物理化学phase.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 相平衡,(Phase Equilibrium),第1页,本章主要内容,相图,相平衡热力学和计算,单组分系统平衡相图,两组分系统气液平衡相图,两组分系统气液液平衡相图,两组分系统液固平衡相图,相平衡规律,稀溶液依数性,高级相变,第2页,此次课主要内容,引言,4.1 单组分系统相图,第3页,引言,相平衡是热力学在化学领域中主要应用之一；对化学、化工、材料等科研和生产中有主要意义，比如：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知识。,相图（,phase diagram,）,表示多相系统状态怎样随温度、压力、组成等强度性质改变而改变图形，称为相图。,第4页,相图,分类,按组分数划分,按组分间相互溶解情况划分,完全互溶系统,部分互溶系统,完全不互溶系统,按性质组成划分,蒸气压,组成图,沸点,组成图,熔点,组成图,温度,溶解度图,二组分系统,温度-溶解度图,引言,单组分系统,二组分系统,三组分系统,第5页,相律(phase rule),是各种相平衡系统所恪守共同规律，表达出各种相平衡系统所含有共性。,绘制相图时是以试验数据为依据，以相律为指导。,引言,第6页,材料热力学:,多组元系统热力学,材料动力学:,多组元系统动力学,1.稳定相平衡信息;,2.亚平衡信息;,3.各种热力学量(,G,H,S,C,p,);,4.热力学因子、分配系数;,5.分压等,1.自扩散、杂质扩散系数;,2.本征扩散、相互扩散系数;,3.界面能、表面能信息;,4.相变控制类型(体扩散、界面扩散、综合扩散)等,试验,理论,试验,理论,引言,第7页,相律应用,相图类型讲解（教材p19-22）,两相平衡规律（教材p98-100）,4.1 单组分平衡相图,第8页,相律应用,将相律应用单组分系统（单元系），则,因为,f,0，1，所以 3 1,说明什么,？,单组分平衡相图,1，,f,2，称双变量系统,2，,f,1，称单变量系统,3，,f,0，称无变量系统,第9页,H,2,O 相平衡数据,单组分平衡相图,第10页,水相图：依据试验绘制。,H,2,O 相图（,P-T,图）,单组分平衡相图,三个单相区,在气、液、固三个单相区内，温度和压力独立地有程度地改变不会引发相改变。,三条两相平衡线,，压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由体系自定。,第11页,读图关键点：,读懂点、线、区含义；,相区自由度数；,会描述系统状态改变情况；,明确三相点(triple point)与冰点(freezing point)区分。,t,/,O,B,A,C,0.00611,0.01,固,气,液,C,P,/10,5,Pa,374.2,221,H,2,O 相图（,P-T,图）,p,q,w,单组分平衡相图,第12页,t,/,O,B,A,C,0.00611,0.01,固,气,液,C,P,/10,5,Pa,374.2,221,p,q,w,H,2,O,平衡相图,OA,：,液-固两相平衡线,，,OB：,气-固两相平衡线,，即冰升华曲线。,OC,是气-液两相平衡线,，即水蒸气压曲线。临界点,气-液界面消失,。高于临界温度，不能用加压方法使气体液化。,第13页,t,/,O,B,A,C,0.00611,0.01,固,气,液,C,P,/10,5,Pa,374.2,221,p,q,w,H,2,O,平衡相图,OC,：,CO,延长线,，是,过冷水和水蒸气介稳平衡线,。过冷水处于不稳定状态，一旦有凝聚中心出现，就马上全部变成冰。,O,点,：,三相点,（,triple point,），气-液-固三相共存。,第14页,纯水,水蒸气,P,=611Pa,冰,t,=0.01,三相点,(a)密闭容器中,空气和水蒸气,P,=101.325 kPa,冰,被空气饱和水,t,=0,冰点,(b)敞口容器中,H,2,O三相点与冰点区分,单组分平衡相图,第15页,冰点温度比三相点温度低：,（1）因,外压增加,，使凝固点下降 ；,（2）因,水中溶有空气,，使凝固点下降 。,单组分平衡相图,第16页,读图关键点,读懂点、线、区含义；,注意,OA,线倾斜方向；,三相点,p、t,数值；,干冰升华条件。,t,/,P,/MPa,O,B,A,C,0.518,-,56.5,固,气,液,图3-2CO,2,相图,CO,2,相图,单组分平衡相图,第17页,T,/K,P,/MPa,O,金刚石,液态碳,石墨,5,4,3,2,1,1000,3000,4000,5000,图3-3碳相图,读图关键点,：,读懂点、线、区含义；,了解石墨稳定性；,石墨,金刚石条件；,金刚石特点与用途。,C相图,单组分平衡相图,第18页,读图关键点：,读懂点、线、区含义,三相点个数；,最多平衡相数。,E,t,/,80,120,160,p,/10,5,Pa,10,2,10,0,10,-2,10,-4,10,-6,10,4,单斜硫,气态硫,正交硫,液态硫,B,C,图3-4硫相图,S相图,单组分平衡相图,第19页,两相平衡规律,Clausius-Clapeyron方程：,单组分平衡相图,当用于蒸发或升华过程时，Clausius-Clapeyron方程可简化为：,第20页,两相平衡规律推导,两相平衡：,单组分平衡相图,第21页,两相平衡规律推导,单组分平衡相图,第22页,OC,线,斜率为正：,OB,线,斜率为正。,OA,线,斜率为负：,单组分平衡相图,t,/,O,B,A,C,0.00611,0.01,固,气,液,C,P,/10,5,Pa,374.2,221,第23页,两相平衡规律,单组分平衡相图,例题：,冰和水密度分别为0.917 kg/l和1.000 kg/l，冰熔化热为6008 J/mol，求压力由0.1MPa增加到2MPa时冰熔点改变。,熔点降低,第24页,小结,t,/,O,B,A,C,0.00611,0.01,固,气,液,C,P,/10,5,Pa,374.2,221,p,q,w,单组分平衡相图,第25页,