[理學]相平衡本修改中(編輯修改稿)
2025-02-15 14:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 廣度變量和強度變量，所以有 f=CΦ+2 f‘=fn(已經(jīng)確定的條件） 三 、 例題： 1. 碳酸鈉與水可組成下列幾種化合物： Na2CO3?H2O， Na2CO3?7H2O， Na2CO3?10H2O。 1) 試說明在 1atm下 ， 與碳酸鈉的水溶液和冰共存的含水鹽最多可以有幾種 ？ 2) 試說明 30?C時可與水蒸汽平衡共存的含水鹽有幾種 ？ 解 : 此體系由 Na2CO3 和水構(gòu)成，為二組分體系。雖然 Na2CO3和水可形成幾種水合物，但對組分數(shù)沒有影響， 因為每形成一種水合物，就有一化學平衡， 故組分數(shù)仍為 2，即 C = 2。 1） 在指定 1atm 下，條件自由度 f * = C ? ? +1 ? ? = C +1 ? f * = 3 ? f * ? 當 f * = 0 時相數(shù)最多 ， 有三相共存 。 ? 現(xiàn)已經(jīng)有溶液相和冰兩個相 ， 所以與其共存的含水鹽相最多只能有一種 。 2） 同理 ， 在恒定溫度下 ， f * = C ? ? +1 = 3 ? ? 最多有三相 ， 所以定溫下與水蒸汽平衡共存的含水鹽最多可有兩種 。 2. 說明下列平衡體系的自由度 1） 25?C 和 1 atm 下 ， 固體 NaCl 與其水溶液成平衡 。 答： C = 2， ? = 2（ 固相 、 溶液相 ） f ** = C ? ? + 0 = 2 ? 2 + 0 = 0 ? 即一定溫度 、 壓力下 ， NaCl 在水中的飽和溶液濃度為定值 。 ? 若問 25?C 和 1atm 下 NaCl 水溶液的自由度？ 答： ? =1， f ** = C ? ? + 0 = 2 ? 1 = 1 ? 即一定溫度 、 壓力下 ， NaCl 溶液的濃度在一定范圍內(nèi)可變化 。 2） I2（ s） 與 I2（ g） 成平衡： 答： C =1， ? = 2, f = C ? ? + 2 = 1 ? 2 + 2 = 1 ? I2（ s） 與 I2（ g） 達成平衡時 ， 溫度和壓力只有一個可變 ， 一旦溫度確定 ， 蒸氣壓也就確定；反之亦然 。 3）若初始為任意量的 HCl (g) 和 NH3 (g) ， 在反應 HCl (g) + NH3 (g) ? NH4Cl (s) 達到平衡時。 答： C = 2 （ S = 3, R = 1, C = 3 ? 1 = 2） ? = 2 ∴ f = C ? ? +2 = 2 ? 2 + 2 = 2 ? 即：一旦溫度和壓力確定 ， 平衡體系中各組分的濃度就確定了 。 ∵ 一旦溫度、壓力確定 ,P = PNH3 + PHCl 確定 由 PHCl ?P NH3 = 1/ KP（ 平衡常數(shù) ） ? PHCl , PNH3 也確定了 。 (1) 僅由 CaCO3(s)部分分解，建立如下反應平衡： CaCO3 (s) = CaO(s)+CO2(g) (2) 由任意量的 CaCO3 (s) 、 CaO (s)、 CO2 (g)建立如下反應平衡： CaCO3 (s) = CaO(s)+CO2(g) 試求 (1) 、 (2)兩種情況下，系統(tǒng)的 組分（獨立）數(shù) C=？自由度數(shù) f =? 解： (1) C = S R R39。 = (2) C = S R R39。 = 3 1 0 = 2 f = C ? + 2 = 2 3 + 2 = 1 3 1 0 = 2 f = C ? + 2 = 2 3 + 2 = 1 ４ 、 僅由 NaHCO3(s)部分分解，建立如下反應平衡： 2NaHCO3 (s) = Na２ CO3(s)+CO2(g) + H2 O (g) 試求系統(tǒng)的 組分（獨立）數(shù) C = ？自由度數(shù) f = ? 解： C = S R R‘＝ 4 1 1 = 2 f = C ? + 2= 2 3 + 2 = 1 解： 2 NH4HS(s) 與任意量的 NH3(g)及 H2S(g) 達平衡時， 系統(tǒng)的自由度數(shù)是 _______。 單組分系統(tǒng)的相平衡熱力學 2?f 雙變量系統(tǒng) 1?f 單變量系統(tǒng) 0?f 無變量系統(tǒng) 單組分系統(tǒng)的自由度最多為 2， 雙變量系統(tǒng)的相圖可用平面圖表示。 單組分系統(tǒng)的相數(shù)與自由度 單相 當 ? = 1 兩相平衡 當 ? = 2 三相共存 當 ? = 3 C=1 f = 3 ? 在一定溫度和壓力下，任何純物質(zhì)達到兩相平衡時，在兩相中 Gibbs自由能相等 12GG?單組分系統(tǒng)的兩相平衡 —— Clapeyron方程 12ddGG? 若溫度改變 dT，則壓力改變 dp，達新的平衡時 1 1 2 2d d d dS T V p S T V p? ? ? ? ? 根據(jù)熱力學基本公式，有 2121ddSSVHT T VVp ??????單組分系統(tǒng)的兩相平衡 —— Clapeyron方程 這就是 Clapeyron方程，可應用于任何純物質(zhì)的兩相平衡系統(tǒng)。 ddpHT T V??? 設有 1 mol物質(zhì)，則氣 液、固 液和氣 固平衡的 Clapeyron方程分別為 v a p mv a p mddHpT T V???f u s mf u s mddHpT T V???s u b ms u b mddHpT T
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