《物理化学》课程教学课件（PPT讲稿）05章 相平衡

第五章相平衡453品等压单相等温p液BT.PPBX/LABXBT373A"A'IA等压PAT两相液DICABEXB31300.20.40.60.81.0BAXB质量分数H,0C,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 Ap B p A xB B

S5.1引言基本概念1.相和相数Φ2.直由度f3.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=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(solid solution),Φ≥2，除了固溶体之外，有几种物质就有几相

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

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T,p，f=2，一定范围内任意改变T和p，仍能保持水为单相② NaCI(sln):T, p, c, f= 3③ NaCI(饱和):T,p,f=2 （浓度确定c=f(T))④H,0()-H,0(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-RR: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)应为所讨论条件下实际存在的反应。例：N22、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=？CO+H,O→CO2 +HCO+-0,→CO,R=22R=S-N（S=物种数，N=元素数）H, +0→H,026

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HCI(g)达平衡。R'=1例2.NH,CI(s)在含有一定量NH(g)的容器中，分解成NH,(g)和HCI(g)达平衡。R'=0例3.CaCO(s)在真空容器中，分解成CO2(g)和CaO(s)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 NaCI-H,O系统NaCl, H,O: S=2, R=0,R'=0, C-2NaCI不饱和水溶液Nat, CI-,H,O : S=3, R=0.R'=-1: [Na+]=[CI-],C= 3- 1=2NaCI饱和水溶液，有NaCI(s)存在NaCI(s), Nat, CI-, H,O : S=4,R=1: NaCI(s) 台 Na++ CI-R'=1: [Na+]=[CI-],C=4-1-1=28

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NaCl(s), Nat, CI-, H,O ,H+ , OH-:S=6, R=2:NaCI(s)← Na++ CI-, H,O H+ + 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NaCI,KCI,NaNO3,KNO,与H,O达平衡解 Na+ CI, K+, NO3, H,O : S=5电中性 [Nat]+[K+]=[CI-]+[NO3-], R'=1C=5-1= 4或饱和水溶液，有固体存在NaCl, KCl, NaNO3, KNO3, Nat, CI-, K+ , NO3H,0 : S= 9,R=4: NaCI(s) <> Na++ CI-,...R'=1:电中性 [Na+]+[K+]=[CI-]+[NO3-]C-9-4-1=410

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