物理化学 第5章_相变热力学-3讲诉
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第五章相律与相图5.1 相平衡相平衡是热力学在化学领域中的重要应用,也是化学热力学的主要内容之一。
在第三章中已经应用热力学原理研究了纯物质系统的两相平衡;在第四章中研究了多组分系统的两相平衡,其结果是用热力学公式表达相平衡的规律。
而本章则是应用热力学原理采用图解的方法来表达相平衡规律,特别是对多相系统的相平衡规律的研究,用图解的方法更显得方便和实用。
研究多相系统的相平衡状态随组成、温度、压力等变量的改变而发生变化,并用图形来表示系统相平衡状态的变化,这种图称为相图,相图形象而直观地表达出相平衡时系统的状态与温度、压力、组成的关系。
相律为多相平衡系统的研究建立了热力学基础,是物理化学中最具有普遍性的规律之一,它讨论平衡系统中相数、独立组分数与描述该平衡系统的变数之间的关系,并揭示了多相平衡系统中外界条件(温度、压力、组成等)对相变的影响。
虽然相律不能直接给出相平衡的具体数据,但它能帮助我们从实验数据正确地画出相图,可以帮助我们正确地阅读和应用相图。
本章首先介绍相律,然后介绍单组分、二组分和三组分系统的最基本的几种相图,其中着重介绍二组分气-液相图和液-固相图,介绍相图的制法和各种相图的意义以及它们和分离提纯方法之间的关系。
应用:a、水泥熟料的烧成过程,系统中有C3S(硅酸三钙)、C2S(硅酸二钙)、C3A(铝酸三钙)、C4AF(铁铝酸四钙)————固相,还有一定的液相,是一个多相的系统。
随着温度升高,这个多相系统中那些相能继续存在?那些相会消失?有没有新的相生成?各相组成如何?各相含量为多少?b、在化工生产中对原料和产品都要求有一定的纯度,因此常常对原料和产品进行分离和提纯。
常用的分离提纯的方法是结晶、蒸馏、萃取和吸收等等,这些过程的理论基础就是相平衡。
相图:根据多相平衡的实验结果,可以绘制成几何图形用来描述这些在平衡状态下的变化关系,这种图相成为相图。
现实意义:水泥、玻璃、陶瓷等形成过程均在多相系统中实现,都是将一定配比的原料经过锻烧而形成的,并且要经历多次相变过程。
第五章 化学平衡一.基本要求1.掌握化学反应等温式的各种形式,并会用来判断反应的方向和限度。
2.了解标准平衡常数的定义,掌握标准平衡常数的各种表示形式和计算方法。
3.掌握标准平衡常数K 与r m G ∆在数值上的联系,熟练用热力学方法计算r m G ∆,从而获得标准平衡常数的数值。
4.了解标准摩尔生成Gibbs 自由能f m G ∆的定义和它的应用。
5.掌握温度对化学平衡的影响,记住van ’t Hoff 公式及其应用。
6.了解压力和惰性气体对化学平衡的影响。
二.把握学习要点的建议!把本章放在多组分系统之后的目的,就是要利用多组分系统中介绍的化学势的概念和各种表示方式,来导出化学反应等温式,从而用来判断化学反应的方向与限度。
本章又用到了反应进度的概念,不过其值处在0 1 mol -的区间之内。
因为在利用化学势的表示式来计算反应的Gibbs 自由能的变化值时,是将化学势看作为一个定值,也就是在有限的反应系统中,化学进度为d ξ,如果在一个很大的系统中, 1 mol ξ=。
严格讲,标准平衡常数应该用绝对活度来定义,由于本教材没有介绍绝对活度的概念,所以利用标准态化学势来对标准平衡常数下定义,其含义是一样的。
从标准平衡常数的定义式可知,标准平衡常数与标准化学势一样,都仅是温度的函数,因为压力已指定为标准压力。
对于液相反应系统,标准平衡常数有其相应的形式。
对于复相化学反应,因为纯的凝聚态物质本身就作为标准态,它的化学势就是标准态化学势,已经归入r m G ∆中,所以在计算标准平衡常数时,只与气体物质的压力有关。
学习化学平衡的主要目的是如何判断反应的方向和限度,知道如何计算平衡常数,了解温度、压力和惰性气体对平衡的影响,能找到一个经济合理的反应条件,为科研和工业生产服务。
而不要过多地去考虑各种浓度表示式和各种平衡常数表示式之间的换算,否则会把自己搞糊涂了,反而没抓住主要内容。
由于标准平衡常数与r m G ∆在数值上有联系,r m ln p G RT K ∆=-,所以有了r m G ∆的值,就可以计算p K 的值。