第三章 物理化学 溶液和相平衡-2.pdf

第三章 溶液和相平衡 上一内容 下一内容 回主目录 返回 物理化学电子教案—第三章 上一内容 下一内容 回主目录 返回 引言 相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之 一。研究多相体系的平衡在化学、化工、材料、制 药等领域的科研和生产中有重要的意义，例如：溶 解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯等方面都要用到相 平衡的知识。 相图（phase diagram） 表达多相体系的状态如 何随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图 形，称为相图。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 3.1 相律——基本概念 相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均 匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明 显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式 的。体系中相的总数称为相数，用 P 表示。 气体，不论有多少种气体混合，只有一个气相。 液体，按其互溶程度可以组成一相、两相或三 相共存。有一个液层就有一项。 固体，一般有一种固体便有一个相。两种固体粉 末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液 除外，它是单相）。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 物种数和组分数 独立组分数 （number of independent component ） 足以表示平衡体系中各相的组成所需要的最少物种数 (S),简称为组分数，用符号C来表示。 应当指出，组分数和物种数是两个不同的概念，在 数值上二者有时相等，有时不相等，具体情况是： 体系中每一种物质都称为一个物种。当体系内 各物质之间不存在相互关系时，体系的物种数和 组分数是相同的。例如：葡萄糖的水溶液中，葡 萄糖和水都是物种，这个体系中S = C = 2。　　 上一内容 下一内容 回主目录 返回 物种数和组分数 若体系中某些物质间存在着化学反应，则物种数和 组分数就不相同。如N ，H 和NH 三种气体在常温下混 2 2 3 合时，并不发生化学反应，此时体系的组分数和物种 数相同，即S=C=3。 但如果在高温高压并有催化剂存 在的情况下，体系内就要发生下述反应 　N + 3H ==2NH 　关系式　K =p 2NH /[p ·p 3H ] 2 2 3 p 3 N2 2 其中任何一种物质在平衡时的含量可由其它两种物质 的含量通过平衡关系式的计算获得，因此　S=3,C=2。 　体系中每存在一个独立的反应，其组分数就比物种 数少一个，若有R个独立的反应，其组分数C=S-R 上一内容 下一内容 回主目录 返回 物种数和组分数 若体系中存在着浓度限制条件，则每存在一个，组分 数就比物种数少一个。存在着R ′个浓度限制条件，则 组分数就应为S-R ′个。如在上述的反应体系中，人为 地让N 和H 的起始浓度的比为1 ∶3，或让体系开始时 2 2 只有NH3，然后让其分解达到平衡，则在这个平衡体系 中，N 和H 的浓度有一定的关系(1 ∶3)，　R ′=1，　 2 2 独立组分数又减少一个，所以整个体系中 　S=3, C=3-1-1=1。 　综上所述，体系的组分数可用下面的关系式表示