淮海工学院物理化学习题课 相平衡 优质课件
12、 某系统存在任意量C(s)、H2O(g)、CO(g)、CO2(g)、H2(g) 五种物质，相互建立了下述三个平衡：
H2O(g)+C(s)
H2(g) + CO(g)
CO2(g)+H2(g)
H2O + CO(g)
CO2(g) + C(s)
2CO(g)
则该系统的独立组分数C为：(
)。
(A) 3 (B) 2 12 答： A
种？( ) (1) 3种； (2) 2种； (3) 1种； (4) 不可能有硫酸水合物
与之平衡共存。
6、将固体NH4HCO3(s) 放入真空容器中，等温在400 K， NH4HCO3 按下式分解并达到平衡：
NH4HCO3(s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2(g) 系统的组分数C和自由度数f为：( )。
一、选择题
1、已知硫可以有单斜硫，正交硫，液态硫和气态硫四 种存在聚集状态。硫的这四种聚集状态____稳定共存。
(1)能够；(2) 不能够；(3) 不一定。2、根据Biblioteka 布斯相律，双组分平衡系统的最大自由度数
为：( )。
(1)2；
(2)3；
(3)1。
3、 NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达平衡时有： ( )。
三、填空题 1、只受温度，压力影响的二组分平衡系统，可 能出现的最多相数为______。 2、三组分系统的最大自由度数 f = ______；平 衡共存的最多相数P = ______。 3、今将一定量的NaHCO3(s)放入一个真空容器 中，加热分解并建立平衡：
2NaHCO3(s) = Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) 则系统的浓度限制条件数R’=______；组分数 C =____；相数F =______；自由度数f =______。
NaNO3(s) = Na++ NO3-, H2O(l) = H++ OH- ) R' = 2 ( [H+] = [OH-]，[Na+] + [K+] = [Cl-] + [NO3-] ) C= S - R - R' = 11 - 4 - 2 = 5
P= 5 ( 4 个固相 1 个液相)
f = C+ 2 -Φ= 5 + 2 - 5 = 2
四、说明题 1、二组分凝聚系统相图如下：
(1)指出图中①，②，③，④，⑤各区的相态及成分； (2)分别绘出系统a，b，c 的冷却曲线（绘于右图相应位 置，注意温度对应关系）； (由 系3)统1点k中Fg的，存系E在，统哪Gc些的（相组w？B成=其0（.7数0w）量B 分冷各别至为为温若0度干.5刚千0，刚克0接？.80近，F0E.9G0线）时，，
(C) 1 (D) 4
二、是非题
1、双组分相图中恒沸混合物平衡的气相与液相 组成相同。是不是?( ) 2、双组分相图中恒沸混合物的沸点与外压力有 关。是不是?( ) 3、双组分相图中恒沸混合物的组成随外压力的 不同而不同。是不是?( ) 4、恒沸液体是混合物而不是化合物。是不是? ( ) 5、不可能用简单精馏的方法将二组分恒沸混合 物分离为两个纯组分。是不是? ( )
S(固=,2液()C，aSf O=4C,+H22O-P)=,
R 2
=
0
,
R'
=
0
,
C=
S
-
R
-
R'
=
2
(2) NH3(g) + H2O(l) = NH4OH(aq) S = 3 , R = 1 , R' = 0 , C= 2 , P= 2 (液,气), f = 2
(3R)'S==15(正( N离a+子, K的+浓, C度l-,等NO于3负-, H离2O子)浓，度R )=,
(1)一个纯组分和一个恒沸混合物； (2)两个恒沸混合物； (3)两个纯组分。 10、在101.325kPa下，用水蒸气蒸馏法提纯某不溶于 水的有机物时，系统的沸点：（ ）。
(1)必低于373.2 K； (2)必高于373.2 K； (3)取决于水与有机物的相对数量； (4)取决于有机物相对分子质量的大小。
4、 气态的N2 ，O2溶于水中且达到相平衡，此多 相系统的组分数（独立）为________；自由度数
