第五章多相平衡ppt课件.ppt

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1、第五章相平衡学习要求：掌握：相、组分数和自由度的概念；相律的物理意义及其在相图中的应用；克氏方程及其在单组分系统中的应用及各种计算；杠杆规则及其在相图中的应用。熟悉：低共熔系统相图的意义和应用；双液系的p-x图和T-x图、恒沸系统的特点；蒸馏和精馏的原理；三组分系统的组成表示法；部分互溶三液系统的相图及其在萃取过程中的应用。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

2、衡相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(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.相平衡第一节相律系统中,物理性质和化学性质完全均一的部分相和相之间有明显的界面,越过界面,物理或化学性质发生突变系统中相的总数,称为“相数”,以符号“”表示.一杯液体水:,,Cp,m,T,p,化学性质等等

3、.NaCl晶体:,,Cp,m,T,p,化学性质等等.CH4气体:化学性质,Cp,m,T,p,等等一、基本概念1.相(Phase)气体:只有一个相=１,不论气体的种类有多少固体:一个固体就是一个相.固溶体除外.液体:根据溶解度不同,可以是一个或二个相,最多不超过三个相.一、基本概念1.相(Phase)物种数:系统中所含化学物质数,用符号“Ｓ”各物质的两种聚集态,Ｓ=１２.如H2O(l),(g),(s)组分数:足以表示系统各相组成所需要的最少独立物种数,用符号“Ｋ”组分数和物种数是完全不同的概念,无化学反应发生,Ｋ=Ｓ一、基本概

4、念2.物种数和组分数如PCl5,PCl3,Cl2三种物质组成系统,存在化学平衡:如系统中有化学平衡存在,Ｋ不一定等于ＳPCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)这时:Ｓ=３,Ｋ=２３.因为只要确定两种物质,则第三种物质就必然存在,并且其组成可由Ｋ所确定所以:Ｋ=Ｓ-ＲＲ——独立的化学平衡数一、基本概念2.物种数和组分数注意化学平衡一定要是独立的,如由,C(s),CO(g),CO2(g),H2O(g),H2(g)５种物质组成的系统,可以写出三个化学平衡:(1)C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)(2)C(s)+C2O(

5、g)=2CO(g)(3)CO(s)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)但上述三个平衡中只有两个是独立的,可由其中任意两个通过相加减得到第三个.因此Ｒ=２３.一、基本概念2.物种数和组分数如有特殊限制条件,情况又将不同如PCl5,PCl3,Cl2三种物质组成系统中,若指定mol(PCl3)/mol(Cl2)=1,或开始时只有PCl5,则平衡时mol(PCl3)/mol(Cl2)=1,这时就存在一浓度限制条件,因此Ｋ=１２３.Ｋ=Ｓ-Ｒ-Ｒ`Ｒ`:浓度限制条件.注意:浓度限制条件只在同一相中方才能成立,在不同相之间,浓度限制条

6、件不成立.CaCO3的分解,mol(CaO)/mol(CO2)=1,但是由于一个是固相一个是气相浓度限制条件不成立,Ｋ=２１.一、基本概念2.物种数和组分数尽管一开始只有CaCO3,平衡时:CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)mol(CaO)=mol(CO2),定温下,Kp=pCO2=cons.但,p(CO2)和CaO的饱和蒸气压[p*(CaO)]之间并没有能相联系的公式,即指定了温度可知Kp(=pCO2),但并不能确定CaO的量.上述平衡系统,一个T有一个Kp,即f=１,若有浓度限制条件能成立,通过以后的相律可计算:f=

7、Ｋ+２-=１+２-３=0,显然不符合实际情况.一、基本概念2.物种数和组分数物种数Ｓ随着考虑问题的角度不同而不同,但是Ｋ值总是一样的.如:NaCl,H2O构成系统,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=１.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-)

8、,mol(H+)=mol(OH-),K=S-R-R`=6-2-2=2一、基本概念2.物种数和组分数在不引起旧相消失和新相产生的条件下,可以在一定范围内独立变化的强度性质.用符号“f”表示.如,H2O(l)在不产生H2O(g)和H2O(