2022年物理化学相平衡知识点.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载相平稳一、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把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点、绘制方法和应用,利用杠杆规章进行有关运算；1、相律：F = C - P + n, 其中：C=S-R-R1 强度因素 T,p 可变时 n=22 对单组分系统：C=1, F=3-PF=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,2、相图1相图：相态与 T,p,x 的关系图,通常将有关的

2、相变点联结而成；2试验方法：试验主要是测定系统的相变点；常用如下四种方法得到；对于气液平稳系统,常用方法蒸气压法和沸点法；液固 凝结 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gP=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；CpBpBCpBlGl液体硫Css正交 硫单斜 硫 OOgCOFAD硫蒸 气AAa 正常相图TTTb 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-xy和恒温的 p-xy相图；相态：气液相图和液-固凝结系统 相图；1气

3、液相图名师归纳总结 - - - - - - -依据液态的互溶性分为完全互溶细分为形成抱负混合物、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；第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - t = 常数学习必备欢迎下载液相线t = 常数t = 常数液相线l g+l 液相线 l g + lg + l lp p g + lp 气相线g + l气相线g 气相线 g gA xBy B B A x ByB B A x ByB B

4、a 抱负混合物 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 相图气相线或露点线 p = 常数气相线或露点线 p = 常数g p = 常数gg 气相线或露点线t g + l tg + l g + l t g + l g + l液相线或泡点线 液相线或泡点线 液相线或泡点线 ll lA B A B A BxByB xByB xB yBa 抱负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 p = 常数 最高会溶点 p = 常数 p = 常数 Gl l F gg + l最高会溶点 g + lt B在A液层中的溶解度线

5、A在B液层中的溶解度线 tB在A液层中的溶解度线 l 1 + l 2 A在B液层中的溶解度线 t Oll1 + l2 最低会溶点 C l1 + l2 DA B A B A BxB xB xB yBd 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 沸点与会溶点分别p = 常数 G p = 常数 G p = 常数 GF g Fggt t g + l 2 tg + lO g + l 三相线COD g + l 1 + l2 g + A l g + B l Cl1 C三相线COD l 1 + l 2 l 1 +g + l 2 Dl 2F g + l 1l1 Ol1 + l2 Dl2

6、 C三相线COD A l + g + B l OA l + B l DA B A B A Bx By B x ByB xB yBg 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名师归纳总结 - - - - - - -2液-固系统相图：通常忽视压力的影响而只考虑t-x 图；简洁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、固相形成稳固化合物第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载和固相

7、形成不稳固化合物的相图,见下；液相完全互溶,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外形相像,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；稳固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；不稳固化合物加热到肯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；tGBGp = 常数GFFllttl + l + ll + 三相线 COD + l + A s + l l + BsC三相线COD O + l + DFCl + O + D

8、C三相线COD AO s + l + B s D + As + B sAx BBAx BBAxBa 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160GFtAAs + l l + CsGl l + Bs Kt/120S380l + NaClslCODCs + lJ400OLl + NaCl 2H 2Os + NaClsS2三相线COD As +l + CsHIS1-40H 2Os + lLl + NaCl 2H 2OsS2 NaCl 2H2Os + NaCls A s + C sC三相线HIJ Cs +l + BsB100 NaClH 2Os + l + NaCl 2

9、H2Os H2Os + NaCl 2H 2OsC s + B s0204060 NaCl 2H2O80H 2OxB%（质 量）d 形成稳固的化合物e 形成不稳固的化合物图 6-4 二组分液固系统的典型相图从上可知, 只要知道气 -液系统或液 -固系统的相图特点,便可知道另一系统的相图特点；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=2 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载两相区： P=2,F=C-P+1=2-2+1=1 三相线： P=3,

10、F=C-P+1=2-3+1=0 ,为无变量系统；5、杠杆规章在任意的两相平稳区,如图 6-5；某系统中物质的 L O R总量为 n,组成为 xo,在某一温度下达到两相平稳,t nL nR其对应的左右相态物质的量分别为 nL、 nR,组成分别为 xL、xR,就有A xL xO xR BxB 或 mBn L x R x O ROn R x O x L OL 图 6-5 杠杆规章示意图或 n L OL n R RO杠杆规章如横坐标为质量百分数 w,就杠杆规章可改写为m L OL m R RO利用杠杆规章, 加上式 n L n R n 或 m L m R m,即可运算出平稳时两个相态分布的量；6、复杂

11、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；如有多个固溶体,可依次按、 、 、 命名；对于两相平稳区,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；如在相图中间,是化合物的组成线；单相区特点：如左邻或右邻之一涉及两个或以上的区域,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显现折点 边界线不连续 ,就这区域肯定是单相区；例如图 5-10a的区

