相平衡小结

相平衡教案6篇相平衡教案篇1教学目标1、知识与技能〔1〕知道二力平衡的条件〔2〕知道二力平衡时物体的运动状态2、过程与方法〔1〕通过实例了解认识二力的平衡〔2〕探究二力平衡的条件3、情感、立场与价值观通过活动和阅读感受科学就在身边教学重点知道二力平衡的条件，并能说明物理问题教学难点同学设计试验探究二力平衡条件教学器材：视频光盘、木块、带滑轮的长木版、细线、勾码等教学过程〔一〕导入新课：1、复习提问牛顿第肯定律的内容？〔一切物体在没有受到力作用的时候，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

〕2、思索：凡是静止的物体就不受力吗？凡是做匀速直线运动的物体也不受力吗？举例说明。

〔1〕静止放在水平面上的粉笔盒〔2〕吊着的吊灯〔3〕在平直马路上匀速行驶的汽车那为什么生活中的这些物体受力也能保持静止或匀速直线运动状态呢？带着这个问题我们进入这节课的学习，探究其缘由。

〔二〕新课教学一、探究：力的平衡1、试验：让同学提着书包不动。

2、提问：假如将手松开，书包将落到地上，为什么？〔由于只受重力的作用〕3、思索：那为什么现在没有落地，而是静止？请画出受力示意图〔1〕。

4、争论：由于除了受竖直向下的重力，还受竖直向上的拉力，两个力的作用效果相互抵消了，跟没受力一样，所以书包静止。

同样在平直马路上匀速匀速行驶的汽车，在水平方向上牵引力和阻力，二者的作用效果相互抵消了，跟没有受力一样，所以保持匀速直线运动状态。

实际物体往往同时受多个力作用，而处于静止或匀速直线运动状态。

5、结论：象这样，物体在受几个力作用时，假如几个力的作用效果相互抵消，使物体处于静止或匀速直线运动状态，我们就说这几个力平衡。

静止或匀速直线运动状态叫做“平衡状态”。

二、探究：二力平衡的条件物体受两个力作用时保持平衡状态，叫做二力平衡，是最简约的平衡。

问题：物体受两个力作用肯定就能保持静止或匀速直线运动状态吗？举例：放在光滑斜面上的书，受重力和斜面的支持力但要沿斜面对下滑；电梯受重力和向上的拉力，起动时，速度越来越快。

第6章 相平衡相平衡和热平衡、化学平衡是化学热力学的主要内容。

相平衡主要是研究多相系统的相变化规律，相变化过程是物质从一个相态变化到另一个相态的过程，相平衡状态是这一过程的相对极限。

但应强调的是，所谓相平衡也和化学平衡一样都是动态平衡。

研究多相系统平衡理论对科学研究、工业生产都有十分重要的意义。

如对混合物进行分离提纯问题总是要转化为分离相的问题才能解决。

分离提纯常涉及到溶解、结晶、冷凝、蒸馏、升华、萃取等过程，这些过程都伴有相的变化。

相平衡中主要讨论两个问题：首先介绍相律，它是各种相平衡系统所共同遵循的规律。

然后讨论并熟悉一些典型相图。

相图是表达多相系统的状态如何随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形。

§6.1 相律1 相和相数在第一章中我们曾介绍过，系统内部物理性质和化学性质完全均匀的部分称为相。

相的特点表现在如下三个方面：(1)所谓完全均匀是指物质分散程度达到分子大小的数量级，这样，在相内任选出等量的物质其物理性质都相同。

相在化学成份上可以是纯物质，也可以是多种物质组成的。

(2)相与相之间在指定条件下有明显界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。

因此原则上可用一定的方法把它们分开。

但是，有明显分界面未必是不同的相。

例如NaCl 晶粒之间有明显的分界面，但所有的NaCl 晶粒是一个固相。

(3)相的存在与物质的量大小无关。

如一滴液体水是一相，一桶液体水也只是一相。

但需明白相是个宏观概念，几个水分子不能称为一相，必须分子数目足够大才能构成一个宏观相。

只包括一相的系统称为单相系，由两个或两个以上的相组成的系统称为多相系。

平衡系统中相的总数称为相数，用Φ表示。

例：水在100 及P θ时气液两相 共存，Φ=2。

2 独立化学平衡数和独立浓度关系数如果系统中发生了多个化学反应并达到化学平衡，那么这些化学平衡不一定完全独立。

系统中能够独立存在的化学平衡数称独立化学平衡数，用R 表示。

例如高温下将C(s)、O 2(g)、CO(g)、CO 2(g)放入一密闭容器中，这四种物质发生下列反应：()()()21C s O g =CO g 2+ （1）()()()22C s O g =CO g + （2） ()()()221CO g O g =CO g 2+ （3） ()()()2C s CO g 2CO g += （4）显然，(3)=(2)-(1)、(4)=2(1)-(2)。

