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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划相平衡总结相平衡一、主要概念组分数，自由度，相图，相点，露点，泡点，共熔点，(连)结线，三相线，步冷(冷却)曲线，低共熔混合物(固相完全不互溶)二、重要定律与公式本章主要要求掌握相律的使用条件和应用，单组分和双组分系统的各类典型相图特征、绘制方法和应用，利用杠杆规则进行有关计算。1、相律：F=C-P+n,其中：C=S-R-R(1)强度因素T，p可变时n=2(2)对单组分系统：C=1,F=3-P(3)对双组分系统：C=2，F=4-P；应用于平面相图时恒温或恒压，F=3-P。2、相图(1
2、)相图：相态与T，p，x的关系图，通常将有关的相变点联结而成。(2)实验方法：实验主要是测定系统的相变点。常用如下四种方法得到。对于气液平衡系统，常用方法蒸气压法和沸点法；液固(凝聚)系统，通常用热分析法和溶解度法。3、单组分系统的典型相图对于单组分系统C=1，F=C-P+2=3-P。当相数P=1时，自由度数F=2最大，即为双变量系统，通常绘制蒸气压-温度(p-T)相图，见下图。BplsOAgpsCBlp液体硫正交硫FDgO硫蒸气TAATT(a)正常相图(b)水的相图(c)硫的相图图6-1常见的单组分系统相图4、二组分系统的相图类型：恒压的t-x(y)和恒温的p-x(y)相图。相态：气液相图和
3、液-固(凝聚系统)相图。(1)气液相图根据液态的互溶性分为完全互溶(细分为形成理想混合物、最大正偏差和最大负偏差)、部分互溶(细分为有一低共溶点和有一转变温度的系统)和完全不溶(溶液完全分层)的相图。可以作恒温下的p-x(压力-组成)图或恒压下的t-x(温度-组成)图，见图5-2和图5-3。1pppAxB(yB)BAxB(yB)BAxB(yB)B(a)理想混合物(b)最大负偏差的混合物(c)最大正偏差的混合物图6-2二组分系统恒温下的典型气液p-x相图ttABtBAxB(yB)AxB(yB)xB(yB)B(a)理想或偏差不大的混合物(b)具有最高恒沸点(大负偏差)(c)具有最低恒沸点(大正偏差
4、)Fgp=常数OlAttCBAl1+l2BtBxBAxBxB(yB)(d)有最高会溶点的部分互溶系统(e)有最高和最低会溶点的部分互溶系统(f)沸点与会溶点分离tttABBxB(yB)BAxB(yB)AxB(yB)(g)液相部分互溶的典型系统(h)液相有转沸点的部分互溶系统(i)液相完全不互溶的系统图6-3二组分系统恒压下的典型气液相图(2)液-固系统相图：通常忽略压力的影响而只考虑t-x图。简单的相图也可分为固相部分完全互溶(形成固溶体，)、固相部分互溶(细分为有一低共溶点和有一转变温度的系统)、固相完全不互溶(形成低共熔混合物)、固相形成稳定化合2物和固相形成不稳定化合物的相图，见下。液相
5、完全互溶，固相完全互溶、固相部分互溶和完全不互溶的液固相图与液相完全互溶、部分互溶和完全不互溶的气液相图的形状相似，只不过在液固相图中的固态和液态在气液相图中变为液态和气态。稳定化合物熔化时固相和液相组成相同，其相图见下图，相当于两个双组分系统A-C和C-B相图的组合。不稳定化合物加热到一定温度后分解成一种固体和溶液，溶液组成与化合物组成不同，典型为H2O-NaCl系统，见图。tttBABAxBxBBAxB(a)固相部分互溶系统(b)固相有转溶点的部分互溶系统(c)固相完全不互溶的系统t/tBACxBH2ONaCl2H2ONaCl%(d)形成稳定的化合物(e)形成不稳定的化合物图6-4二组分液
6、固系统的典型相图从上可知，只要知道气-液系统或液-固系统的相图特征，便可知道另一系统的相图特征。(3)双组分系统的相图在恒温或恒压下得到，故相律F=C-P+1。单相区：P=1，F=C-P+1=2-1+1=23两相区：P=2，F=C-P+1=2-2+1=1三相线：P=3，F=C-P+1=2-3+1=0，为无变量系统。5、杠杆规则在任意的两相平衡区，如图6-5。某系统中物质的总量为n，组成为xo，在某一温度下达到两相平衡，其对应的左右相态物质的量分别为nL、nR，组成分别为xL、xR，则有nLxR-xORO=nx-xOLOLRLxB(或mB)ORt图6-5杠杆规则示意图或nL?OL=nR?RO杠杆
7、规则若横坐标为质量百分数w，则杠杆规则可改写为mL?OL=mR?RO利用杠杆规则，加上式nL+nR=n或mL+mR=m，即可计算出平衡时两个相态分布的量。6、复杂相图分析：对二组分系统的p-x或t-x图进行总结分析(1)区域相态的确定对于单组分区域的相态，高温或低压区为气态或液态，低温区或高压区为液态或固溶体。若有多个固溶体，可依次按、命名。对于两相平衡区，相态由左右邻单相区或单相线对应的相态组成。对于三相线，其相态由左右邻单相区或单相线和上邻区域对应的相态组成。(2)区域相数的确定单相(单组分)线：垂直于组成轴的线。若在相图中间，是化合物的组成线。单相区特征：若左邻或右邻之一涉及两个或以上的
