相律與相圖（18）全解課件.ppt

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1、第六章相律與相圖本章主要學(xué)習(xí)單組分及二組分復(fù)相平衡的規(guī)律。意義為：物質(zhì)（材料）的性能不僅與其化學(xué)組成有關(guān)，也與相組成密切相關(guān)，特別是合金材料和晶體物質(zhì)。相平衡理論是很多工業(yè)分離及提純技術(shù)的基礎(chǔ)：如蒸餾、吸收、萃取和結(jié)晶有幾相—服從相律哪幾相、組成如何—用相律分析相圖相平衡問題出發(fā)點：各相化學(xué)勢相等學(xué)習(xí)要點：1、掌握相平衡問題的普遍規(guī)律——吉布斯相律；2、掌握純物質(zhì)系統(tǒng)相平衡的特點、克拉佩龍方程的應(yīng)用及相圖分析3、掌握二元雙液系基本相圖分析及杠桿規(guī)則；4、掌握二元固液體系基本相圖分析。5、幾何圖形描述平衡條

2、件間關(guān)系；討論圖上點、線、面的意義、相律及條件（T或p或x）變化的相關(guān)問題§1相律相律：研究相平衡系統(tǒng)與相態(tài)變化的規(guī)律1876年由Gibbs導(dǎo)出相數(shù)(Φ)，獨立組元數(shù)(K)，自由度數(shù)（f）一、相與相數(shù)（Φ）相：系統(tǒng)中物理、化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分叫一相。特點：同一相的性質(zhì)完全均勻相與相之間有明顯界面；機(jī)械方法可分開；相的存在與物質(zhì)量無關(guān)。越過該界面，宏觀界面性質(zhì)突變；相數(shù)：體系（系統(tǒng)）中所含相的數(shù)目，記為Φ。自然界中物質(zhì)有三種存在形態(tài)（s，l，g）氣態(tài)：一般能無限混合——單相液態(tài)：完全互溶——單相不完全互溶

3、或部分互溶——多相固態(tài)：一般不能互溶——多相固溶體——單相二、組元和組元數(shù)組元（分，Component），也稱獨立組元描述體系中各相組成所需最少的、能獨立存在的物質(zhì)(討論問題方便)。組元（分）數(shù)：體系中組元的個數(shù)，簡稱組元，記為K。無化學(xué)反應(yīng)體系：組元數(shù)=物種數(shù)（N）有化學(xué)反應(yīng)（R）體系：組元數(shù)≠物種數(shù)如H2(g)，O2(g)，H2O(g)★常溫、常壓下，K=3★2000℃、常壓下，2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)性質(zhì)：（1）組元為最少物質(zhì)數(shù)目（2）最少物質(zhì)（數(shù)目）必須可以分離出（3）組元數(shù)的計

4、算：K=N-R-R’N：物種數(shù)R：物種中的獨立化學(xué)反應(yīng)數(shù)R’：同一相中各物質(zhì)之間的濃度限制數(shù)K=3-1=2★2000℃、常壓下，:=21:濃度限制條件（R’），K=3-1-1=1R的求法：R=N-M（N＞M）(經(jīng)驗公式)N：物種數(shù)M：組成物質(zhì)的化學(xué)元素數(shù)三、吉布斯相律公式及其推導(dǎo)1.自由度（數(shù)）——Degreeoffreedom在不影響平衡體系的相數(shù)和相態(tài)時，在一定范圍內(nèi)可以獨立變化的最少強(qiáng)度性質(zhì)數(shù)(獨立變量數(shù))，記為f。獨立——在一定條件范圍內(nèi)，可以任意變化，不·······。0＜T＜100℃強(qiáng)度性質(zhì)—

5、—μiⅠ=μiⅡ=μiⅢ=……=μiΦT，p等。三相點處：容量性質(zhì)可變，強(qiáng)度性質(zhì)不可變。自由度（數(shù)）只能是正整數(shù)注意：f是指系統(tǒng)所需最少強(qiáng)度條件數(shù)(T、p、xi)2．相律（f與Φ、K之間的關(guān)系）封閉體系：物種數(shù)N，相數(shù)Φ，外界影響因素n;每相變量數(shù)：N+n，體系總變量數(shù)：Φ(N+n)；有多少變量是獨立的呢？▲外界因素力平衡pⅠ=pⅡ=pⅢ=……=pΦ，（Φ–1）個熱平衡TⅠ=TⅡ=TⅢ=……=TΦ，（Φ–1）個n個因素····················等式·················共n(Φ–

6、1)個▲化學(xué)勢μiⅠ=μiⅡ=μiⅢ=……=μiΦ，（Φ–1）個N種物質(zhì)····················等式·····················N(Φ–1)個μNⅠ=μNⅡ=μNⅢ=……=μNΦ，（Φ–1）個▲獨立化學(xué)反應(yīng)數(shù)R個▲其它濃度限制條件數(shù)R’個▲濃度∑xi=1or∑wi=1Φ個總獨立方程式數(shù)Φ(N+n)–(N–R–R’)+Φ–n=Φ(N+n)–K+Φ–n獨立變量數(shù)=總變量數(shù)-獨立方程式數(shù)f=K–Φ+nn：溫度、壓強(qiáng)、磁場、電場、重力場…等因素通常：只需考慮溫度、壓強(qiáng)，即取n=2若T

7、=const或p=const，則f*=K-Φ+1f*——條件自由度，如，凝聚相p影響小T,p=constf*=K-Φf=K-Φ+2相律T，p注意：★相律推導(dǎo)已用過力平衡、熱平衡和化學(xué)勢平衡條件；★相律是熱力學(xué)推論，有普適性和局限性；——適于所有的相平衡體系，定性★平衡共存的相越多，自由度越小fmin=0，Φ達(dá)到最大值；Φmin=1，f達(dá)到最大值；[例]將氨氣通入水中達(dá)平衡，則該體系的組元數(shù)K=、相數(shù)Φ=、和自由度數(shù)f=。(a)K=3,Φ=2,f=3;(b)K=2,Φ=2,f=2;(c)K=1,Φ=2,f=

8、1;(d)K=2,Φ=1,f=3.例1、根據(jù)相律：f=K-Φ+2，求下列平衡體系的獨立組分?jǐn)?shù)K、Φ、f。⑴CaCO3(s),CaO(s),CO2(g)體系；⑵任意比混合的C(s),CO(g),CO2(g)及O2(g)體系；⑶N2(g),H2(g),NH3(g)體系Ⅰ.任意比例混合；Ⅱ.氮氣、氫氣摩爾比為1:3；Ⅲ.在60℃的真空容器中投入氨氣；例2、已知Na2CO3與H2O能形成三種含水鹽。即Na2CO3·H2O、Na2CO3