5 相平衡5.1 重点与难点相律的表述与数学表达式及其中各参量的意义。

相图的分类及其在分离提纯等化工工艺中的应用。

5.2教学基本要求理解相律的推导，掌握相律的内容及其应用掌握单组份系统相图的阅读掌握克拉贝龙――克劳修斯非常的推演与应用。

了解特鲁顿规则及外压对蒸气压的变化关系对二组份系统的气液配合相图，要求掌握恒温相图，和恒压相图中点线面的意义，会应用相律分析相图，熟悉杠杆规则计算各相的量，理解精馏原理和结果。

对二组份的气液液平衡相图和双液体系相图，要求掌握恒压相图中点线面意义，会应用相律和杠杆规则，了解水蒸馏原理。

对二组份相图的液固平衡相图，要求了解如何用溶解度法和热分析法制作相图，掌握典型相图的点线面和步冷曲线的意义及特征与用途，熟悉相律应用和杠杆规则及相区交错规则。

了解二组份气固平衡相图含义与应用。

5.3基本内容物质在不同约束条件下，可以处在不同的状态。

相图是用几何方法表示复相平衡体系状态的图形。

相图与平衡体系的状态呈相互对应关系。

状态由相态及描述各相的独立热力学变量来描述，相平衡体系中的状态用强度量描述。

相律：指导相平衡的基本规律相图：物质的相平衡规律在几何图中的表示5.3.1 相律相律：物质的相平衡变化的基本规律。

表示相变化过程中，体系的相数，独立组分数与自由度（T ，P ）之间的定量关系。

基本概念1）相φ：体系中宏观物理性质（T ，P ）和化学性质均匀一致的部分为相特点：a ）相间有物理界面b ）体系可以是单相或多相 用“φ”表示体系的相气体：无论几种气体混合，都是一相液体：相溶为一相，不相溶为2或多相:乙醇水溶液，水+苯固体：若不生成固溶体，有多少种物质，就有多少相2）相变化：物质从一相迁移到另一相的变化3）相平衡:相变化中,物质宏观上停止迁移为体系自由能最低时，0G ∆=相平衡条件：B B αβμμ=B 物质在每相中的化学势相等,同时，T α=T β P α=P β4）相图：由实验数据表示相平衡关系的几何图形，表示体系的状态与T ，P ，X 的关系5）组分数K物种数：体系中物质的数量，“S ”表示组分数：表示体系各相组成的最少物种数，称独立组分数,“K ”表示,'K S R R =--, R :化学平衡数R '为其它浓度限制条件说明：不同物质在同一相中的浓度限制条件R 为独立的化学反应数6）自由度f ：指确定体系状态的独立强度变量的数目,“f ”表示说明：a ）在一定范围内，任意改变f 不会使φ改变b ）f 确定了，体系的状态就确定了c ）若产生新相或旧相消失，f 就改变了7）相律的普遍式： 2f K φ=-+, 'K S R R =--说明：a ）相律只能适用平衡态b ）物种数S 不是存在所有相，相律仍成立c ）R ：独立化学反应数 'R ，同相独立浓度限制R S m =- （m 为化学元素数）d ）'K S R R =--e ）f K n ϕ=-+ n ：T,P,其它外场（磁场，电场等）f ）相律应用：验证由实验结果得到的相图的正确性，绘制出相图例：N 2，H 2，NH 3体系a ）无反应发生3124f =-+=（,,2X T P 个）b ）T =450℃,P =150P θ,无催化剂,不发生反应条件自由度**3102f =-+=（2个X B ）c ）T =450℃,P =150P θ,有催化剂,发生反应()**31101f =--+=（X B ）d ）T =450℃,P =150P θ,有催化剂,发生反应投料比：N 2∶H 2=1∶3 ()**311100f =---+= 5.3.2 单组分体系的两相平衡克拉贝龙方程（Clapeyron ）mm V T H dT dP ∆⋅∆= 克拉贝龙方程 m H ∆相变潜热 适用：任意单组分体系的两相平衡的相变化克劳修斯-克拉贝龙方程(克-克方程)(Clausius —Clapeyron ）2ln m H d P dT RT∆= 克—克方程 211211ln ()m H P P R T T ∆=- （m H ∆与T 无关） 