8、区域，或者从区域的最低处(与组成轴平行的线段不考虑)沿着区域边界线往最高处移动时出现折点(边界线不连续)，则这区域一定是单相区。例如图5-10(a)的区域II，F经E点到G点，从温度的最低处到最高处，出现折点E，故为单相区。单相区的形状一般是不规则的三边形四边形或超过四边的多边形。(边可以是连续的曲线)或不规则的两相区特征：若左邻和右邻仅涉及一个单相区域或一条单组分(单相)线，也就是说左邻和右邻仅是一条连续的直线或曲线边时，则这区域一定是两相区。两相区的形状一般是横向平行的四边形()、水平三边形、二边形4或连续的封闭曲线。三相线：在相区中平行于组成轴的直线。ttAxBBACxBB(a)(b)图
9、6-6二组分凝聚系统统的温度-组成图7步冷曲线(或称冷却曲线)的绘制步冷曲线即系统加热到高温后让其冷却得到的系统温度与时间的关系曲线。系统冷却过程中，无相变时，出现连续下降的平滑曲线，但低温区的斜率稍小些；出现相变时，因有热效应，会出现折点，曲线斜率变小；若出现自由度为0的相变，曲线变水平，斜率为0。三、典型题：给出一些相变点画相图，用相律分析相图，用杠杆原理分析组成，画冷却曲线。例1(XX年题)：(NH4)2SO4H2O所组成的二组分系统，在时有一个低共熔点，此时冰、(NH4)2SO4(s)和浓度为(质量分数，下同)的(NH4)2SO4水溶液平衡共存。在时(NH4)2SO4饱和溶液(浓度为)
10、沸腾。(1)试绘出相图示意图。(2)分析各组分存在的相平衡。(3)含30的(NH4)2SO4水溶液冷却能否得到纯固体(NH4)2SO4？若不能，如何得到纯固体(NH4)2SO4？(4)1kg含的(NH4)2SO4水溶液在何温度下能得到最多的纯固体(NH4)2SO4，计算出最多能得到的(NH4)2SO4的量。(共12分)解：(1)相图和各相组成如下5第三章：相平衡引言：相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。研究多相体系的平衡在化学、化工的科研和生产中有重要的意义，例如：溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯及金相分析等方面都要用到相平衡的知识。相律I基本概念：1、相和相数相体系内部物理和化学性质完全
11、均匀的部分称为相。相数：体系中相的总数称为相数，以P表示。如以水为例：P?(?100度?气相?P?1;?100度?气液两相平衡?P?2;0?Y?100度?液相?P?12、物种数与组分数组分：用以确定平衡体系中所有各相组成所需的最少数目的独立物质组分数：组分的数目物种数：体系中化学物质的数目-考虑问题的不同，物种数不同。C和S的换算：C=S-R-RR：独立的化学平衡数R：独立的浓度限制条件数举例：1、一个体系中有如下几种物质：CO,H2O,H2,CO2,O2,他们之间可以发生以下反应：CO?H2O?CO2?H2?1H2?12O2?H2O?2CO?1O2?CO2?3有1?2?3?R?22、NH4C
12、l部分分解为NH3和HCl-R=?，假如将任意量的NH4Cl、NH3和HCl混合，-R=?3、CaCO3分解：CaCO3?CO2?CaO-R=0-！-。4、NH4HCO3?NH3(g)?H2O(g)?CO2(g)NH3?H2O,NH3?CO2,H2O?CO2?R?3NH3?H2O,NH3?CO2?R?2?3自由度和相律自由度：在没有相变化前提下，可以在一定范围内变动的独立变量有T,P,C等，其数目为自由fCP2适用于已达平衡的多相敞开体系若T或p一定，则fCP1若T和p一定，则f=CP-f和f称为条件自由度见例31例：将BaCO3和CaCO3混合加热，当两种物质分解达到平衡时，求平衡体系中组分
13、数和自由度。例子3-1：碳酸钠和水可以组成下列化合物,问P下，与碳酸钠水溶液及冰共存的含水盐最多可能有几种？30，与水蒸气平衡共存的含水盐最多有几种？单组分体系的相图I单组分体系的相数与自由度单组分体系C=1，根据相律f=C-P+2=3-P，说明单组分体系中最多三相共存，此时体系没有独立变量。当P=1时f=2，即体系为双变量体系，指温度和压力在一定范围内可任意变动。当P=2时f=1，此时温度和压力两个变量存在一定的依存关系，指定了一个，另一个也就随之确定下来。II克拉贝龙方程：dp?dTm-适用于纯物质任意两相平衡；T?Vm反映了相变时体系的压力随温度的变化关系。?HdlnpdT?HmRT2p2p1?HmR11(T?)-克拉贝龙-克劳修斯方程式-适用于有气相参加的两相平衡T12mlnPP?HR1T?C-作图可以求得相变热具体推导：定温定压下，某纯物质两相平衡共存，根据相平衡条件，即有?(T,p)?(T,p)
