1 / 27

第五章 相平衡 ( 第一部分 )

第五章 相平衡 ( 第一部分 ). 引言. 研究对象：处于热力学平衡态的多相系统 研究意义：经济、工业、生活，比如钢铁、冶金、半导体、石油、食品、化妆品 学习内容： -- 相律：多相系统相数与独立组分数和独立强度变量数之间的关系 -- 相图：描述多相系统的状态如何随浓度、温度、压力的改变而发生变化. 第一节 基本概念和相律. 一、多相平衡： 1）液体的蒸发（液相和气相平衡） 2）固体的升华或熔化（固相与气相或液相平衡） 3）气体或固体在液体中的溶解度（气-液或固-液相平衡）. 二、基本概念. 相

jonas-sanford
Download Presentation

第五章 相平衡 ( 第一部分 )

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第五章 相平衡(第一部分)

  2. 引言 • 研究对象：处于热力学平衡态的多相系统 • 研究意义：经济、工业、生活，比如钢铁、冶金、半导体、石油、食品、化妆品 • 学习内容： -- 相律：多相系统相数与独立组分数和独立强度变量数之间的关系 -- 相图：描述多相系统的状态如何随浓度、温度、压力的改变而发生变化

  3. 第一节 基本概念和相律 一、多相平衡： 1）液体的蒸发（液相和气相平衡） 2）固体的升华或熔化（固相与气相或液相平衡） 3）气体或固体在液体中的溶解度（气-液或固-液相平衡）

  4. 二、基本概念 相 • 体系中物理性质和化学性质完全均匀的部分称为“相”。 • 宏观上看，相与相之间有明显的界面，在界面上，性质的改变是跳跃的。 • 微观上看，同一相是分子水平上的均匀和一致。

  5. 1）气相：无论是一种气体还是多种气体混合物都是一个相。1）气相：无论是一种气体还是多种气体混合物都是一个相。 2）液相：完全互溶，一个相；互溶程度不同，发生分相，可以有多个液相。 3）固相： • 一种固体就是一个相 例如：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) 一共三个相

  6. 3）固相： • 同一种物质，由于固体结构的不同，结晶形态的不同，可以有多种固相 例如：C有金刚石、石墨 P有白磷、黑磷、红磷 在一定温度与压力的条件下， 从热力学来说，只有自由能最低者稳定， 多种固相的存在是由于动力学的原因

  7. 3）固相： • 同一种固体的不同颗粒仍属同一相，尽管颗粒之间有界面，但性质是完全相同的。 例如：一整块冰是一个相，敲碎成一块一块也是一个相，而冰水混合物就只有两个相

  8. 3）固相： • 固态溶液是一个相，能够达到分子水平的均匀和一致，任何一个碎片，无论多小，都可以代表整个体系的组成，都可以用整个体系的组成来描述。 • 固态分散体系不是一个相，只是宏观上的均匀，不是微观上的均匀，选择一个小碎块，不一定能代表整个体系。例如白糖和细沙混合，尽管可以混合很均匀，仍然是两个相。

  9. 三、平衡条件 • 热平衡 –– 温度T相同 • 力学平衡 –– 压力p相同 • 相平衡 –– 同一物质在各个相中的化学势m相同 • 化学平衡 –– 一定温度、压力条件下，参加反应各物质的浓度之间具有确定关系

  10. 四、相律 自由度 • 确定和描述平衡系统的状态所需要的独立强度变量数 • 在一定的范围内任意改变不会引起相的数目的改变 • 不引起相变的独立可变强度因素的数目

  11. 四、相律 S种物质，F个相，独立的强度状态参量是多少，即自由度f是多少 （i）每个相都有S种物质，没有化学反应 m1(a)= m1(b)=      = m1(F) m2(a)= m2(b)=      = m2(F) mS(a)= mS(b)=      = mS(F) f = 2 + S -F

  12. 四、相律 （ii）一般情况：不是每一种物质都存在于每一相中，相律不变。 S种物质，F个相，没有化学反应， 其中m=1,2,,M相有bm种物质没有，或 n=1,2,,N物质在an个相中不存在

  13. 四、相律 （iii）有化学反应发生，化学平衡关系式R，以及其他物料关系式R’在温度、压力、浓度之间建立联系 f = 2 + S -F - R - R’ C = S - R - R’ 独立组分数 f = 2 + C –F （iv）条件自由度(T或/和p保持不变)

  14. f = 2 + C -F 四、相律 C = S - R - R’ 例如：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g) 2NH3(g)=N2(g)+3H2(g) HCl水溶液 化学反应必须是独立的： 2C(s)+O2(g)=2CO(g) C(s)+O2(g)=CO2(g) 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)

  15. 第二节 单组分系统 一、蒸气压与压力的关系 1. 饱和蒸气压 • 纯物质的饱和蒸气压指一定温度下物质（液体或固体）向有限的真空空间蒸发并达到气-液（气-固）平衡时的气相压力。

  16. 2. 外压对饱和蒸气压的影响 • 通常情况下，液相暴露于压力为pe 的惰性气体(空气)环境中，而不是处于严格定义下的温度T时该液体的饱和蒸气压pg之下。

  17. 二、Clapeyron 方程 相1 相2 dG1 dG2 dG 1= dG2 dG1= S1dT + V1dp dG2 = S2dT+ V2dp 相1 相2  (V2V1)dp = (S2S1)dT  dp/dT = S(可逆相变) /V(可逆相变) = H(可逆相变) / TV(可逆相变)

  18. 液-固 固液边界线一般斜率正（H2O负），很陡

  19. 气-液 液气边界线斜率正，不陡 p↓T↓ 例如高原或高山地区，水低温沸腾 p↑ T↑ 例如高压锅， 水高温沸腾

  20. 气-固 固气边界线斜率正，较陡

  21. 液-气 (固-气) Clausius-Calpeyron equation

  22. 当液体的气化热数据缺乏时，有时可以用一些经验的近似规则进行估计：当液体的气化热数据缺乏时，有时可以用一些经验的近似规则进行估计： • 对一般液体（液态时分子缔合、低温下沸腾的小分子气体除外），其正常沸点（p下的沸点）的摩尔气化热与正常沸点（Tb）之比为： vapHm/Tb  88 J/Kmol —Trouton 楚顿（经验）规则

  23. 三、相图 • C=1, f=3-F • F=1, f=2 (面) • p,T 一定区域自由变化 • F=2, f=1 (线) • p~T 相互依赖，一定关系 • F=3, f=0 (点) • p & T 固定，固有性质 • F ≥ 4, f<0 不可能

  24. 一般物质 相图

  25. CO2 相图 • 1atm, 无液态，升温， • 直接升华 • 液态CO2, • 压力至少5.11atm • 常温时，压力需67atm • 临界点较易实现 • 298K,1atm开始等温压缩 • 状态变化

  26. H2O相图

More Related