物理化学相平衡知识点..docVIP

相平衡 一、主要概念 组分数，自由度，相图，相点，露点，泡点，共熔点，连结线，三相线，步冷冷却曲线，低共熔混合物固相完全不互溶 二、重要定律与公式 本章主要要求掌握相律的使用条件和应用，单组分和双组分系统的各类典型相图特征、绘制方法和应用，利用杠杆规则进行有关计算。 1、相律： F C - P + n , 其中： CS-R-R’ 1 强度因素T，p可变时n2 2 对单组分系统：C1, F3-P 3 对双组分系统：C2，F4-P；应用于平面相图时恒温或恒压，F3-P。 2、相图 1相图：相态与T，p，x的关系图，通常将有关的相变点联结而成。 2实验方法：实验主要是测定系统的相变点。常用如下四种方法得到。对于气液平衡系统，常用方法蒸气压法和沸点法；液固凝聚系统，通常用热分析法和溶解度法。 3、单组分系统的典型相图 对于单组分系统C1，FC-P+23-P。当相数P1时，自由度数F2最大，即为双变量系统，通常绘制蒸气压-温度p-T相图，见下图。a 正常相图b 水的相图c 硫的相图 图6-1 常见的单组分系统相图 4、二组分系统的相图类型：恒压的t-xy和恒温的p-xy相图。相态：气液相图和液-固凝聚系统相图。 1气液相图根据液态的互溶性分为完全互溶细分为形成理想混合物、最大正偏差和最大负偏差、部分互溶细分为有一低共溶点和有一转变温度的系统和完全不溶溶液完全分层的相图。可以作恒温下的p-x压力-组成图或恒压下的t-x温度-组成图，见图5-2和图5-3。a 理想混合物b 最大负偏差的混合物c 最大正偏差的混合物 图6-2 二组分系统恒温下的典型气液p-x相图a 理想或偏差不大的混合物b 具有最高恒沸点大负偏差 c 具有最低恒沸点大正偏差 d 有最高会溶点的部分互溶系统 e有最高和最低会溶点的部分互溶系统 f 沸点与会溶点分离g 液相部分互溶的典型系统 h液相有转沸点的部分互溶系统 i 液相完全不互溶的系统 图6-3 二组分系统恒压下的典型气液相图2液-固系统相图： 通常忽略压力的影响而只考虑t-x图。简单的相图也可分为固相部分完全互溶形成固溶体a，b、固相部分互溶细分为有一低共溶点和有一转变温度的系统、固相完全不互溶形成低共熔混合物、固相形成稳定化合物和固相形成不稳定化合物的相图，见下。液相完全互溶，固相完全互溶、固相部分互溶和完全不互溶的液固相图与液相完全互溶、部分互溶和完全不互溶的气液相图的形状相似，只不过在液固相图中的固态和液态在气液相图中变为液态和气态。稳定化合物熔化时固相和液相组成相同，其相图见下图，相当于两个双组分系统A-C和C-B相图的组合。不稳定化合物加热到一定温度后分解成一种固体和溶液，溶液组成与化合物组成不同，典型为H2O-NaCl系统，见图。a 固相部分互溶系统b 固相有转溶点的部分互溶系统c 固相完全不互溶的系统d 形成稳定的化合物e 形成不稳定的化合物 图6-4 二组分液固系统的典型相图从上可知，只要知道气-液系统或液-固系统的相图特征，便可知道另一系统的相图特征。 3双组分系统的相图在恒温或恒压下得到，故相律FC-P+1。 单相区：P1，FC-P+12-1+12 图6-5 杠杆规则示意图 两相区：P2，FC-P+12-2+11 三相线：P3，FC-P+12-3+10，为无变量系统。 5、杠杆规则 在任意的两相平衡区，如图6-5。某系统中物质的总量为n，组成为xo，在某一温度下达到两相平衡，其对应的左右相态物质的量分别为nL、nR，组成分别为xL、xR，则有 或—杠杆规则 若横坐标为质量百分数w，则杠杆规则可改写为利用杠杆规则，加上式或，即可计算出平衡时两个相态分布的量。 6、复杂相图分析：对二组分系统的p-x或t-x图进行总结分析 1 区域相态的确定对于单组分区域的相态，高温或低压区为气态或液态，低温区或高压区为液态或固溶体。若有多个固溶体，可依次按?、?、?、?命名。对于两相平衡区，相态由左右邻单相区或单相线对应的相态组成。对于三相线，其相态由左右邻单相区或单相线和上邻区域对应的相态组成。 2区域相数的确定 单相单组分线：垂直于组成轴的线。若在相图中间，是化合物的组成线。 单相区特征：若左邻或右邻之一涉及两个或以上的区域，或者从区域的最低处与组成轴平行的线段不考虑沿着区域边界线往最高处移动时出现折点边界线不连续，则这区域一定是单相区。例如图5-10a的区域II，F经E点到G点，从温度的最低处到最高处，出现折点E，故为单相区。单相区的形状一般是不规则的三边形 边可以是连续的曲线或不规则的四边形或超过四边的多边形。 两相区特征：若左邻和右邻仅涉及一个单相区域或一条单组分单相线，也就是说左邻和右邻仅是一条连续的直线或曲线边时，则这区域一定是两相区。两相区的形状一般是横向平行