[工学]第五章 相平衡原理.pptVIP

第五章 相平衡原理 第五章 相平衡原理 5.1 相平衡及其研究方法 5.2 单元系统 5.3 二元系统 5.4 三元系统 相平衡定义 一定条件下，多相系统中相的生成速度等于相的消失速度，则系统达到相平衡。 特点 1. 宏观上相间无任何物质传递； 2. 系统中每一相的数量不随时间变化； 3. 为动态平衡 §5.1 相平衡及其研究方法 一、基本概念 （一）系统：选择的研究对象。 （二）环境：系统以外的一切物质。 无气相或虽有气相但其影响可忽略不计的系统称为凝聚系统：如合金、硅酸盐系统 对于某些硅酸盐系统，气相不可忽略，则不能按一般凝聚系统对待。 （三）相 系统中物理与化学性质相同且完全均匀部分的总和。 1．特点 （1）相之间有界面，可用机械方法分离，越过界面时性质突变（如：水和水蒸气共存时，其组成同为H2O，但具有完全不同的物理性质，是两个不同的相。）； （2）一个相在物理和化学性质上都是微观尺度的均匀，但不一定只含有一种物质（如：乙醇和水的混合溶液，两者能以分子形式完全互溶，混合后的各部分的物理化学性质完全相同，且均匀，尽管含有两种物质，但整个系统只是一个液相）； （3）一种物质可有几个相（如：水有固、液、气三相）； （4）相与物质数量的多少无关，也与物质是否连续无关（如：水中有许多冰，所有冰为一相）。 （5）系统中的气体：各种气体能以分子形式按任意比例均匀混合，所以系统不是在高压状态下，不论多少种气体混合都是一个气相（如：空气）； 系统中的液体：a. 纯液体可为单相； b. 混合液体视互溶程度，完全互溶（单相），出现液相分层（多相）如：NaCl溶于水,溶液中有两种物质，但仍为一相；酚-水系统，40%酚及60%水，浓度超过了酚在水中的溶解度，系统为两相，一个是酚溶于水，另一个是水溶于酚。 系统中的固体：形成固溶体为单相；其它情况下，一种固体物质为一个相。 ① 形成机械混合物：有几种物质就有几个相（机械混合物不管磨的多细，都不能以分子混合，如：水泥生料由石灰石、粘土、铁粉等粉磨得到的，表面看起来很均匀，但实际上每种物质保持自己的物理化学性质，可用机械方法把他们分开）； ② 生成化合物：每生成一个新的化合物，产生一个新相； ③ 形成固溶体：为一个相； ④ 同质多晶现象：同一种物质的不同晶型虽具有相同的化学组成，但其晶体结构和物理性质不同，则有几种晶型（变体），即有几个相 。 2．相数 一个系统中所含相的数目称为相数，以P表示—— 单相系统（P＝1） 二相系统（P＝2） 三相系统（P＝3） 含有两个相以上的系统，统称为多相系统。 （四）独立组元（独立组分） 组元（物种）：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学纯物质。如：盐水溶液中，NaCl和H2O 都是物种，能够分离出来单独存在，而Na+、Cl-、H+、OH-等不能单独存在，它们不是物种。 独立组元：足以表示形成平衡系统中各相组成所需要的最少数目的物种（组元）。 独立组元数：独立组元的数目，以C表示。 n元系统：具有n个独立组元系统—— 单元系统（C＝1） 二元系统（C＝2） 三元系统（C＝3） 若系统中不发生化学反应，则： 独立组元数 = 物种数 （如：砂糖和沙子混在一起，不发生反应，则物种数为2，独立组元数也是2。盐水，不发生化学反应，物种数是2，独立组元数是2。） 若系统中发生化学反应，则： 独立组元数 = 物种数 - 独立化学平衡关系式数 若系统中同一相内存在一定浓度关系，则： 独立组元数＝物种数 - 独立化学平衡关系式数- 独立浓度关系数 （五）自由度 在一定范围内可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量，称为自由度。如： 组成C（即组分的浓度）、温度T、压力P等； 独立变量数目，称为自由度数，用F表示—— F＝0 无变量系统 F＝1 单变量系统 F＝2 双变量系统 （六）外界影响因素 外界影响因素：指温度、压力、电场、磁场、重力场等影响系统平衡状态的外界因素。 影响因素数：用n表示。在不同情况下，影