说明：a ）m H ∆为等TP 时的相变潜热（蒸发热或升华热）b ）适用：理气的g-l ，g-s 体系的两相平衡c ）有近似，但简单P 为T 时的平衡蒸气压（饱和蒸气压）定量表示单组分体系蒸气压与温度的关系5.3.3 单组分体系的相图单组分体系一相：1122f=-+=（T,P）二相：1221f=-+=（T或P）三相：1320f=-+=单组分体系的相图：P-T关系水的相图如图6-1图6-11）单相区：g，l，s，1φ=1120f=-+=（T,P）2）两相线：OA，OB，OC，OD线2φ=，1221f=-+=（T或P）克拉贝龙方程：mmVTHdTdP∆∆=OA线：为蒸发线，水的饱和蒸汽压曲线22H O l H O(g→())说明：A为临界点（647K，22089KPa）>0vap mOA vap mHdPdT T V∆⎛⎫=⎪∆⎝⎭（>0>0m mH V∆∆，）OB线：升华线，冰的饱和蒸汽压曲线H2O（s）→H2O（g）>0sub mOA sub mHdPdT T V∆⎛⎫=⎪∆⎝⎭（>0>0m mH V∆∆，）>sub m vap mH H∆∆>OB OAdP dPdT dT⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（0mH∆>，0mV∆>）OC 线: 溶化曲线 H 2O （s ）→H 2O （l ）,C 点（202650KPa ，-20℃）,C 点不能无限延长若P ↑，出现不同结构的冰——复杂相图0fus m OC fus mH dP dT T V ∆⎛⎫=< ⎪∆⎝⎭ （0m V ∆<,m V V >冰，） OD 线：过冷水的气化曲线 H 2O （l ，过冷）→H 2O （g ）亚稳平衡3）三相点：三相平衡点（g ，l ，s ）1320f =-+=三相点：()273.16K,610.6Pa 冰 点：()273.15K,101.325Pa三相点与冰点的区别：a ）三相点中水为纯水 冰点中水为水溶液（0.0013g/g ），则凝固点降低0.0024Kb ）冰点压力：P θ=100KPa ， 引起凝固点降低0.00747K ，由于稀液,外压变化,降低了0.01K说明：a ）相图的点、线、面都有物理意义b ）相图中的点线面都符合相律c ）已知相图的特殊点线，可画相图，如：三相点，临界点，熔点，沸点5.3.4 二组分气-液体系224f φφ=-+=- min 1φ=，3f =（T ，P ，X B ） 相图为立体图形恒定T ：P -X 相图；恒定T ：T -X 相图；恒定X ：P-T 相图完全互溶的二组分体系理想的二组分体系P -X 图：① P -x 图绘制恒定T ：P -X 相图（平面图）液相组成x B ， 气相组成y B ，平衡蒸汽压P B , 总压P由拉乌尔定律：*B B B P P X = P -x 液相线道尔顿分压定律：B B P Py =总压A B P P P =+ P -y 气相线P-x 液相线和P-y 气相线合并()***A B A B P P P P x =+-P-y 气相线:*B B B B P P X Py == ()***A B A B P P P P x =+-*****()A B B B B A P P P P y P P =--图6-2L ：液相线；G ：气相线 P *B >P *A ，y B >x B截距：P *A , 斜率：P *B - P *A , P *A 、P *B 为 A 、B 饱和蒸气压②P-x 图分析（恒定T ）（如图6-3）图6-3面：液相和气相：*2112f =-+=（P ，x B ）二相：L 线和G 线间l-g 二相区，*2211f =-+=（P or X ）线：液相线L 和气相线G ：*2211f =-+=（P 或x B ）物系点：表示体系的状态点，由T , P , x 表示相点：表示体系某相的状态，T , P , x 表示T —X 图 恒压：一般P =P θ，f T —X 图的绘制：可由P —X 图（如图6-4）转化图6-4 