物理化学及实验_褚莹_第四章相律.ppt

第四章 相平衡 在自然界以及化工生产过程中，经常会遇到蒸发，冷凝，升华，溶解和结晶等一系列相变过程，化学工作者必须掌握这些过程所遵循的规律。另外，怎样对有机混合物进行分离或提纯？怎样从盐湖及海水中提取各种有用的无机盐？在钢铁及各种合金的冶炼中，应怎样控制生产条件及产品成分？…解决这些实际问题，都需要用到相平衡的知识。 本章主要讨论以下两方面内容： （1）相平衡体系所遵循的普遍规律—相律。 （2）描述相平衡状态与其所处的温度，压力，浓度关系的几何图形—相图。 4．1 相律 4.1.1 相、组分、自由度 1．相 2．组分 3．自由度 1．相 相是体系中物理性质和化学性质完全均匀的部 分。相数 “ ” 。 2．组分 用来确定平衡体系中各相组成所需最少数目的独立物质称为组分，组分数“K”。 S ——化学物种数； R ——独立的化学平衡数； R' ——独立的浓度限制条件数。 例如，① CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) K=3?1?0=2 ② NH4Cl(s) NH3(g)+HCl(g) K=3?1?1=1 [思考题] 298 K时NaCl 水溶液的组分数K= ？ 3．自由度 确定相平衡体系状态的独立强度变量称为自由度。自由度数“ f ”。 例如，① H2O(l) ,f =2 (T , p ) ② H2O (l) H2O(g) , f =1 (T 或 p ) ③ NaCl aq , f =3 (T ,p ,xB ) 4.1.2 相律 相律的推导： 设 S个物种 (1,2…S) 分散在 个相 中，且每一种物质在 个相中都存在 [练习题] Na2CO3与H2O 可以形成如下几种固体含水盐：Na2CO3.H2O, Na2CO3.7H2O 和Na2CO3. 10H2O 。试问在 下 ，与碳酸钠水溶液及冰平衡共存的含水盐最多可有几种？ 4.2.1 单组分体系的两相平衡——克拉贝龙 (Clapeyron) 方程式 4.2.2 外压（或惰性气体）对蒸气压的影响 4.2.3 单组分体系相图 对单组分体系, k=1 , 则f =3 当 ，最大f=3 当 ，最大f =2 ( T , p ) （2）普通金属与超导金属之间的转变 某些金属当温度降低到某一温度T0 (转变温度，零电阻温度。例如：Hg为 4.15K)时，其电阻突然消失，金属转为超导状态。 （3）铁磁体与顺磁体的转变 当铁磁体的温度升高到某一温度(居里点)时，磁畴被破坏，转变为顺磁体。 4. 3 二组分气液体系 4. 3. 1 二组分理想液态混合物 4. 3. 2 二组分非理想液态混合物 4. 3. 3 二组分部分互溶体系 4. 3. 4 二组分完全不互溶体系 4. 3. 1 二组分理想液态混合物 2．定压下的T～x(y) 图 5.蒸馏原理 由此可见，把液相部分气化，而把气相部分冷凝，都能在液相富集难挥发的高沸点组分和在气相富集易挥发的低沸点组分。连续地进行汽化与冷凝，使混合液分离就是蒸馏的原理。 4. 3. 2 二组分非理想液态混合物 若混合物的任一组分在全部分的浓度范围内不服从Raoult 定律时，此混合物则称为非理想液态混合物。 4. 3. 3 二组分部分互溶体系 当组分A、B 的性质差异较大时，则发生部分互溶现象。而只有当两者的组成相差悬殊时，才能溶成均匀一相。 4. 3. 4 二组分完全不互溶体系 第四节 二组分固液体系相图 一、固相完全不互溶体系 4. 5 三组分体系 4. 5. 1 等边三角形坐标表示法 4. 5. 2 部分互溶体系 4. 5. 3 水盐体系（水和二种盐） 4. 5. 1 等边三角形坐标表示法 4. 5. 2 部分互溶体系 1．含一对部分互溶体系 2．含有二对或三对部分互溶体系 3．应用：连续萃取 相图分析： 点： D：NH4Cl在水中的溶解度； E：NH4Cl 在水中的溶解度； F：三相点，同时饱和了NH4NO3 和 NH4Cl 。 线： DF：NH4Cl 在溶液中的溶解度 ； EF：NH4NO3在溶液中的溶解度。 （2）“等比