12、域 II ,F 经 E 点到 G 点,从温度的最低处到最高处,显现折点E,故为单相区；单相区的外形一般是不规章的三边形 边可以是连续的曲线 或不规章的四边形 或超过四边的多边形；两相区特点： 如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,就这区域肯定是两相区；两相区的外形一般是横向平名师归纳总结 行的四边形 、水平三边形、二边形、或连续的封闭曲线；第 4 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载三相线：在相区中平行于组成轴的直线；tLIIFE IIINLI INKFlGI

13、VKl VI l + Bsl1 + l 2MG三相线LGNHIJt II IIIl1+ Cs + l2 l + Cs + lO V三相线HIJ Cs +l + BsAs + l VII l + BsD VI C s + lO l + Cs E三相线EOD +l + CsD VII C s + Bs三相线EOD As +l + CsH三相线HIJJ IV IV As + C sCs +l + Bs VIII + C sAxBCBACxBC s + BsB-组成图a b 图 6-6 二组分凝结系统统的温度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

14、线；系统冷却过程中,无相变时,显现连续下降的平滑曲线,但低温区的斜率稍小些；显现相变时,因有热效应,会显现折点,曲线斜率变小；如显现自由度为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 120XX 年题 ：NH 42SO4H2O 所组成的二组分系统,在19.1时有一个低共熔点,此时冰、NH 42SO4s和浓度为 38.4质量分数,下同 的NH 42SO4水溶液平稳共存；在 108.9时NH 42SO4 饱和溶液 浓度为 51.8沸腾；1 试绘出相图示意图；2 分析各组分存在的相平稳；3 含30 的 NH 4 2SO4水溶

15、液冷却能否得到纯固体 NH 42SO4 ？如不能,如何得到纯固体 NH 42SO4？4 1kg 含 51.8 的 NH 42SO4水溶液在何温度下能得到最多的纯固体 NH 42SO4,运算出最多能得到的 NH 42SO4的量； 共 12 分 解： 1 相图和各相组成如下名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - t/120R水蒸气 + NH 4 2 SO4s学习必备S欢迎下载100Q8060溶液 + NH42SO4s4020冰 + 溶液溶液L冰 + NH 4 2SO4sN0P-20M0102030405060708090100

16、H2O %质量NH4 2SO43 不能；可通过加热蒸发使硫酸铵的浓度增大至超过38.4%或 51.8% 即可 . 4 冷却到接近 19.1时能得到最多的纯固体；设固体量为 Ws,利用杠杆规章就有,51.838.41kg Ws= 100 51.8Ws Ws=0.218kg 例 22000 年题 ： 对 MnO-FeO 二组分系统,已知 MnO 和 FeO 的熔点分别为 1785和1370 ；在 1430 时,含有 40和 70FeO质量 两固溶体间发生转熔变化,与其平稳的液相组成为 85FeO；在 1200,两个固溶体的组成为 36FeO 和 74FeO；1 试绘制出该系统的相图；2 指出个区域

17、和三相线对应的相态和自由度；3 当一含 74FeO 的二相组分系统,由 述其相态的变化；1650 缓慢冷至 1100时,作出冷却曲线,简4 当一含 74FeO 的二相组分系统,由1650缓慢冷至无限接近1430,试分析此时各相的组成和质量；假设系统的总质量为1kg；12 分 解： 1 系统相图如下名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - t/1800学习必备欢迎下载1700a VI16001500IAIVIIBcbD1400dV1300eIII1200f0.00.20.40.60.81.0a 点的步冷曲线MnO% FeO 质

18、 量FeO图MnO-FeO 系统的液 -固恒压相图和2 各区相态：I：固溶体 II ：固溶体 +固溶体 III ：固溶体IV ：溶液 + 固溶体 V：溶液 +固溶体 VI ：溶液三相线 ABD ：固溶体 + 固溶体 + 溶液自由度 F=C+1-P=3-P：单相区 P=1,F=2；两相区 P=2, F=1；三相线 P=3,F=0 2 由相图可看出相态变化如下：溶液 两相平稳16501508溶液 + 固溶体 溶液 固溶体1430 固 溶 体 + 溶液 + 固 溶 体 1410 溶 液 +固 溶 体固溶体 固溶体 固溶体 12901100固溶体 +固溶体 4 当一含 74% FeO 的二组分系统,

19、由 1650缓慢冷至无限接近 1430 ,存在固溶体 a 和溶液两相,其组成分别接近 40%和 85% FeO,设其质量分别为 M s,M l,依据杠杆规章,就有M sAC= M lCD 即 M s0.74-0.40= M l0.85-0.74 可得 M s=1kg 0.11 / 0.45 =0.244kg M l=1kg- Ms =1kg- 0.244kg = 0.756kg 其中固溶体含 FeO ：M s0.40=0.244kg 0.40=0.098kg MnO: 0.244kg-0.098kg=0.146kg 其中溶液含 FeO ：M l0.85=0.756kg 0.85=0.643kg MnO: 0.756kg-0.643kg=0.113kg 返回名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 学习必备欢迎下载第 8 页,共 8 页- - - - - - -