【正文】 + C ( s )BAtxB0 20 40 60 80 100 4 004080120160OS239。 S3L 39。L S2S1l + N a C l 2 H2O( s ) + N a C l ( s )H2O( s ) + ll + N a C l 2 H2O( s )H2O( s ) + N a C l 2 H2O( s )H2O( s ) + l + N a C l 2 H2O( s ) N a C l 2 H2O( s ) + N a C l ( s )l + N a C l ( s )lGN a C lN a C l 2 H2OH2Ot / ℃% （質(zhì)量） (d) 形成穩(wěn)定的化合物 (e) 形成不穩(wěn)定的化合物 圖 64 二組分液固系統(tǒng)的典型相圖 從上可知，只要知道氣 液系統(tǒng)或液 固系統(tǒng)的相圖特征，便可知道另一系統(tǒng)的相圖特征。 (3)雙組分系統(tǒng)的相圖在恒溫或恒壓下得到，故相律 F=CP+1。 單相區(qū)： P=1， F=CP+1=21+1=2 兩相區(qū)： P=2， F=CP+1=22+1=1 三相線： P=3， F=CP+1=23+1=0，為無變量系 統(tǒng)。 杠桿規(guī)則 在任意的兩相平衡區(qū)，如圖 65。某系統(tǒng)中物質(zhì)的總量為 n，組成為 xo，在某一溫度下達(dá)到兩相平衡，其對(duì)應(yīng)的左右相態(tài)物質(zhì)的量分別為 nL、 nR，組成分別為 xL、 xR，則有 OLROxx xxnn LO ORRL ???? 或 ROnOLn RL ??? — 杠桿規(guī)則 n L n Rx Rx O x L ROLBAtx B ( 或 m B ) 圖 65 杠桿規(guī)則示意圖 葛華才編 . 華南理工大學(xué)本科《物理化學(xué)》課程考試復(fù)習(xí)提綱 . 18 若橫坐標(biāo)為質(zhì)量百分?jǐn)?shù) w，則杠桿規(guī)則可改寫為 ROmOLm RL ??? 利用杠桿規(guī)則，加上式 nnn RL ?? 或 mmm RL ?? ，即可計(jì)算出平衡時(shí) 兩個(gè)相態(tài)分布的量。 復(fù)雜相圖分析： 對(duì)二組分系統(tǒng)的 px 或 tx 圖進(jìn)行總結(jié)分析 (1) 區(qū)域相態(tài)的確定 對(duì)于單組分區(qū)域的相態(tài)，高溫或低壓區(qū)為氣態(tài)或液態(tài)，低溫區(qū)或高壓區(qū)為液態(tài)或固溶體。若有多個(gè)固溶體，可依次按 ?、 ?、 ?、 ?命名。 對(duì)于兩相平衡區(qū)，相態(tài)由左右鄰單相區(qū)或單相線對(duì)應(yīng)的相態(tài)組成。 對(duì)于三相線，其相態(tài)由左右鄰單相區(qū)或單相線和上鄰區(qū)域?qū)?yīng)的相態(tài)組成。 (2)區(qū)域相數(shù)的確定 單相 (單組分 )線：垂直于組成軸的線。若在相圖中間，是化合物的組成線。 單相區(qū)特征：若左鄰或右鄰之一涉及兩個(gè) 或以上的區(qū)域，或者從區(qū)域的最低處 (與組成軸平行的線段不考慮 )沿著區(qū)域邊界線往最高處移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)折點(diǎn) (邊界線不連續(xù) )，則這區(qū)域一定是單相區(qū)。例如圖 510(a)的區(qū)域 II， F 經(jīng) E 點(diǎn)到 G 點(diǎn)，從溫度的最低處到最高處，出現(xiàn)折點(diǎn)E，故為單相區(qū)。單相區(qū)的形狀一般是不規(guī)則的三邊形 (邊可以是連續(xù)的曲線 )或不規(guī)則的四邊形 或超過四邊的多邊形 。 兩相區(qū)特征：若左鄰和右鄰僅涉及一個(gè)單相區(qū)域或一條單組分 (單相 )線，也就是說左鄰和右鄰僅是一條連續(xù)的直線或曲線邊時(shí)，則這區(qū)域一定是兩相區(qū)。兩相區(qū)的形狀一般是橫向平行的四邊形 ( )、 水平三邊形 、二邊形 、 或連續(xù)的封閉曲線 。 三相線：在相區(qū)中平行于組成軸的直線。 