为_______。 5、Na2CO3(s)与H2O(l)可生成水合物 Na2CO3·H2O(s), Na2CO3 ·7H2O(s), Na2CO3·10H2O 则30℃时，与Na2CO3水溶液、冰平衡共存的水 合物最多可有_______种。 6、冰的熔点随压力增大而__________，苯的熔 点随压力增大而__________。(选填升高、降低)
(１)Ｃ＝２，f ＝１； (２)Ｃ＝２，f ＝２； (３)Ｃ＝１，f ＝０； (４)Ｃ＝３，f＝２。
7、 当水、冰、水蒸气三相平衡共存时，系统的自由 度数为：( )。
（1）1； （2）0； （3）2。 8、 已知A，B两液体可组成无最高或最低恒沸点的
液态完全互溶的系统，则将某一组成的溶液精馏可以 获得：( )。
0 C=
S
-
R
-
R'
=
4
P= 1 (液) f = C+ 2 -Φ= 4 + 2 - 1 = 5
(4) S = 11 ( NaCl(s), KCl(s), NaNO3(s), KNO3(s), Na+, K+, Cl-, NO3-, H2O, H+,OH-)
R = 4 ( NaCl(s) = Na++ Cl- , KCl(s) = K++ Cl-
(1) C=2，P=2，f=2；(2) C=1，P=2，f=1； (3) C=1，P=3，f=2；(4) C=1，P=2，f=3。
4、在101 325 Pa的压力下，I2在液态水和CCl4中达到分 配平衡(无固态碘存在)则该系统的条件自由度数为：( )。
(1)f '=1； (2) f '=2； (3) f '=0； (4) f '=3。 5、硫酸与水可形成H2SO4·H2O(s)，H2SO4·2H2O(s)， H2SO4·4H2O(s)三种水合物，问在101325 Pa的压力下，能 与硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少
11、指出下列平衡体系中的物种数，组分数，相数和自由度数
(1) (2)
C5ｇaS氨O气4的通饱入和1水dm溶3液水中，在常温常压下与蒸气平衡共存
(3) (4)
NNaa+C，l(sC)，l-，KKC+l，(s)N，ON3-a，NHO23O(s)(l与) 达K平N衡O3(s)
的混合物与水平衡
[答] (1) P= 2
合集下载
物理化学(上)课件 05章 相平衡
• 这种情况下组分数可用以下关系确定：
组分数（C） = 物种数（S ） 独立化学平衡数 （R） 同一相中独立的浓度关系数（R） 注意： ① 这种物质之间的浓度关系的限制条件：只有在同一
相中方能应用，不同相中不存在此种限制条件。
• 例如：CaCO3 的分解体系，虽然有 nCaO = nCO2
但因 CaO (s) 和 CO2 (g) 不是同一相，所以不能作 为特殊的浓度制约关系。
② 需要指出的是，有时由于考虑问题的角度不同，体 系物种数 (S) 的确定可能不同，但组分数不会改变。
• 例如水溶液体系：
i）纯水液相体系：
若不考虑水的电离，组分数 C = 1，等于物种数 S。
• 若考虑电离：H2O H+ + OH • 则 S = 3 ，但有一化学平衡： R =1；
• 液相中浓度关系式
• 注意：体系中的物种数(S )和组分数(C )这两个概念 的区别：
• 体系中有几种物质，则物种数 S 就是多少；而组分
1）如果体系中各物种之间没有发生化学反应，一般说 来此时组分数等于物种数：C = S
• 例如：乙醇 溶于水，组分数
C= S =2 2）如果体系中各物质之间发生了化学反应，建立了化
相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观 性质的改变是飞跃式的。
§5.1 引 言
相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一 研究多相系统的平衡在化学、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。 一、多相平衡：
1）液体的蒸发（液相和气相平衡） 2）固体的升华或熔化（固相与气相或液相平衡） 3）气体或固体在液体中的溶解度（气-液、固-液相平衡） 4）溶液的蒸气压（溶液各组分-气相组分平衡） 5）溶质在不同相之间的分布（溶质在两溶液相中的平衡）
物理化学 第六章 相 平 衡 课件
