义 基本功。 帮助我们正确选择配料方案及工艺制度， 合理分析生产过程中质量问题产生的原因 帮助我们进行新材料的研制． 2. 热力学的平衡态与非平衡态 相图：又称平衡状态图。相图指的是一个体系处于的一种热力学平衡态。 　　　相图仅指出在一定条件下体系所处的平衡状态(即其中所包含的相数，各相的形态、组成和数量)，而不管达到达个平衡状态所需要的时间。 第一节 硅酸盐系统相平衡的特点 1、硅酸盐系统中的组分、相及相律 1.1. 吉布斯相律：f =　c–　p　+ 2 多相平衡的一般规律，用于检查、分析相图。 明确c、p 、 f 的含义 外界变量：指T、P、电力场、磁力场等，一般只涉及T、P。在凝聚相系统中P的影响可忽略不计，只有T一个外界变量。 浓度变量：一个相中的组分的浓度，单组分系统中无浓度变化。 c——独立组分数，即构成平衡物系所有各相组成所需要的最少组分数； 组分：必须具有相同的化学性质，能用机械方法从系统中分离出来且能长期独立存在的物质。 组份补充资料 1.有化学反应条件时的组分数：如，由 Fe、FeO、C、CO 和 CO2 组成的体系在一定条件下有下列平衡存在： (1)? (2)? (3)　　 表面上看，有五种物质和三个化学平衡，实际上其中只有两个平衡是独立的，例如由反应（２）减去反应（３）即得反应（１），这一体系物种数 S＝５，而组分数 C＝３。 由此可见，在计算体系的独立组分时，应从物种数中扣去独立的化学平衡数（用 R 表示）。即 C＝S－R。 ２.有浓度限制条件时的组分数：　　假定体系中有 N2、H2 和 NH3 三种物质在反应的温度、压力下达平衡。 其组分数 C＝S－R＝3-1＝2。但若开初投放的 N2 和 H2 满足反应式化学计量 1:3 的摩尔比，或者开始没有投放 N2 和 H2，只有 NH3，而后才以原计量比分解得 N2 和 H2，这样，当已知其中任一组分，便能计算其它两种成分，于是组分数变为 1，而不是原先的 2。照此类推，体系中有 R′ 个独立的浓度限制条件就可使独立变动的物种数减 R′ 个。 浓度限制条件只能适用于同一相，否则就会产生重复而导致错误。碳酸钙的热分解，产生的气体 CO2 和固体 CaO，虽说其摩尔数比为 1:1，但两者各处不同的相中，其数量比不代表浓度比，故不能作为浓度限制条件。这就是说，用纯粹的 CaCO3 热分解体系的组分数仍然为 2，而非 1。 　　　　　C＝S－R－R′(5-1)其中 S 为体系中的物质品种数，R 是独立化学平衡数， R′ 是同一相的独立浓度限制条件数。 P——相数 相：系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分。微观尺度。 1.3 硅酸盐系统中的相律 凝聚系统：不含气相或气相可忽略的系统。 f = c – p + 1 而对单元凝聚系统：f = c – p + 2 第二节 单元系统 单元系统中， c = 1 f = c – p + 2 = 3 – p pmin=1 fmax=2 pmax=3 fmin=0 一　水型物质与硫型物质 二　具有同质多晶转变的单元系统相图 三　SiO2系统 SiO2的多晶转变： 5.2.3 SiO2系统 四、ZrO2系统 单斜型与四方型之间晶型转变伴有显著体积变化， 采取措施：加入适量CaO或Y2O3→稳定化立方ZrO2。 5.2.5 ZrO2系统 第三节 二元系统 对二元系统：c=2 f=c-p+1=3-p pmin=1 fmax=2 pmax=3 fmin=0 二元凝聚系统相图表示法： T(温度)－x（组成）图 一、二元凝聚系统相图的基本类型 1.具有一个低共熔点的简单二元系统相图 特点：两组分在液态时完全互溶，形成单相溶液；固态时完全不互溶，二组分各自从溶液中分别结晶，组分间无化学作用，不生成新化合物。 具有一个低共熔点的简单二元相图 （3）杠杆规则 2. 生成化合物的二元系统相图 ⑴