注意: a) ****,B A B A P P T T >∴< b) 若P []**,0,1B A P P > P -X 、T -X 图，B B y x > 非理想二组分体系（1）正常类型的偏差a ）正偏差（如图6-5）图6-5 图6-6b ）负偏差（如图6-6）图6-7 图6-8（2）具有最高点和最低点的偏差具有最高点（P-X）（如图6-7）具有最低点（P-X）（如图6-8）说明：二组分气液体系的三条规则——柯落瓦诺夫规则a）X B→0，X A→1：B遵守亨利定律，A必遵守拉乌尔定律，反之也成立b）A对拉乌尔定律成正（负）偏差，则B也发生正（负）偏差c）最高（低）点c，气相和液相组成相同, 恒沸混合物，其组成随P（or T）变化不是化合物分（精）馏原理分馏或精馏：对混合物进行多次蒸馏，从而达到分离和提纯的目的（1）无最高（低）点的二组分气液体系简单蒸馏（如图6-9）图6-9精馏过程，T-X 图纯A ，纯B （分离）,蒸气相（蒸出液） → 低沸点的B 加热,液相（剩余液） → 为高沸点的A（2）具有最高（低）点的二组分,只能得纯A （或B ）和恒沸混合物C （如图6-10）图6-10a ）最高点体系（HCl - H 2O ）蒸出液：A 或B,剩余液：恒沸混合物C ；C 点：C C x y = ,不能达到分离b ）最低点体系（苯-乙醇）蒸出液：恒沸混合液C ；剩余液： A 或Bc ）恒沸混合物的分离, C C x y =，需用其它方法分离如：H 2O-C 2H 5OH （C 点）C T =78.15℃，C X =95.6%乙醇,恒沸混合物不是化合物，其组成随压力改变 部分互溶的双液系（无气相）如：水-苯胺（如图6-11）1）T-X 图的绘制恒定P ：（蒸气压低，不考虑气相），*2211f =-+=（T 或x ），T 1 下，在水中加苯胺，物系点水平移动少量A'：为均相加A （A-B ）：为两相，组成W A %和W B % 再加A"：单相 2）T-X 图分析a ）最高点D 两共轭相组成相同，A B X X = 为单相D 点组成D X ——为临界溶解度D 点温度D T ——为临界溶解温度 图6-11'D 点是通过一相的消失来实现不分层b ）AD 和BD 为溶解度线AD 为苯胺在水中的溶解度曲线 BD 为水在苯胺中的溶解度曲线*2211f =-+=（T 或x ）C ）面 曲线外：单相区*2112f =-+=（T ，x ）曲线内：两相区*2211f =-+=（T 或x ）d ）变温时物系点C 的变化一对液体临界溶解温度的高低，反映了互相溶解能力的强弱,临界温度越低，其互溶性越好应用：利用临界溶解温度的数据，选择良好的萃取剂 杠杆规则（原理）设： T O 时物系点O 的 重量W ，组成为X （如图6-12）相点A ：A W ，A X ；B ：B W ，B X由质量守恒原理： 图6-12A B W W W =+ A A B B XW X W X W =+A B A A B B ()X W W X W X W +=+A AB B ()()W X X W X X -=-即：A B OA OB W W =A B W OB W OA=11A B W OB W OA +=+ A B BW W OB OA W OA++= B W OA W AB = A W OB W AB=说明：即力学中的杠杆原理，只适用于两相平衡X ：摩尔分数或质量百分数；W ：总摩尔数或总质量完全不互溶双液系如：水-氯苯体系，汞-水体系两组分间没有相互溶解，每个组分的蒸汽压等于其单独存在时的蒸汽压体系的总蒸汽压**A B P P P =+ 即*A P P >, *B P P >则混合物的沸点低于任意组分的沸点水蒸气蒸馏：对高沸点有机物进行蒸馏提纯，此类有机物在常温下蒸气压很小若在常压下，沸点很高，沸点前可能分解，在常压下不能对其单独蒸馏提纯两种方法：减压蒸馏：由克-克方程定 图6-13水蒸气蒸馏（如图6-13）：与水形成完全不互溶双液系，常压下，不互溶二组分沸点在100℃以下。