[理学]第6章 相平衡fuxi.ppt

物理化学电子教案—第六章 §6.1 相律（phase rule） 1. 自由度数 2. 相律的推导 4. 几点说明 §6.2 杠杆规则（Lever rule） §6.2 杠杆规则（Lever rule） §6.3 单组分系统的相图 §6.3 单组分系统的相图 1.水的相平衡实验数据 2. 水的相图 2. 水的相图 2. 水的相图 2. 水的相图 3. 相图的说明 §6.4 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图 1. 压力-组成图 1. 压力-组成图 2. 温度-组成图 2. 温度-组成图 §6.8 二组分固态不互溶系统液-固平衡相图 上一内容 下一内容 回主目录 返回 * 相（phase） 系统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。系统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。 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）。 自由度（degrees of freedom） 确定平衡系统的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母 F 表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。例如水的气-液平衡时，T，p只有一个可独立可变，F=1。 如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其它强度变量数称为条件自由度，用 F*表示。 例如：指定了压力， F* = F –1 指定了压力和温度，F* = F – 2 自由度数＝总变量数 – 方程式数 总变量数＝相数×(物质种数 –1) + 2 ＝P(S –1) + 2 方程式数＝S(P –1) + R + R’ 其中R’为浓度限制数目 则自由度数 F＝S – R – R’ – P + 2 ＝C – P + 2 相律 式中C= S – R – R’ 称为组分数 (1) F = C – P + 2 任何时候成立 (2) F = C – P + 2 系统中温度和压力相同 (3) F = C – P + n n 为各种外界因素 (4) 没有气相存在时， F = C – P + 1 ，因p对相平衡影响很小。 讨论A，B二组分系统，气、液两相，C点代表了系统总的组成和温度，称为物系点。 通过C点作平行于横坐标的等温线，与液相和气相线分别交于D点和E点。DE线称为等温连结线（tie line）。 落在DE线上所有物系点的对应的液相和气相组成，都由D点和E点的组成表示。 液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算，即以物系点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算液相和气相的物质的量或质量，这就是可用于任意两相平衡区的杠杆规则。即 或 可以用来计算两相的相对量 （总量未知）或绝对量（总量已知）。 水的相平衡实验数据 水的相图 相图的说明 相点 表示某个相状态（如相态、组成、温度等）的点称为相点。 物系点 相图中表示系统总状态的点称为物系点。在T-x图上，物系点可以沿着与温度坐标平行的垂线上、下移动；在水盐系统图上，随着含水量的变化，物系点可沿着与组成坐标平行的直线左右移动。 在单相区，物系点与相点重合；在两相区中，只有物系点，它对应的两个相的组成由对应的相点表示。 单组分系统的自由度最多为2，双变量系统的相图可用平面图表示。 单组分系统的相数与自由度 C=1 F = –P + 3 双变量系统 单相 F =2 当 P =1 单变量系统 两相平衡 F =1 P =2 无变量系统 三相共存 F=0 P =3 冰，水，水蒸气 T，p可变 冰?水，冰?水蒸气，水?水蒸气 冰，水，水蒸气三相平衡 T，p不可变 水的相图是根据实验绘制的。图上有： 三个单相区 在气、液、固三个单相区内，P=1，F=2，温度和压力独立地有限度地变化不会引起相的改变 三条两相平衡线 P=2，F=1，压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由系统自定。 OC 是气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能任意延长，终止于临界点。临界点 ，这时气-液界面消失。高于临界温度，不能用加压的方法使气体液化。 OB 是气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0 K附近。 O