相平衡总的内容要点.doc

第六章 相平衡总的内容要点： （一）相图用图解的方法研究由一种或数种物质所构成的相平衡系统的性质(如沸点、熔点、蒸气压、溶解度等)与条件(如温度、压力及组成等)的函数关系。把表示这种关系的图叫做相平衡状态图)，简称相图。 1.相图的分类 单组分系统相图　　将吉布斯相律应用于单组分系统，得 　　　　　　　　　f＝1－φ＋2＝3－φ,(Ｃ＝1） 　　因　　　　　　f0，φ≠0，所以φ≤3 　若φ＝1，则f＝2,称双变量系统； 　　φ＝2,f＝1,称单变量系统； 　　φ＝3,f＝0，称无变量系统。 　　上述结果表明，对单组分系统，最多只能三相平衡，自由度数最多为2，即最多有2个独立的强度变量，也就是温度和压力。 双组分系统相图 　　将吉布斯相律应用于双组分系统，f=2－φ＋2＝4－φ，若 　　　　　　　　φ＝1，则f＝3　上述结果表明，二组分系统最多只能4相平衡，而自由度数最大为3，即最多有3个独立强度变量，温度、压力和系统的组成。　　双组分相图，如以平面坐标图表示，则可分为定温下的蒸汽压-组成图、定压下的沸点组成图、温度-溶解度图、熔点-组成图等。如若按两个组分的相互溶解度来分，尚可分为液态（或固态）完全互溶（熔）、液态（或固态）部分互溶（熔）、液态（或固态）完全不互溶（熔）等。 三组分系统相图 　　将吉布斯相律应用于三组分系统，得 　　　　　　　　f＝3－φ＋2＝5－φ 　　若φ＝1，则f＝4 　　φ＝5，则f＝0 　　显然，对三组分系统最多平衡相数为5，最大的自由度数为4，即系统最多有四个独立的强度变量，它们分别是温度、压力及两个组成。 （二） .相图的绘制 　　相图主要是根据平衡实验数据绘制的，少数相图根据理论计算的结果绘制。 蒸馏法 　　例如对二组分相图取一定比例的A和B混合物进行定温蒸馏或定压蒸馏，平衡时测定气相或液相的组成，由测定得到的一系列实验数据绘制成相图。例如定温下的蒸汽压-组成图、定压下的沸点组成图就是应用蒸馏法。 在一定压力下，在不同温度下测定两种物质相互溶解度（或盐类在水中的溶解度），根据溶解度数据绘制成相图。 热分析法 　　将系统（例如对二组分相图取一定比例的A和B混合物以及纯A，纯B）加热到熔化温度以上，然后将其徐徐冷却，记录系统的温度随时间的变化，并绘制温度（纵坐标）-时间（横坐标）曲线，叫步冷曲线。 　　在系统的冷却过程中，若不发生相变化，则系统逐渐散热时，所得步冷曲线为连续的曲线；若系统在冷却过程中有相变化发生，所得步冷曲线在一定温度时将出现停歇点(有一段时间散热时温度不变)或转折点（在该点前后散热速度不同），或两种情况兼有。根据实验测得的一组步冷曲线，可得系统的熔点-组成图。 （三） .相图的阅读 　　相图的阅读简称读图。 读懂图的内容 　　相图的学习其难点在于能否正确的读图。例如二组分相图，若读者能学会真正读懂一个类型的图，则可触类旁通，甚至可一同百通。怎样才叫把图读懂了？ 　　以读二组分相图为例，所谓读懂图包括： （i） 读懂图中的点、区、线的含义； （ii） 区分图中的系统点及相点； （iii） 能够读懂或确定系统的总组成或相组成； （iv） 能够描述系统的强度状态发生变化时，系统的相数、相的聚集态、系统的总组成或相组成的变化情况（例如用步冷曲线表达这种变化）； （v） 会用相律对相图进行分析； （vi） 会用杠杆规则进行有关的计算。 读懂图的关键 　　读懂图的关键在于：首先要掌握相图的分类，以双组分相图为例，按两个组分的相互溶解度来分，尚可分为液态（或固态）完全互溶（熔）、液态（或固态）部分互溶（熔）、液态（或固态）完全不互溶（熔）；按性质分，有蒸汽压-组成图、沸点-组成图、熔点-组成图以及形成化合物的相图等。 　　其次要抓住各类图形的形状及其特征： (i) 按两个组分的相互溶(熔)解度分类的各类相图的基本形状 　　以定压下温度（沸点或熔点）-组成图为例，如图所示，主要有三种(图1)、(图2)、(图3)。 (ii) 二组分相图的两区中系统的相点及相组成的确定 　　如图3-39所示，确定系统点K相点及相组成是：通过K点作平行于横坐标的连接线分别与两相区的边界线-气相线、液相线、固相线的交点即为相点，相点所对应的组成即为相组成。 (iii) 二组分相图中三相平衡时各相的相组成及相的聚集态的确定 　　三相平衡时连接三个相点的主要类型如图3-40所示。 复杂相图的看法 　　对于复杂的相图，可以把它分解为若干个基本相图，每个基本部分看懂了，则整个相图就看懂了。如图3-41所示，可以把它分解为三个部分，上半部分为液体（一定温度以上）完全互溶系统的沸点-组成图，左下半部分为液体部分互溶系统（一定组成范围内）的温度-溶解度图，右下半部分为固态完全不互溶系统（一定组成范围内）的熔点-