《物理化学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 相平衡

第五章 相平衡 3.1 基本概念 3.2 相律 3.3 单组分体系 3.4二组分体系 上一内容 下一内容 ◇回主目录 与返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.1 基本概念 3.2 相律 3.3 单组分体系 3.4 二组分体系 第五章三 相平衡

3.1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，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（phase diagram) 表达多相体系的状态如何 随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形， 称为相图。 上一内容 下一内容 ◇回主目录 与返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.1 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，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（phase diagram） 表达多相体系的状态如何 随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形， 称为相图

3.1基本概念 相（phase) 体系内部物理和化学性质完全均匀 的部分称为相。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。 体系中相的总数称为相数，用P表示。 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上一内容 下一内容 ◇回主目录 与返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.1 基本概念 相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均匀 的部分称为相。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。 体系中相的总数称为相数，用 P 表示。 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）

3.1基本概念 (2)物种数和（独立）组分数 物种数S一系统中存在的化学物质数 系统中的物种数，并不一定都是独立可变的，可能 某物种变化后，能引起其他物种的变化，这样我们把用 以确定平衡体系中所有各相组成所需的最少数目的独立 物质称为独立组分，简称组分。用“C”表示，显然组 分数只能等于或小于物种数。 、上一内容 下一内容 ◇回主目录 与返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.1 基本概念 (2)物种数和(独立)组分数 物种数 S —— 系统中存在的化学物质数 系统中的物种数，并不一定都是独立可变的，可能 某物种变化后，能引起其他物种的变化，这样我们把用 以确定平衡体系中所有各相组成所需的最少数目的独立 物质称为独立组分，简称组分。用 “C”表示，显然组 分数只能等于或小于物种数

3.1基本概念 (独立)组分数与物种数的关系是怎样的呢？ 1.如果系统中各物质之间没有发生化学反应，那 么组分数等于物种数，即“C=S”。 2.对于有化学反应的系统：组分数=物种数-独立的 平衡数，即C=S-R。 3.如果体系中除化学平衡外，还存在浓度限制条 件。称为“独立浓度限制数”，用R'表示。 上一内容 下一内容 ◇回主目录 力返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.1 基本概念 (独立)组分数与物种数的关系是怎样的呢？ 1. 如果系统中各物质之间没有发生化学反应，那 么组分数等于物种数，即“C=S”。 2. 对于有化学反应的系统：组分数=物种数-独立的 平衡数，即 C=S-R。 3. 如 果体系中除化学平衡外，还存在浓度限制条 件。称为“独立浓度限制数”，用 R′表示

3.2相律 独立组分数(number of independent component). 定义： C-S-R-R 在平衡体系所处的条件下，能够确保各相组成所 需的最少独立物种数称为独立组分数。它的数值等于 体系中所有物种数S减去体系中独立的化学平衡衡数R, 再减去各物种间的浓度限制条件R'。 4上一内容 下一内容 ◇回主目录 与返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.2 相律 独立组分数（number of independent component） C S R R' 定义： = − − 在平衡体系所处的条件下，能够确保各相组成所 需的最少独立物种数称为独立组分数。它的数值等于 体系中所有物种数 S 减去体系中独立的化学平衡数R， 再减去各物种间的浓度限制条件R

3.1基本概念 定义： C=S-R-R R'包括：()当规定系统中部分物种只通过化学反应由另 外物种生成时，由此可能带来的同一相的组成关系； ()当把电解质在溶液中的离子亦视为物种时， 由电中性条件带来的同一相的组成关系。 上一内容 下一内容 ◇回主目录 5返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.1 基本概念 R′包括：(i)当规定系统中部分物种只通过化学反应由另 外物种生成时，由此可能带来的同一相的组成关系； (ii)当把电解质在溶液中的离子亦视为物种时， 由电中性条件带来的同一相的组成关系。 C S R R' 定义： = − −

3.2相律 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。 相律(phase rule) f=C-P+2 相律是相平衡体系中揭示相数P，独立组分数C和 自由度f之间关系的规律，可用上式表示。式中2 通常指T,p两个变量。 上一内容 下一内容 ◇回主目录 与返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.2 相律 相律（phase rule） f C P = − +2 相律是相平衡体系中揭示相数P ，独立组分数C和 自由度 f 之间关系的规律，可用上式表示。式中2 通常指T，p两个变量。 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

3.2相律 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，"=∫-2 f=f-b b个特殊规定（如T或p不变或x=常） f′一 条件（或剩余）自由度数。 上一内容 下一内容 ◇回主目录 与返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.2 相律 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 − ` f f b = − b 个特殊规定 ( 如 T 或 p 不变或 xB  = xB  ) f ′—— 条件(或剩余)自由度数

3.2相律 。1.相律只适用于热力学平衡系统 2.如果平衡是某个相缺少一个或几个组分，相率仍 然正确可用。 ·3.自由度数最小只能为零。 。4.相律只能告诉我们平衡系统中的自由度数或相数， 但不能具体指出是哪几个自由度或哪几个相，对具 体的系统要具体分析。 4上一内容 下一内容 ◇回主目录 与返回 2024/9/19

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2024/9/19 3.2 相律 • 1. 相律只适用于热力学平衡系统 • 2.如果平衡是某个相缺少一个或几个组分，相率仍 然正确可用。 • 3.自由度数最小只能为零。 • 4.相律只能告诉我们平衡系统中的自由度数或相数， 但不能具体指出是哪几个自由度或哪几个相，对具 体的系统要具体分析