第五章 多相平衡-2003版

《第五章 多相平衡-2003版》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、l(A+B)C6H5CH3(A)C6H6(B)yB0.00.20.40.60.81.00.80.60.20.40.00.00.20.40.60.81.0g(A+B)t=79.7℃yG,B=0.60LMGxBl(A+B)xL,B=0.35x'B=0.43xB=050M'l(A+B)g(A+B)p/102kPa相平衡是热力学中的一类非常重要的平衡,相平衡在生产实际和科学实验中有着广泛的应用.例如:有机混合物的分离和提纯:有机混合物蒸馏分离升华分离萃取分离重结晶分离gl平衡gs平衡l(1)l(2)平衡ssol.平衡无机混合盐的分离混合盐浓缩混合盐母液某纯组分结晶混合盐

2、(如海水)的分离:相平衡在冶金和钢铁生产和研究中也有着非常重要的应用.天然或人工合成的熔盐系统(主要是硅酸盐如水泥,陶瓷,炉渣,耐火粘土,石英岩等),天然盐类(如岩盐,盐湖等)以及一些工业合成品都是重要的多相系统.多相平衡的知识对上述系统的研究和应用有着密切的关系.目录§5.1相律§5.2单组份系统§5.3完全互溶的双液系统§5.4*部分互溶和完全不互溶的双液系统§5.5*二组分固液系统平衡相图§5.6*三组分系统平衡相图§5-1相律一.基本概念相：系统中物理性质和化学性质相同而且均匀的部分。气态：不论气体有多少种，它们组成的混合系统，都称为一相；液态：当几种液体完全互

3、溶时，称为一相；固态：当形成固态混合物时为一相，当形成机械混合物时，有多少种固体就有多少相；总之：只有以原子或分子大小的尺寸相混合，多种物质的系统才能形成一个相。①相数相数Φ:多相系统在达到平衡时共存的相的数目。②物种数和(独立)组分数物种数S——系统中存在的化学物质数各物质的两种聚集态,Ｓ=１２.如H2O(l),(g),(s)独立组分数K简称组分数。足以表示系统中各相组成所需的最少独立的化学物种数。R-独立的化学反应计量式数目；也即独立化学平衡数例：2HI=H2+I2平衡时三种物质的物质的量只有两个可独立改变。K=S-R=3-1=2要注意独立二字：三个反应不是相互独

4、立的，可以有任意两个化学推导出第三个化学反应，独立化学平衡数只有2个，R=2R′—除一相中各物质的摩尔分数之和为1这个关系以外的浓度限制条件。由已知条件可推知的特殊的限制条件。若开始时候只有PCl5，则平衡时候PCl3和Cl2的比例一定是1:1，此时组分数不是3，而是3-1-1=1关系：K=S–R-R’例：NH4HCO3(s)部分分解，建立如下反应平衡：NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)有x(NH3)=x(H2O)=x(CO2)K=S–R-R’=4–1-2=1则R′=2组分数=物种数-独立化学平衡数-独立浓度关系数（1）物质之间的浓度关系限制

5、只能在同一相中才能应用(2)一个系统的物种数可能不同，但独立组分数是一致的。注意：如:Sol(NaCl+H2O)只考虑相平衡,S=K=2.Sol(NaCl+H2O),考虑NaCl电离平衡,Ｓ=３,有H2O,Na+,Cl-,因为溶解是电中性的,mol(Na+)=mol(Cl-),Ｒ`=１,Ｋ=３-１=2.再考虑H2O的电离平衡,Ｓ=６,NaCl,H2O,Na+,Cl-,H+,OH-.此时,R=2,R`=2NaCl=Na++Cl-H2O=H++OH-mol(Na+)=mol(Cl-),mol(H+)=mol(OH-),K=S-R-R`=6-2-2=2③自由度：自由度f：可在

6、一定范围内独立变动而维持相数不变的强度因素（温度、压力、组成等）的数目。例：H2O在101.325kPa,100ºC时气液平衡，在70.12kPa,90ºC时气液平衡。例：NaCl(aq,m),=1,f=3NaCl(aq,ms),=2,[NaCl(aq),NaCl(s)],f=23,[T,p,c].因为T和c不是独立的,若指定T,则ms=constant.若指定ms,则T=constant.系统的自由度是一定范围内独立可变的,若不指定它们则系统的状态就不能确定.多组分多相系统平衡的条件：热平衡力平衡相平衡在平衡系统中，联系系统内相数、组分数、自由度数及影响物质性质

7、的外界因素（温度、压力、重力场磁场等）之间关系的规律-------相律如果只考虑温度，压力的影响，f=K–Φ+2二.相律相律的推导在α相中的独立变量为：xα1，xα2，…，xαK-1。共K-1个Φ个相共有Φ（K-1)个变量数每种物质在各相中的化学势相等：共有K（Φ-1）个等式。平衡时候，各相的温度，压力均应相同，故增加两个变量，故变量数但这些变量之间不是独立的F=K–Φ+2吉布斯相律独立变量数f=变量数-限制条件f=自由度，K=独立组分数，Φ=相数一定条件下，f=K-Φ+1（凝固相系统或指定一个变量）如果考虑电场、磁场，则f=K-Φ+n或