第五章相平衡
教学目的：通过本章的教学使学生掌握相律，学会分析和绘制一些典型的相图。能熟练 地运用克拉贝龙和克劳修斯-克拉贝龙方程式
静电消除装置教学要求:1.掌握克拉贝龙方程，克拉贝龙??克劳修斯方程的意义及应用
2.明确相、组分数和自由度的概念，掌握相律的意义，熟悉相律在相图中的应用。 3.掌握绘制二组分相图的常用方法，能根据热分析法绘制出步冷曲线进而得出相
图。
4.能看懂和分析相图，并能用相律来说明相图中点、线、面的意义及体系在不同 情况下的相变过程，掌握杠杆规则的使用
5.掌握各种典型二组分相图分析，掌握利用相图在分离、提纯等方面的应用。
6.了解三组分体系的组成表示方法，了解部分互溶的三液体系三组分盐水体系的
相图及其应用。
重点和难点：相、组分数和自由度的概念，相律，典型二组分相图分析，绘制二组分相图
§5.1 引言
oadm同化学研究相关的除化学反应外，还有相平衡问题，因为仅靠化学反应是不
能得到最终产品的，反应混合物还要进行分离，必然涉及分离条件问题，如：蒸
馏为气-液平衡，结晶为固-液平衡，萃取液-液平衡，均涉及相平衡问题，研究相平衡的工具主要是相图、相律。
一、相图:
表示多相体系的状态如何随浓度、温度、压力等条件而改变的图形。
如:T-x图,p-x图,p-T 图, p-T-x 图。
二、相律:
反映多相平衡系统中相数，独立组分数和独立变数之间关系的规律。在这里注意相律均是数量之间的关系，而不能告诉我们具体是什么(只能由实验确定)。 三、相:
体系内部物理性质和化学性质完全均匀的部分。
注:(1) 同一相不一定连在一块，连在一起的并不一定是一相。平板显示
(2) 相与相之间有明显的界面。
(3) 气体只有一相，液体最多有三相，固体可有无数相。
(4) 没有气相的的体系称为凝聚体系。
四、自由度 f :
确定平衡体系的状态所需要的独立强度变量数。
注:(1) 其它各参变量均可由这几个参数求出。
(2) 若第 1 + f 个参量可任意变，则平衡将被破坏。
(3) 在保证不产生新相也不消失旧相的前提下, f 以内的参量可以在一
定范围内自由变动。
如：对于一定温度下的液相体系,T ,p 均可独立变化，则 f 2。
对于气-液平衡体系,T ,p 只可变化其中一个，则 f1。
对于气-液-固平衡体系,T ,p 均不可变，则 f0。
§5.2 多相体系平衡的一般条件网吧专用机箱
一个封闭的多相体系中，相与相之间可以有热的交换、功的传递和物质的
交流。对具有 N个相体系的热力学平衡，实际上包含了如下四个平衡条件: 1. 热平衡条件:
α, β , L,F
设体系有个相，达到平衡时，各相具有相同温度
玻璃钢冷却塔图解
β
α F
TT LT2.压力平衡条件(力学平衡条件)
达到平衡时各相的压力相等
α
β F
p pp L
3.相平衡条件
任一物质 B在各相中的化学势相等，相变达到平衡
β
α F L
BB B4.化学平衡条件:
脂肪酸酰胺化学变化达到平衡
ν 0
∑
BBB
§5.3 相律
用于求独立变量数(自由度 f 描述平衡体系的总变量数?平衡时变量之间必须满足的关系式的数目)。
一、物种数(S)：体系中物质总的种类数。
注：其数值可变，如 NaCl(aq)体系,S 可取 2、3、5 等。
二、独立组分数(C)：体系中可独立变化的物种数。
引入原因:
1.若有独立化学反应 S 间不能独立变化，每个反应使一个物种不独立; 注：化学反应必须独立；如对由CO、H O、CO 、H 、O 组成的平衡体系, 2 2 2 2
化学反应有:
(1)CO+H OCO +H
2 2 2
(2)CO+1/2O CO
2 2
(3)H +1/2O H O
2 2 2
但独立的只有两个，只能使两种物质不独立。
2.若有其它 R′个限制条件，则有 R′个物种不独立。
如：由NH 、N 、H 组成的平衡体系,S3;
3 2 2
发生分解反应:2NH N g+3H ;
3 2 2
ν 0
∑
B B
i
若起始时只有NH ，有浓度之间关系式则平衡后只须知一即可; 3
故 R ′1; ∴CS -R -R ′
注:C 是不变的，上例 C 2。
3.浓度限制条件，只可在同一相中使用。
如: CaCO CaO+ COC 2 ;
3 2
三、相律推导
设一体系物种数为 C，相数为Φ ，每个物种存在于所有相中，则
(1) 总组分数为 CΦ。
(2) 每一相中有一个组分不独立，则共有Φ个。
(3) 由相平衡条件决定有 C(Φ -1)个不独立。
(4) n 个其他独立可变因素。
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