延安大学化学与化工学院：《物理化学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 相平衡

第五章相平衡 物理化学电子教案 第五章相平衡 §5.1描述多相平衡系统状态的独立变量 §5.2多相系统平衡的一般条件 §5.3相律及其应用 §5.4单组分系统的相平衡 §5.5二组分系统的相图及其应用 §5.6三组分系统的相图及其应用 *§5.7二级相变

第五章 相平衡 §5.2 多相系统平衡的一般条件 §5.1 描述多相平衡系统状态的独立变量 §5.3 相律及其应用 §5.4 单组分系统的相平衡 §5.5 二组分系统的相图及其应用 §5.6 三组分系统的相图及其应用 * §5.7 二级相变

第五章相平衡 物理化学电子教案 序言 相平衡是物理化学的重要组成部分，它与热力 学、化学平衡等构成了化学热力学的主要内容 相平衡规律在化学、化工的科研和生产中占有 重要的地位.例如：冷凝、升华、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. 相变过程和相平衡问题到处存在，它们的特点 是：在一定条件下，各组分能在不同的相间发生转 移，并达到动态平衡

相平衡是物理化学的重要组成部分, 它与热力 学、化学平衡等构成了化学热力学的主要内容. 序 言 相平衡规律在化学、化工的科研和生产中占有 重要的地位. 例如: 冷凝、升华、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. 相变过程和相平衡问题到处存在, 它们的特点 是: 在一定条件下, 各组分能在不同的相间发生转 移, 并达到动态平衡

第五章相平衡 物理化学电子教案 本章主要讨论两方面的内容： 相律多相平衡系统所遵循的规律，即讨论多组 分系统中相数、组分数和描述该平衡系统中变量之 间的关系. 特点：只讨论“数目”不讨论“数值”，即该平衡系统 中，在一定条件下有几个相、几个变量数，但不能告诉我们 有那些相、那些变量，只能凭经验确定 相图多相平衡系统的状态随温度、压力、浓度 变化的几何图，即状态图. 本章内容是在相律的指导下研究各种不同平衡 系统的相图.学习时要掌握用相律讨论相图的方法， 对相图的要求：作图、读图、用途

本章主要讨论两方面的内容: 相律 多相平衡系统所遵循的规律, 即讨论多组 分系统中相数、组分数和描述该平衡系统中变量之 间的关系. 特点: 只讨论“数目”不讨论“数值” , 即该平衡系统 中, 在一定条件下有几个相、几个变量数, 但不能告诉我们 有那些相、那些变量, 只能凭经验确定. 相图 多相平衡系统的状态随温度、压力、浓度 变化的几何图, 即状态图. 本章内容是在相律的指导下研究各种不同平衡 系统的相图. 学习时要掌握用相律讨论相图的方法, 对相图的要求：作图、读图、用途

第五章相平衡 物理化学电子教案 §5.1描述多相平衡系统状态的独立变量 1相(phase) 多相平衡系统中物理和化学性质完全相同且均 匀一致（分散度达到分子数量级）的部分. 相数(number of phase):系统中不同相的数目称 为相数，用Φ表示 体系含有两个以上的相为多相体系. 注意： ①相与相之间有明显的物理界面，在界面上宏 观性质的改变是飞跃式的. ②相不一定连续

§5.1 描述多相平衡系统状态的独立变量 ② 相不一定连续. 注意: ① 相与相之间有明显的物理界面, 在界面上宏 观性质的改变是飞跃式的. 相数 (number of phase): 系统中不同相的数目称 为相数, 用Φ 表示. 多相平衡系统中物理和化学性质完全相同且均 匀一致(分散度达到分子数量级)的部分. 1 相(phase) 体系含有两个以上的相为多相体系

第五章相平衡 物理化学电子教案 应用举例： 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：一般有一种固体便为一个相.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)。 注意：相与物态不同

气体: 不论有多少种气体混合, 只有一个气相。 应用举例: 液体: 按其互溶程度可以组成一相、两相或三 相共存。 固体: 一般有一种固体便为一个相. 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)。 注意：相与物态不同

第五章相平衡 物理化学电子教案 2物种数(number of substance) 系统中所有能单独存在的化学物质数目成为物 种数，用S表示. 3组分数(number of components) 能够表示相平衡系统中各相组成所需要的最少 的独立物质数目，用C表示 即 C=S-R-R R一表示独立的化学平衡数目. R’一表示化学平衡中同一相浓度限制条件的个 数

