《物理化学》课程教学课件（PPT讲稿）第05章 相平衡

第五章 相平 453 单相 等压 等温 B p 液 p x T ”两相 313 D IC x-> 0 0.20.40.60.81.0 B H,O 质量分数一C,H,NH

1 第五章 相平衡 313 4530 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 H O2 C H NH 6 5 2 T/K B C A' A" An T1 TB 373 D E 等温 p A p B p A xB B

§5.1引言 基本概念 1.相和相数Φ： 2.自由度f 3.物种数S和组分数C;

2 基本概念 1. 相和相数； 2.自由度f 3.物种数S和组分数C； §5.1 引言

1.相和相数Φ： 系统中化学组成、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(homogene0uS), 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。 3

3 1. 相和相数Φ： 系统中化学组成、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

一2.自由度f(degrees of freedom) 相数不变条件下，能够在一定范围内独立变动的强 度性质数称作系统的自由度。即能确立系统状态的 独立变量。如T,p,c 例：①单相液态水： 工，p,f=2,一定范围内任意改变T和p,仍能保持水为单相 ②NaCI(sln): T,p,c,f=3 ③NaC(饱和)：T,p,f=2（浓度确定c=f(T)) ④H200-H20(g)共存系统： f=1。因T,p中只有一个独立变量p=f(T

4 2. 自由度 f (degrees of freedom) 例： ①单相液态水： 相数不变条件下，能够在一定范围内独立变动的强 度性质数称作系统的自由度。即能确立系统状态的 独立变量。如T, p, c T, p, f = 2，一定范围内任意改变T和p，仍能保持水为单相 T, p, c, f = 3 T, p, f = 2（浓度确定c = f (T)） f =1。因T, p中只有一个独立变量 p = f (T) 。 ② NaCl(sln)： ③ NaCl(饱和)： ④ H2O(l)-H2O(g)共存系统：

3.物种数S和独立组分数C 物种数S:系统中所含化学物质的数量。 如：水和水蒸气，S=1 组分数C:能够表示系统组成的独立物质数。 C-S-R-R R: 独立的化学平衡数； R':独立的浓度关系数： 注意：系统确定后，其组分数是确定的， 但物种数有一定随意性。 5

5 物种数S：系统中所含化学物质的数量。 如：水和水蒸气, S=1 3. 物种数S和独立组分数C 组分数C：能够表示系统组成的独立物质数。 C = S – R– R’ R： 独立的化学平衡数; R’ ：独立的浓度关系数; 注意：系统确定后，其组分数是确定的， 但物种数有一定随意性

R：独立的化学平衡数 说明： (1)应为所过论泰件下实际存在的反应。 例：N2、H和NH系统，R=? 常温下，R=0,在高温和有催化剂存在的条件下，R=1 (2)应为独立的化学平衡。 例：系统中有如下反应，R=? C0+H,0→C02+H, R=2 c0+0,→C0, 2 R=S-N(S=物种数，N=元素数)， 1 H2+02→H,0 2 6

6 R：独立的化学平衡数 说明： （1）应为所讨论条件下实际存在的反应。 R＝S-N （S＝物种数，N＝元素数） 例：N2、H2和NH3系统，R=？ 常温下，R＝0，在高温和有催化剂存在的条件下，R＝1 （2）应为独立的化学平衡。 例：系统中有如下反应，R=？ H O H O CO O CO CO H O CO H 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 + ⎯→ + ⎯→ + ⎯→ + R=2

R':独立的浓度关系数 说明：该浓度关系可以是指定关系，也可以 是随着化学反应的进行而产生的，只对同相 的物质有意义。 例1.NH,CI(s)在真空容器中分解成NH(g)和HCl(g)达平衡。 R,=1 例2.NH,CI(s)在含有一定量NH3(g)的容器中，分解成NH3(g)和 HCI(g)达平衡。 R?=0 例3.CaC03(s)在真空容器中，分解成C02(g)和CaOs)达平衡。 R?=0

7 R’：独立的浓度关系数 说明：该浓度关系可以是指定关系，也可以 是随着化学反应的进行而产生的，只对同相 的物质有意义。 例 1. NH4Cl(s)在真空容器中分解成NH3 (g)和HCl(g)达平衡。 R’ ＝1 例 2. NH4Cl(s)在含有一定量NH3 (g)的容器中，分解成NH3 (g)和 HCl(g)达平衡。 R’ ＝0 例 3. CaCO3 (s)在真空容器中，分解成CO2 (g)和CaO(s)达平衡。 R’ ＝0

例NaC-H,O系统 NaCl,H,O:S=2,R=0,R=0,C=2 NaCI不饱和水溶液 Na+,CI-,H20:S=3,R=0, R'=1:Na]=[CI-], C=3-1=2 NaCI饱和水溶液，有NaCI(s)存在 NaCI(s),Na+,CI,H2O:S=4, R=1:NaCl(s)→Na+CI-, R'=1:Nal=[CI-], C=4-1-1=2 8

8 例 NaCl-H2O系统 NaCl，H2O: S=2, R=0, R’=0, C=2 NaCl不饱和水溶液 Na+ , Cl－, H2O : S=3, R=0, R’=1: [Na+ ]=[Cl－], C= 3– 1=2 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－], C= 4 – 1– 1=2

系统确定后，其组分数是确定的 NaCI(s),Na,CI,H,O,H,OH: S=6,R=2: NaCl(s)台Na++CI-,HO台Ht+OH-, R=2:Na]=[CI-,H]=[OH-], 电中性Na+[H]=[CI+[OH]不是独立 的浓度关系， C=6-2-2=2

9 系统确定后，其组分数是确定的 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－]不是独立 的浓度关系, C=6– 2–2=2

例固体NaCl,KCl,NaNO3,KNO3与H2O达平衡 解Na+C,K,NO3,H20:S=5 电中性Na]+[K]=[CI-]+NO3],R'=1 C=5-1=4 或饱和水溶液，有固体存在 NaCl,KCI,NaNO3,KNO3,Nat,CI,K+,NO3, H20:S=9, R=4:NaCI(s)台Na++CI-,. R'-1:电中性Na]+[K=[CI-]+NO3], C=9-4-1=4 10

10 例 固体NaCl, KCl, NaNO3 , KNO3与H2O达平衡 解 Na+ Cl- , K+ , NO3 - , H2O : S=5 电中性 [Na+ ]+[K+ ]=[Cl－]+[NO3 －], R’=1 C= 5– 1= 4 或 饱和水溶液，有固体存在 NaCl, KCl, NaNO3 , KNO3 , Na+ , Cl－, K+ , NO3 - , H2O : S= 9, R=4: NaCl(s)  Na++ Cl－,. R’=1:电中性 [Na+ ]+[K+ ]=[Cl－]+[NO3 －], C=9– 4 –1= 4