第六章相平衡§6-1 相律1．基本概念(1)相和相数相：系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相，系统中相数目为相数。
相数用“P”表示。
相的确定：气体：无论有多少种物质都为一相液体：根据相互的溶解性可为一相、二相、三相固体：由固体的种类及晶型决定（固熔体除外）（2）自由度和自由度数自由度：能够维系系统原有相数，而可以独立改变的变量叫自由度，这种变量的数目叫做自由度数，用“F”表示。
说明：a)在一定范围内，任意改变F不会使相数改变。
b)自由度数和系统内的物种数和相数有关。
2．相律物种数：系统中所含独立物质的数目，用“S”表示。
依据：自由度数=总变量数-非独立变量数=总变量数-方程式数相律表达式：F = C – P + 2式中C = S –R- R’称组分数R 独立反应的方程式数R’独立限制条件3.几点说明(1) 每一相中均含有S种物质的假设，不论是否符合实际，都不影响相律的形式。
(2) 相律中的2表示整体温度、压强都相同。
(3) F = C – P + 2是通常的形式。
(4) 凝聚相系统的相律是F = C – P + 1§6.2单组分系统相图相图：表示相平衡系统的组成与温度、压力之间的图形。
单组分系统一相：P=1 则F=1-1+2=2（T，P）双变量系统二相：P=2 则F=1-2+2=1（T或P）单变量系统三相：P=3 则F=1-3+2=0 无变量系统1.水的相平衡实验数据由数据可得：（1）水与水蒸气平衡，蒸气压随温度的升高而增大；（2）冰与水蒸气平衡，蒸气压随温度的升高而增大；（3）冰与水平衡，压力增大，冰的熔点降低；（4）在0.01℃和610Pa下，冰、水和水蒸气共存，三相平衡。
2. 水的相图单相区：液态水，水蒸气，冰双相线：OA —液固共存线，冰的熔点曲线OB —气固共存线，冰的饱和蒸气压曲线OC —气液共存线，水的饱和蒸气压曲线三相点：冰、水和水蒸气共存相图的说明(1) 冰在熔化过程中体积缩小，故水的相图中熔点曲线的斜率为负，但大多数物质熔点曲线的斜率为正。
物理化学-相平衡111页PPT
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
111
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
物理化学-相平衡
36、如果我们国家的法律中就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
物理化学课件第4章_相平衡
上一内容 下一内容 ²回主目录
O返回
2021-3-12
Clausius-Clapeyron方程
对于气-液两相平衡，并假设气体为1mol理想气
体，将液体体积忽略不计，则
dp H vap m H vap m dT TVm (g) T (RT / p)
d ln p vap Hm
dT
RT 2
这就是Clausius-Clapeyron 方程，vapH m是摩尔气化热。
4.1 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。
相图（phase diagram）表达多相体系的状态如何随 温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形， 称为相图。
OA 是气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它 不能任意延长，终止于临界点。临界点T 647 K , p 2.2107 Pa ，这时气-液界面消失。高于临界温
度，不能用加压的方法使气体液化。
OB 是气-固两相平衡线，即 冰的升华曲线，理论上可延长
至0 K附近。
OC 是液-固两相平衡线，当C点延长至压力大于 2108 Pa 时，相图变得复杂，有不同结构的冰生成。
•
=2260×18.02×(T2－
373)/(8.314×373×T2)
•
=40725(T2－373)/3101T2
• 解得:
•
T2=376.4K=103.7℃
上一内容 下一内容 ²回主目录
O返回
2021-3-12
例题
• 例2： 试计算在－0 .5℃下,欲使冰溶化所需施加的压力为多少? 已知: 冰的熔化热为333.5 J.g-1; 水=0.9998g.cm-3; 冰 =0.9168g.cm-3.