R’— 表示化学平衡中同一相浓度限制条件的个 数. R — 表示独立的化学平衡数目. 即 C  S  R  R' 能够表示相平衡系统中各相组成所需要的最少 的独立物质数目, 用C 表示. 3 组分数(number of components) 2 物种数(number of substance) 系统中所有能单独存在的化学物质数目成为物 种数, 用 S 表示

第五章相平衡 物理化学电子教案 4 自由度(degrees of freedom) 描述相平衡系统的确定的状态所需要的独立变 量的数目称为自由度数，用f表示。这些强度变量 通常是压力、温度和浓度等 独立变量：指在一定范围内可以任意变化，不引 起相的数目的变化. f=体系热力学强度变量的总数一体系热力学强度变量之 间独立关系式的总数目（变量之间的制约条件，即平衡时变 量之间必须满足的关系式的数目)。 或f=描述平衡体系总变数一平衡时变量之间关系式的数目

4 自由度(degrees of freedom) 描述相平衡系统的确定的状态所需要的独立变 量的数目称为自由度数, 用 f 表示。这些强度变量 通常是压力、温度和浓度等 。 独立变量: 指在一定范围内可以任意变化, 不引 起相的数目的变化. f = 体系热力学强度变量的总数－体系热力学强度变量之 间独立关系式的总数目（变量之间的制约条件,即平衡时变 量之间必须满足的关系式的数目）。 或f = 描述平衡体系总变数－平衡时变量之间关系式的数目

第五章相平衡 物理化学电子教案 5相图(phase diagram) 研究多相系统的状态如何随温度、压力和组成 等强度性质变化而变化，并用图形来表示，这种图 形称为相图。 即：用图解的方法研究由一种或数种物质所构成的相平 衡系统的性质（如沸点、熔点、蒸气压、溶解度等）与条件 (如温度、压力及组成等)的函数关系

研究多相系统的状态如何随温度、压力和组成 等强度性质变化而变化，并用图形来表示，这种图 形称为相图。 即：用图解的方法研究由一种或数种物质所构成的相平 衡系统的性质(如沸点、熔点、蒸气压、溶解度等)与条件 (如温度、压力及组成等)的函数关系。 5 相图（phase diagram）

第五章相平衡 物理化学电子教案 §5.2多相系统平衡的一般条件 多相平衡系统中，相与相之间没有任何限制，它 们之间可有热交换、功的传递及物质交流.即每个 相是互相敞开的，对具有Φ个相系统的热力学平衡， 实际上包含了如下四个平衡条件： 热平衡条件 Ta=TB=...=T 压力平衡条件p=pB=…=p” 相平衡条件 4g=唱=…=4g 化学平衡条件∑”s=0

§5.2 多相系统平衡的一般条件 多相平衡系统中, 相与相之间没有任何限制, 它 们之间可有热交换、功的传递及物质交流. 即每个 相是互相敞开的, 对具有Φ个相系统的热力学平衡, 实际上包含了如下四个平衡条件： 热平衡条件 Φ T  T   T   压力平衡条件 Φ p  p   p   相平衡条件 Φ  B  B  B      化学平衡条件  B  0 B  B

第五章相平衡 物理化学电子教案 §5.3相律及其应用 相律则是各种相平衡系统所遵守的共同规律，它体现出 各种相平衡系统所具有的共性，根据相律可以确定对相平衡 系统有影响的因素有几个，在一定条件下相平衡系统中最多 可以有几个相存在等。绘制相图时是以实验数据为依据，以 相律为指导。 相律(phase rule) f=C-Φ+2 相律是相平衡体系中揭示相数Φ，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.相律最早由Gibbs提出， 所以又称为Gibbs相律。如果除T,p外，还受其它 力场影响，则2改用n表示，即： f=C-Φ+n

§5.3 相律及其应用 相律是相平衡体系中揭示相数 , 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. 相律最早由Gibbs提出, 所以又称为Gibbs相律。 如果除T, p 外, 还受其它 力场影响, 则 2 改用 n 表示, 即: 相律(phase rule) f = C -Φ + 2 f = C -Φ + n 相律则是各种相平衡系统所遵守的共同规律，它体现出 各种相平衡系统所具有的共性，根据相律可以确定对相平衡 系统有影响的因素有几个，在一定条件下相平衡系统中最多 可以有几个相存在等。绘制相图时是以实验数据为依据，以 相律为指导