南京大学：《物理化学》课程教材电子教案（PPT教学课件，第五版）第05章 相平衡

学习要求： 理解相律的推导，掌握自由度数的概念以及相律 的内容及其应用，掌握单组分系统相图的阅读。 ◆ 对二组分系统的气一液相图，要求重点掌握相图 中点线面的意义，会应用相律分析相图，熟练运 用杠杆规则计算各相的量。 重点掌握二组分系统的液一固平衡相图，要求了 解如何用热分析法制作相图，掌握典型相图的点 线面的特点和任意组成熔体的步冷曲线的绘制及 特征，熟悉相律和杠杆规则的应用

学习要求： 理解相律的推导，掌握自由度数的概念以及相律 的内容及其应用，掌握单组分系统相图的阅读。 对二组分系统的气—液相图，要求重点掌握相图 中点线面的意义，会应用相律分析相图，熟练运 用杠杆规则计算各相的量。 重点掌握二组分系统的液—固平衡相图，要求了 解如何用热分析法制作相图，掌握典型相图的点 线面的特点和任意组成熔体的步冷曲线的绘制及 特征，熟悉相律和杠杆规则的应用

第五章 相平衡 内容选择 55.1引言 §5.2多相系统平衡的一般条件 55.3相律 §5.4单组分体系的相平衡 单组分系统两相平衡：克拉贝龙方程 外压与蒸气压的关系 水的相图 超临界状态

内容选择 第五章 相平衡 § 5.1 引言 § 5.2 多相系统平衡的一般条件 § 5.3 相律 § 5.4 单组分体系的相平衡 单组分系统两相平衡：克拉贝龙方程 外压与蒸气压的关系 水的相图 超临界状态

内容选择 第五章 相平衡 §5.5二组分系统的相图及其应用 理想的二组分液态混合物 完全互溶 气-液平衡 非理想的二组分液态混合物 双液系 体 系 部分互溶双液系 不互溶双液系 简单的低共熔混合物体系 固-液平衡 生成化合物的二组分凝聚系统 体 系 完全互溶固溶体系统 部分互溶固溶体体系

内容选择 第五章 相平衡 § 5.5 二组分系统的相图及其应用 理想的二组分液态混合物 非理想的二组分液态混合物 部分互溶双液系 不互溶双液系 气-液平衡 体 系 完全互溶 双液系 固-液平衡 体 系 生成化合物的二组分凝聚系统 完全互溶固溶体系统 部分互溶固溶体体系 简单的低共熔混合物体系

§5.1引言 相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。 研究多相体系的平衡在化学、化工的科研和生产中 有重要的意义。 化学化工 在化学研究和化学生产过程的分离操作中， 经常会遇到各种相变化过程，如蒸发、冷凝、 升华、溶解、结晶和萃取等，这些过程涉及到 不同相之间的物质传递。相平衡研究是选择分 离方法、设计分离装置以及实现最佳操作的理 论基础

§ 5.1 引言 化学化工 在化学研究和化学生产过程的分离操作中， 经常会遇到各种相变化过程，如蒸发、冷凝、 升华、溶解、结晶和萃取等，这些过程涉及到 不同相之间的物质传递。相平衡研究是选择分 离方法、设计分离装置以及实现最佳操作的理 论基础。 相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。 研究多相体系的平衡在化学、化工的科研和生产中 有重要的意义

§5.1引言 材料科学 硅酸盐制品—制品中大多数是含有多种晶 相和玻璃相的多相系统，因此制品的性能必 然是与相组成、含量及生产过程有关。 无机材料—功能材料（特殊性能的材料) 是由多种物质构成的复杂系统，制备过程中 涉及相变化。 冶炼过程一相的变化，研究金属成分、结 构与性能的关系

§ 5.1 引言 材料科学 硅酸盐制品——制品中大多数是含有多种晶 相和玻璃相的多相系统，因此制品的性能必 然是与相组成、含量及生产过程有关。 无机材料——功能材料（特殊性能的材料） 是由多种物质构成的复杂系统，制备过程中 涉及相变化。 冶炼过程——相的变化，研究金属成分、结 构与性能的关系

