《物理化学》课程教学课件（PPT讲稿）第五章 多相平衡

第五章多相平衡完全互溶双液系统完全不互溶双液系统部分互溶双液系统有化合物的固液系统三角坐标图表示法低共熔混合物克克方程水的相图一组分系统习题课相律

第五章 多相平衡 相 律 克 克 方 程 水 的 相 图 二 组 分 系 统 完 全 互 溶 双 液 系 统 部 分 互 溶 双 液 系 统 完 全 不 互 溶 双 液 系 统 低 共 熔 混 合 物 有 化 合 物 的 固 液 系 统 三 角 坐 标 图 表 示 法 习 题 课

引言相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一研究多相系统的平衡在化学、化工的科研和生产中有重要的意义，例如：溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯及金相分析等方面都要用到相平衡的知识相律和相图(phase diagram)相图：研究多相系统的状态如何随温度、压力和组成等强度性质而变化的几何图形山东理工大学

山东理工大学 2 引 言 相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一 相律和相图（phase diagram） 研究多相系统的平衡在化学、化工的科研和生产 中有重要的意义，例如：溶解、蒸馏、重结晶、萃取、 提纯及金相分析等方面都要用到相平衡的知识 相图：研究多相系统的状态如何随温度、压力和组 成等强度性质而变化的几何图形

S5.1相律(Phaserule)一、基本概念1.相和相数Φ；2.物种数S和组分数K3. 自由度数f相律：f=K-Φ+2

一、基本概念 1. 相和相数； 2. 物种数S和组分数K； 3. 自由度数 f 二、相律：f = K – Φ + 2 §5.1 相律（Phase rule）

1.相和相数Φ：系统中物理及化学性质完全均一的部分称为相。相与相之间称为界面interface)。气相： Φ=l,均相(homogeneous),液相：Φ=1,2,≤3（根据互溶情况而定），Φ≥2，为复相或多相（heterogeneous)。固相：Φ=l,固溶体(solidsolution)，Φ2，除了固溶体之外，有几种物质就有几相

1. 相和相数Φ： 系统中物理及化学性质完全均一的部分称为相。 相与相之间称为界面(interface)。 气相： Φ =1，均相(homogeneous)， 液相： Φ = 1, 2, 3（根据互溶情况而定）， Φ  2，为复相或多相(heterogeneous)。 固相： Φ =1, 固溶体(solid solution), Φ 2，除了固溶体之外，有几种物质就有几相

2.物种数S和组分数K物种数S：系统中所含化学物质的数量。说明（1）不同聚集状态的同一种化学物质不能算两个物种。如水和水蒸气,S-1。（2）一个系统的物种数是可以随着人们考虑问题的出发点不同而不同的

物种数S：系统中所含化学物质的数量。 2. 物种数S和组分数K 说明（1）不同聚集状态的同一种化学物质不 能算两个物种。如水和水蒸气, S=1。 （2）一个系统的物种数是可以随着人们 考虑问题的出发点不同而不同的

例：NaCI-H,O系统1. NaCl, H,O: S=22.NaCI不饱和水溶液:Nat,CI-,H,O:S=33.NaCI饱和水溶液，有NaCI(s)存在:NaCI(s),Nat,CI-,H,O: S=4 ,4.NaCI饱和水溶液，有NaCI(s)存在：NaCl(s),Nat,CI-H,O,H+,OH-: S=6

例：NaCl-H2O系统 1. NaCl，H2O: S=2 2. NaCl不饱和水溶液:Na+ , Cl－, H2O : S=3 3. NaCl饱和水溶液，有NaCl(s)存在:NaCl(s), Na+ , Cl－, H2O : S=4 ， 4. NaCl饱和水溶液，有NaCl(s)存在: NaCl(s), Na+ , Cl－, H2O ,H+ , OH－: S=6

组分数K：能够表示系统组成的独立物质数。K-S-R-R说明：（1）R：独立的化学平衡数；例 系统中有C(s), H,O(g), CO2(g), CO(g), H2(g)共存,R=?答：系统中有反应：C(s)+H,O(g) 台CO(g)+H2(g)C(s)+CO2(g) 台 CO(g)CO(g)+H,O(g) ←CO2(g)+H2(g)其中S-5，独立化学平衡数R+3=2

组分数K：能够表示系统组成的独立物质数。 K=S – R– R’ 说明：（1）R： 独立的化学平衡数; 例 系统中有C(s), H2O(g), CO2 (g), CO(g), H2 (g)共存， R=？ 答：系统中有反应： C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g) C(s)+CO2 (g)  CO(g) CO(g)+H2O(g) CO2 (g)+H2 (g) 其中S=5， 独立化学平衡数 R3=2

说明：（2）R：独立的浓度关系数；可能是由于化学反应的进行而产生，也可能是指定的但只对同相的物质有意义。例：1.在一抽空的容器中放入PCls，达分解平衡后，生成PCl（g）和Cl，（g）。问K=？答：R=1，R'=1，故K-1。2.在抽空的容器中放入CaCO3，让其发生分解反应。问K=-？答：R-1，R'=0，故K=2

说明： （2）R’：独立的浓度关系数; 可能是由于化学反应的进行而产生，也可能是指定的， 但只对同相的物质有意义。 例：1. 在一抽空的容器中放入PCl5，达分解平衡后 ，生成PCl3（g）和Cl2 （g）。问K=？ 答：R=1，R’=1，故K=1。 2.在抽空的容器中放入CaCO3，让其发生分解 反应。问K=？ 答：R=1，R’=0，故K=2

说明：（3）一个系统的物种数可以随着考虑问题的出发点不同而不同，但在平衡系统中组分数是确定的。例3NaCI-HO系统1. NaCl, H,O: S-2, R=0, R=0, K-22.NaCI不饱和水溶液Nat, CI-,H,0 : S=3.R=0, R=1: [Na+]=[CI-],K=3-1=23.NaCI饱和水溶液，有NaCI(s)存在NaCl(s), Na+, CI-,H,O : S=4R=1: NaCI(s) 台 Na++ CI-,R'=1:[Na+]-[CI-],K=4-1-1=2

说明： （3）一个系统的物种数可以随着考虑问题的出 发点不同而不同，但在平衡系统中组分数是确定的。 例3 NaCl-H2O系统 1. NaCl，H2O: S=2, R=0, R’=0, K=2 2. NaCl不饱和水溶液 Na+ , Cl－, H2O : S=3, R=0, R’=1: [Na+ ]=[Cl－], K= 3– 1=2 3. NaCl饱和水溶液，有NaCl(s)存在 NaCl(s), Na+ , Cl－, H2O : S=4, R=1: NaCl(s)  Na++ Cl－, R’=1: [Na+ ]=[Cl－], K= 4 – 1– 1=2

4. NaCI(s), Nat, CI-,H,O ,H+ , OH-:S=6,R=2: NaCI(s) 台 Na++ CI-,H,0 H+ + 0H-,R'=2: [Na+]=[CI-], [H+]=[OH-],电中性[Na+]+[H+]=[CI-]+[OH-];K=6- 2-2=2练习：P144，习题1

4. NaCl(s), Na+ , Cl－, H2O ,H+ , OH－: S=6, R=2: NaCl(s)  Na++ Cl－, H2O  H+ + OH－, R’=2: [Na+ ]=[Cl－], [H+ ]=[OH－], 电中性 [Na+ ]+[H+ ]=[Cl－]+[OH－], K=6– 2–2=2 练习：P144，习题1