PDF《第六章 相平衡》

第六章 相平衡

第六章 相平衡 Chapter

5 Phases Equilibrium 在化工生产中对原料和产品都要求有一定的纯度 在化工生产中对原料和产品都要求有一定的纯度 在化工生产中对原料和产品都要求有 定的纯度.

在化工生产中对原料和产品都要求有 定的纯度. 原料 原料 分离 分离 结晶 蒸馏 结晶 蒸馏 相平衡 相平衡 常用 常用 理论基础 理论基础 原料 原料 产品 产品 分离 分离 提纯 提纯 结晶、蒸馏 结晶、蒸馏 萃取、吸收 萃取、吸收 相平衡 相平衡 原理 原理 金属和非金属材料的性能与相组成密切相关. 金属和非金属材料的性能与相组成密切相关. 所以研究多相系统的相平衡有着重要的实际意义. 所以研究多相系统的相平衡有着重要的实际意义. 相平衡原理 相平衡原理 ――化学化工生产中单元操作(蒸馏、结晶等) 的理 论基础 ――在冶金、材料、采矿、地质等生产中必不可少 在冶金、材料、采矿、地质等生产中必不可少 衡究容相平衡研究内容: 表达相平衡系统的状态如何随其组成、温度、压 表达相平衡系统的状态如何随其组成、温度、压 力等而变化 相平衡的两种方法: 数学公式――如克拉佩龙方程、拉乌尔定律等 相图――直观 相图――直观 本章主要介绍相律和一些基本的相图,以及如何由 实验数据绘制相图、如何应用相图等等. §6.1 相律相律一一基本概念 基本概念 一

一、基本概念 、基本概念 二 相律 二 相律

二、相律

二、相律 几点说明 几点说明 三

三、几点说明 、几点说明 基本概念 ( (1 1)相和相数 )相和相数

一、基本概念 相相--系统内物理性质和化学性质完全相同且均匀的部 分称为相 分称为相. 气相, 气相,不论有多少种气体混合,只有一个气相. 气相, 气相,不论有多少种气体混合,只有 个气相. 液相, 液相,按互溶程度可组成一相、两相或三相共存. 固相, 固相,一般有一种固体便有一个相.不同的固体 粉末无论研的多细 混合得多么均匀 仍是不同的 粉末无论研的多细,混合得多么均匀,仍是不同的 相,一种固体便有一个相.只有两种固体以分子状 态混合成固溶体(固态溶液)除外,它是单相. 相数 相数P P 平衡时 系统相的数目 相数 相数P P- -平衡时,系统相的数目. 反应系统 FeO(s) CO(g) Fe(s) CO (g) + = + 反应系统 有两个固相,一个气相,总相数P =

3 2 FeO(s) CO(g) Fe(s) CO (g) + = + 有两个固相, 个气相,总相数P

3 (2) (2)自由度和自由度数 自由度和自由度数 : : 自由度- 自由度-是指维持系统相数不变情况下,可以独 ( ) ( ) 自由度 自由度 是指维持系统相数不变情况 ,可以独 立改变的变量(如温度、压力、组成等),其个 数为自由度数,用F表示. 纯水气、液两相平衡系统:

1 F = ( ) p f T = 变量:T,p 但 任意组成的二组分盐水溶液与水蒸气两相平衡系统:

2 F

2 F = 变量:T,p,x 但(),pfTx=p(),pf固体盐、盐的饱和水溶液与水蒸气三相平衡:

1 F = 变量:T,p,x 但()(), x f T p f T = = 变,p, ( ) ( ), f p f 二 相律

二、相律 相律是Gibbs 1876年由热力学原理导出,用于确定 相律是 年由热力学原理导出,用于确定 相平衡系统中能够独立改变的变量个数 相律目的:确定系统的自由度数 F F 总变量数 非独立变量数 F=总变量数-非独立变量数 非独立变量数是通过一个与独立变量关联的方程式 的来表示的,且有多少非独立变量,一定有多少关 联的方程式 联的方程式. F=总变量数-关联变量的方程式数 总变量数 关联变量的方程式数 ①总变量数 ①总变量数 总变量数:包括温度、压力及组成 设一平衡系统中有S种物质分布于P个相的每一 相中,且任一物质在每一相中有相同的分子形式. 每 相中 各物种摩尔分数之和 ∵每一相中,各物种摩尔分数之和=1 ∴每一相中,浓度变量=S-1 P个相中,总浓度变量=P(S-1) 再加上 T 2个变量 再加上 T 、p 2个变量 ∴总变量数=P(S-1)+2 (1) ② 关联变量的方程式数 多相平衡系统 任一物种在各相的化学势应相等 多相平衡系统,任 物种在各相的化学势应相等 (相平衡条件) ? ? ? ? ? ?