物化朱文涛21相平衡.pptVIP

* * 第六章 相平衡 Chapter 6 Phase Equilibrium 热力学原理对相平衡系统的应用 本章任务 (1) 相平衡系统的普遍规律 (2) 各种系统的具体相平衡情况 重点：二组分系统的相平衡情况 6－1 相平衡的条件 （Condition of phase equilibrium) 一、 相的概念 （Concept about phase） 相：在系统中，物理性质和化学性质完全均匀的部分。 相间有界面 越过相界面有些性质发生突变 相数：φ 如何确定相数 相态：当系统的φ和各相的形态不变时， 称系统处于确定的相态。 二、 相平衡的条件（Condition of phase equilibrium） 任意物质B在它所存在的所有相中的化学势相等： μB(1) =μB(2) =…=μB(φ) 例如：水(A)+乙醇(B)+蔗糖(C) 系统 g-l 平衡 g A+B sln A+B+C μA(sln) =μA(g) μB(sln) =μB(g) 相平衡系统：满足相平衡条件的系统。 6－2 相律 （Phase Rule） 一、 物种数和组分数 (The number of substance and the number of component) 物种数：S，系统中所含物质的种类数。 组分数：定义为 K＝ S – R – R’ 化学反应数：R，各物种之间实际存在的独立的 化学反应 浓度限制条件：R’，在同一相中，除∑BxB=1外， 其他固定不变的浓度关系 例如：金属Zn的冶炼 ZnS(矿石) ZnO(s) Zn 灼烧 用C还原 ～1200℃ Zn(g)+CO(g)+CO2(g) ZnO (s) C (s) Φ=3 S=5 反应① ZnO+C → CO+Zn 反应② 2ZnO+C → CO2+2Zn 反应③ CO2+C → 2CO ③ = 2 ① － ② ∴ R = 2 ∵ 气相中CO和CO2中的O均来源于ZnO ∴ n(Zn,g) = n(CO,g) + 2n(CO2, g) 即 x(Zn) = x(CO) + 2x(CO2) ∴ R’ = 1 因此 K ＝ 5－2－1 ＝ 2，即二组分系统 为什么要引入组分数的概念 例如：水 S=1，则R=0，R’=0 ∴ K=1 S=3，则R=1，R’=1 ∴ K=1 所以K比S更具科学性，便于交流。 单组分系统 二、 自由度和自由度数 (Degree of freedom and the number of freedom degree) 描述相平衡的性质都是强度变量 例如 Tb，Tf，溶解度等 自由度：在保证系统相态不变(即不生成新相也不 消失旧相)的条件下，系统的独立变量。 自由度数 f 三、 相律（Phase Rule） 对任意相平衡系统：含S个物种，φ个相，则描述系统的总变量有 T , p x1(1), x2(1), x3(1), …, xS(1) x1(2), x2(2), x3(2), …, xS(2) ┊ ┆ ┆ ┆ x1(φ), x2(φ), x3(φ), …, xS(φ) Sφ个 2个 共(Sφ+2)个 (1) 每个相均满足归一化条件∑BxB=1，所以有一个不独立浓度。共扣除φ个不独立浓度。 (2) 对任一物质B， μB(1) =μB(2) =…=μB(φ) ，有(φ －1)个关于μB的等式，即(φ －1)个关于T、p、浓度的方程，所以有(φ －1)个不独立变量。共扣除S(φ －1)个不独立变量。 (3) 有R个化学反应：一个反应，即有 ，所以共有R个关于化学势的方程。共扣除R个不独立变量。 (4) 有R’个浓度限制条件：共扣除R’个不独立浓度。 将其中不独立的分别扣除 ②意义：对于指定的系统，描述f～φ关系 φ ↑ f ↓， φ ↓ f ↑ f ＝0时，则φ max φ ＝1时，则 f max ③关于“2”：要根据具体情况进行修正 ④条件自由度： 即 f＝K －φ＋2 Gibbs Phase Rule ∴