物理化学课件第六章节相平衡
通过测量不同温度下的蒸气压， 确定相平衡状态。
热力学性质测定
利用热力学仪器测量物质的热容、 熵、焓等热力学性质，推算相平衡 常数。
相分离实验
观察不同条件下物质是否发生相分 离，确定相平衡状态。
计算方法
热力学模型法
利用热力学模型计算相平衡常数， 如van der Waals方程、 Redlich-Kister方程等。
表达式
ΔU = Q + W
应用
计算封闭系统中能量的变化，以及热量和功之间的转换关系。
热力学第二定律
热力学第二定律定义
自然发生的反应总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着更 加混乱无序的状态发展。
表达式
ΔS ≥ 0
应用
判断反应自发进行的方向，以及热量传递和转换的方向。
热力学第三定律
热力学第三定律定义
液液相平衡的应用
液液相平衡是指两种不同物质液体之 间达到平衡状态的过程。
液液相平衡在工业上有广泛应用，如 石油工业中的油水分离、化学工业中 的萃取过程等。
液液相平衡的原理
当两种液体混合达到平衡时，各组分 的浓度不再发生变化，系统达到动态 平衡状态。
05 相平衡的实验测定与计算 方法
实验测定方法
蒸气压测定
分子模拟法
利用计算机模拟分子运动，计算 分子间的相互作用力和相平衡常
数。
统计力学法
利用统计力学原理计算相平衡常 数，如Maxwell
分子动力学模拟
模拟分子在相平衡状态下的运动轨迹，分析分子 间的相互作用和排列方式。
Monte Carlo模拟
通过随机抽样方法模拟分子在相平衡状态下的分 布和排列，计算相平衡常数。
界面张力
相界面上的物质传递是相平衡的重要特征之一，界面张力的大小对于物 质在相界面上的吸附、溶解和传递等过程具有重要影响。研究界面张力 有助于深入理解相平衡的机制和规律。
热力学性质测定
利用热力学仪器测量物质的热容、 熵、焓等热力学性质，推算相平衡 常数。
相分离实验
观察不同条件下物质是否发生相分 离，确定相平衡状态。
计算方法
热力学模型法
利用热力学模型计算相平衡常数， 如van der Waals方程、 Redlich-Kister方程等。
表达式
ΔU = Q + W
应用
计算封闭系统中能量的变化，以及热量和功之间的转换关系。
热力学第二定律
热力学第二定律定义
自然发生的反应总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着更 加混乱无序的状态发展。
表达式
ΔS ≥ 0
应用
判断反应自发进行的方向，以及热量传递和转换的方向。
热力学第三定律
热力学第三定律定义
液液相平衡的应用
液液相平衡是指两种不同物质液体之 间达到平衡状态的过程。
液液相平衡在工业上有广泛应用，如 石油工业中的油水分离、化学工业中 的萃取过程等。
液液相平衡的原理
当两种液体混合达到平衡时，各组分 的浓度不再发生变化，系统达到动态 平衡状态。
05 相平衡的实验测定与计算 方法
实验测定方法
蒸气压测定
分子模拟法
利用计算机模拟分子运动，计算 分子间的相互作用力和相平衡常
数。
统计力学法
利用统计力学原理计算相平衡常 数，如Maxwell
分子动力学模拟
模拟分子在相平衡状态下的运动轨迹，分析分子 间的相互作用和排列方式。
Monte Carlo模拟
通过随机抽样方法模拟分子在相平衡状态下的分 布和排列，计算相平衡常数。
界面张力
相界面上的物质传递是相平衡的重要特征之一，界面张力的大小对于物 质在相界面上的吸附、溶解和传递等过程具有重要影响。研究界面张力 有助于深入理解相平衡的机制和规律。
物理化学第六章-相平衡(72).ppt
OB线？
点：三相点，P＝3，F＝0
to 0.01C, po 0.610kPa
(3)相图的应用
① 当T、p 一定时，确定系统
相态。
② 当T、p 改变时，描述系统
相态变化。
a b cd e
系统从a到e过程系统的相态 改变如下：
H2Os H2Os H2Ol H2Ol H2Ol H2Og H2Og
度数，用 F 表示 例如：水与水蒸气两相平衡系统
变量数= 2（T、p）
自由度数= 1（T or p）
1.2 相律公式 （1）形式： F C P 2
（2）几点说明
★相律公式中的2 ：特指 T、p，表示对平衡系统有影响的因素
有温度 T 和压力 p 两个，且系统整体的温度、压力皆相同。
★其它形式 ：如有其它因素，F=C－P＋n；
液态混合物的特点。
(2) 作图 以甲苯（A）-苯（B）系统为例。
理想液态混合物甲苯（A）-苯（B）系统相图
① p-xB图
p pA pB
由图可知，
p
B
pA p pB
即理想液态混合物的蒸气总
压始终介于两纯液体的饱和
pB pB xB
