文档介绍：第六章相平衡
Phase Equilibrium
物理化学
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,掌握单组份系统相图的阅读。
对二组份系统的气—液相图,要求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。
重点掌握二组份系统的液—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。
了解三组份液—液平衡相图。
第六章相平衡
绪论
§ 相律
§ 杠杆规则
§ 单组分系统相图
§ 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图
§ 二组份真实液态混合物的气-液平衡相图
§ 精馏原理
§ 二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气-液平衡相图
§ 二组分固态互不相溶系统液-固平衡相图
§ 二组分固态互溶系统液-固平衡相图
§ 生成化合物的二组分凝聚系统相图
§ 三组分系统液-液平衡相图
绪论
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。
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。
绪论
相平衡研究就是要揭示多相平衡体系中各种强度性质(温度T、压力P 和组成)与相变化过程的关系,这种关系可表示为
1、相律(phase rule):
表示相平衡系统的独立变量数与相数、独立组分数之间关系的规律。
2、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。
绪论
自由度数
(number of degrees of freedom )
§ 相律(Phase Rule )
能够维持系统原有相数而可以独立改变的变量(可以是温度、压力和表示相组成的某些物质的相对含量)的数目。记作F。
因为这些变量在一定范围内可以变动,则在讨论系统的状态时,必须指定这些变量的值。所以,自由度数就是描述相平衡状态所需的最少独立变量数。
如:
(1)液态水,在一定范围内改变T、p,仍可以保持水为单相液态水,所以,在确定其状态时,必须同时指定T、p,才能确定水的状态。则F = 2。
(2)水的气液平衡,体系的温度和压力之间具有函数关系, 温度一定,压力也随之而定;反之,亦然。所以,指定其状态时只需指定温度或压力即可。此时,F = 1。
设一个多相多组分系统中,有S种物质1、2、3…S)分布在P个相(α、β、γ…φ)中对于其中任意一相α相,必须知道Tα、pα、xα1、…、xαs,才能确定其状态。所以,决定α相状态的变量共有(S + 2)个。系统中共有P个相,则整个系统的变量数为 P(S + 2)
但这些变量不是完全独立的,相互之间有联系,
F = P(S + 2)-平衡时变量间的关系式数
依据:自由度数=总变量数-方程式数
(1)系统处于热力学平衡态,有
热平衡 Tα= …= Tp (P-1)个等式
力平衡 pα= …= pp (P-1)个等式
相平衡μα1 = …= μp1 S(P-1)个等式
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μαs = …= μps
(2)每个相中有S种物质,ΣxB = 1,
xS =1- x1 – x2-xs-1 P个浓度关系式。
(3)独立化学平衡数为R,独立浓度关系数为R'。
F = P(S + 2) –(P–1) –(P–1) –S(P–1)- P – R –R'
= S – R – R` –P + 2 = C –P + 2
相律的推导