55.1引言 基本概念 373 353 0 1.相图(phase diagram) 硫酸铵固+溶液 333 以T,P,x为坐标作图， 溶液（单相 313 称为相图，能直观地表T承 293 达多相系统的状态随温 度、压力、组成等强度 273 冰+溶液 性质变化而变化的图形。 253 B A 固体 如右图 233 0 0.2 0.4 0.6+0.8 H20 (NH)2SO4的质量分数 (NH)2SO NH4)2S04-H2O的相图

基本概念 1.相图（phase diagram） 以T，P，x为坐标作图， 称为相图，能直观地表 达多相系统的状态随温 度、压力、组成等强度 性质变化而变化的图形。 如右图 (NH4 )2SO4 233 253 273 293 313 333 353 373 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 p $ T/K A (NH4 )2SO4的质量分数 B H2O 溶液(单相) 硫酸铵固+溶液 冰+溶液 固体 O S y c z x N L Q B A W ’ (NH4 )2SO4 -H2O的相图 § 5.1 引言

§5.1引言 2.相(phase) 体系内部物理性质和化学性质完全均匀的部分称 为相。体系中相的总数称为相数，用回表示。 相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面 上宏观性质的改变是飞跃式的。 例如水一冰两相平衡，冰与水之间有明显界面， 越过这个截面，物理性质发生突变，冰与水可以用物 理方法分开。 同一种物质的固体颗粒之间尽管有界面，但由于 物理性质和化学性质完全相同，仍按一个相对待

§ 5.1 引言 2. 相（phase） 体系内部物理性质和化学性质完全均匀的部分称 为相。体系中相的总数称为相数，用 表示。 例如水—冰两相平衡，冰与水之间有明显界面， 越过这个截面，物理性质发生突变，冰与水可以用物 理方法分开。 相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面 上宏观性质的改变是飞跃式的。 同一种物质的固体颗粒之间尽管有界面，但由于 物理性质和化学性质完全相同，仍按一个相对待

§5.1引言 3.三种相态 气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。 液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三 相共存。 固体：一般有一种固体便有一个相。两种固体粉 末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液 除外，它是单相)。 4相平衡：是指在一定条件下一个多相体系内各相 内的物质的种类和数量不随时间变化的状态

§ 5.1 引言 气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。 液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三 相共存。 固体：一般有一种固体便有一个相。两种固体粉 末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液 除外，它是单相）。 3.三种相态 4.相平衡：是指在一定条件下一个多相体系内各相 内的物质的种类和数量不随时间变化的状态

§5.1引言 5.自由度（degrees of freedom) 确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目 称为自由度，用字母f表示。这些强度变量通常是压 力、温度和浓度等。 这说明影响体系内相数的因素是强度性质而不是容 量性质。例如水常温常压下是液体，与数量无关，若压 力或温度改变测会引起相变。 如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其它强 度变量数称为条件自由度，用∫表示。 例如：指定了压力， f°=f-1 指定了压力和温度，*=f-2

5.自由度（degrees of freedom） 确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目 称为自由度，用字母 f 表示。这些强度变量通常是压 力、温度和浓度等。 如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其它强 度变量数称为条件自由度，用 表示。 例如：指定了压力， 指定了压力和温度， * f 1 * f = f − 2 ** f = f − § 5.1 引言 这说明影响体系内相数的因素是强度性质而不是容 量性质。例如水常温常压下是液体,与数量无关,若压 力或温度改变则会引起相变

§5.1引言 如水与水蒸气两相平衡：若指定了温度，水蒸 气的压力便确定了；或者指定了水蒸气的压力， 温度便确定了，所以水与水蒸气两相平衡体系的 自由度*=1（温度或压力）； 若指定了水蒸气的压力或温度，=0

如水与水蒸气两相平衡：若指定了温度，水蒸 气的压力便确定了；或者指定了水蒸气的压力， 温度便确定了，所以水与水蒸气两相平衡体系的 自由度f * =1(温度或压力)； 若指定了水蒸气的压力或温度,f*=0 § 5.1 引言