蒸气压之间。这也是理想液 态混合物的特点。
一样，在理想液态混合物中，
易挥发组分在平衡气相中的
相对含量总是大于它在液相
中的相对含量。
p
A
把表示溶液蒸气总压与
蒸气组成关系的线即p-y 线， 0
1
称之为气相线
A
B
理想液态混合物甲苯（A）-苯（B）系统相图
(3)读图
① 气相线、液相线
等温
② 各相区的相态及自由度 pa
点：三相点，P＝3，F＝0
to 0.01C, po 0.610kPa
(3)相图的应用
① 当T、p 一定时，确定系统
相态。
② 当T、p 改变时，描述系统
相态变化。
a b cd e
系统从a到e过程系统的相态 改变如下：
H2Os H2Os H2Ol H2Ol H2Ol H2Og H2Og
度数，用 F 表示 例如：水与水蒸气两相平衡系统
变量数= 2（T、p）
自由度数= 1（T or p）
1.2 相律公式 （1）形式： F C P 2
（2）几点说明
★相律公式中的2 ：特指 T、p，表示对平衡系统有影响的因素
有温度 T 和压力 p 两个，且系统整体的温度、压力皆相同。
★其它形式 ：如有其它因素，F=C－P＋n；
液态混合物的特点。
(2) 作图 以甲苯（A）-苯（B）系统为例。
理想液态混合物甲苯（A）-苯（B）系统相图
① p-xB图
p pA pB
由图可知，
p
B
pA p pB
即理想液态混合物的蒸气总
压始终介于两纯液体的饱和
pB pB xB
蒸气压之间。这也是理想液 态混合物的特点。
一样，在理想液态混合物中，
易挥发组分在平衡气相中的
相对含量总是大于它在液相
中的相对含量。
p
A
把表示溶液蒸气总压与
蒸气组成关系的线即p-y 线， 0
1
称之为气相线
A
B
理想液态混合物甲苯（A）-苯（B）系统相图
(3)读图
① 气相线、液相线
等温
② 各相区的相态及自由度 pa
物化课件第五章-相平衡)
(4)C=3, Φ =2， f = 3– 2 + 1 = 2 (T以及I2在任一相
中的浓度)
§5.4 单组分系统的相平衡
1、Clapeyron方程 2、Clausius-Clapeyron方程
液-气平衡 固-气平衡 固-液平衡 3、单组分系统相律——水的相图
第五章 多相平衡
返回目录 退出
单组分系统的相律
若将CaCO3(s)单独放在一密闭容器中，达平衡后C=？
容器内有CaCO3(s)+CaO(s)+CO2(g)。 S=3，R=1，R’=0，C=3– 1– 0=2。 因CaO(s)和CO2(g)在两相中，没有浓度关系。
注意：系统确定后，其组分数是确定的，物种数有一定随 意性，可以随人们考虑问题的出发点不同而不同。
=RT/p (设气体为理想气体)
整理为:
vapH m RT 2
dp pdT
d ln p dT
Clausius---
Clapeyron方程
积分:
d ln p
vapH m RT 2
dT
适用于液气或固气 两相平衡
第五章 多相平衡
返回目录 退出
若温度变化不大时，vapHm为常数 d ln p
பைடு நூலகம்
第五章 多相平衡
第五章 多相平衡
返回目录 退出
例 NaCl-H2O系统
NaCl，H2O: S=2, R=0, R’=0, C=2 NaCl不饱和水溶液 S=3： Na+, Cl－, H2O, R=0, R’=1: [Na+]=[Cl－], 所以 C= 3– 1=2 NaCl饱和水溶液，有NaCl(s)存在
S=4：NaCl(s), Na+, Cl－, H2O, R=1: NaCl(s) = Na++ Cl－,
物理化学Ⅰ14 相平衡.ppt
dp dT
H m TVm
但也有少数相变ΔH=0,ΔV=0 但ΔCp≠0, Δα ≠0 ,Δκ ≠0, 即
(
2 1
T 2
)
p
(
22
T 2
)
p
T
(
1
p
)T
p
T
( p
)T
p
(
2 1
p 2
)T
(
22
p 2
单组分系统的相平衡一般包括物质的气-液平衡, 气-固平衡,液-固平衡和固-固平衡
处于上述平衡的温度、压力是相互关联的
在指定温度T、压力下p，假设α、β两相成平衡
B
B
T+dT，p+dp 仍处平衡
B
d
B
B
d
B
d
B
d
B
dB* SmdT Vmdp
S
m
结论：
① 液体的蒸汽压随液体上方的外压增加而增大，
② 液体的蒸汽压随外压的变化很小，通常均可 忽略。
若 Vm=RT/p
ln
pg,2 p g ,1
Vm,l RT
( pl,2
pl ,1 )
4. High order phase equilibria
Classification of phase transition
I
ln p
T2 T1
H m RT 2
dT
1 (a lnT 1 b T 1 c T 2 I T A)