NLC三相線 H I J ( C ( s ) + l + B ( s )) V I I C ( s ) + B ( s ) V I l + B ( s ) V l + C ( s ) KJIH I I I? + l三相線 E O D ( ? + l + C ( s ))DEGFOIlII? I V ? + C ( s )BAtxB三相線 L G Nl1+ C ( s ) + l2NL M Vl1 + l2C三相線 H I J C ( s ) + l + B ( s ) V I I I C ( s ) + B ( s ) V I I l + B ( s ) V IC ( s ) + lKJIH I I I l + C ( s )三相線 E O D A ( s ) + l + C ( s )DEGFOI l I I A ( s ) + l I VA ( s ) + C ( s )BAtxB (a) (b) 圖 66 二組分凝聚系統(tǒng)統(tǒng)的溫度 組成圖 葛華才編 . 華南理工大學(xué)本科《物理化學(xué)》課程考試復(fù)習(xí)提綱 . 19 7．步冷曲線 (或稱冷卻曲線 )的繪制 步冷曲線即系統(tǒng)加熱到高溫后讓其冷卻得到的系統(tǒng)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線。系統(tǒng)冷卻過程中，無相變時(shí)，出現(xiàn)連續(xù)下降的平滑曲線，但低溫區(qū)的斜率稍小些；出現(xiàn)相變時(shí)，因有熱效應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)折點(diǎn)，曲線斜率變??；若出現(xiàn)自由度為 0 的相變，曲線變水平，斜率為 0。 三、典型題： 給出一些相變點(diǎn)畫相圖，用相律分析相圖，用杠桿原理分析組成，畫冷卻曲線。 例 1(2022 年題 )： (NH4)2SO4－ H2O 所組成的二組分系統(tǒng)，在－ ℃ 時(shí)有一個(gè)低共熔點(diǎn)，此時(shí)冰、 (NH4)2SO4(s)和濃度為 ％ (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同 )的 (NH4)2SO4 水溶液平衡共存。在 ℃ 時(shí) (NH4)2SO4飽和溶液 (濃度為 ％ )沸騰。 (1) 試?yán)L出相圖示意圖。 (2) 分析各組分存在的相平衡。 (3) 含 30％的 (NH4)2SO4 水溶液冷卻能否得到純固體 (NH4)2SO4？若不能，如何得 到純固體 (NH4)2SO4？ (4) 1kg 含 ％的 (NH4)2SO4 水溶液在何溫度下能得到最多的純固體 (NH4)2SO4， 計(jì)算出最多能得到的 (NH4)2SO4的量。 (共 12 分 ) 解： (1) 相圖和各相組成如下 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 0020406080100120SRH2O ( N H 4 ) 2 SO 4M NPLQ溶液 + ( NH 4 ) 2 SO 4 (s)冰 + ( NH 4 ) 2 SO 4 (s)冰 + 溶 液水蒸氣 + ( NH 4 ) 2 SO 4 (s)溶液t / ℃ %(質(zhì)量) (3) 不能?？赏ㄟ^加熱蒸發(fā)使硫酸銨的濃度增大至超過 %(或 %)即可 . (4) 冷卻到接近－ ℃ 時(shí)能得到最多的純固體。設(shè)固體量為 Ws，利用杠桿規(guī)則則有， (－ )(1kg－ Ws)= (100－ )Ws Ws= 例 2(2022 年題 )： 對(duì) MnOFeO 二組分系統(tǒng)，已知 MnO 和 FeO 的熔點(diǎn)分別為 1785℃ 和1370℃ ；在 1430℃ 時(shí)，含有 40％和 70％ FeO(質(zhì)量％ )兩固溶體間發(fā)生轉(zhuǎn)熔變化，與其平衡的液相組成為 85％ FeO；在 1200℃ ，兩個(gè)固溶體的組成為 36％ FeO 和 74％ FeO。 葛華才編 . 華南理工大學(xué)本科《物理化學(xué)》課程考試復(fù)習(xí)提綱 . 20 (1) 試?yán)L制出該系統(tǒng)的相圖； (2) 指出個(gè)區(qū)域和三相線對(duì)應(yīng)的相態(tài)和自由度； (3) 當(dāng)一含 74％ FeO 的二相組分系統(tǒng)，由 1650℃ 緩慢冷至 1100℃ 時(shí)，作出冷卻曲線，簡(jiǎn)述其相態(tài)的變化。 (4) 當(dāng)一含 74％ FeO 的二 相組分系統(tǒng)，由 1650℃ 緩慢冷至無限接近 1430℃ ，試分析此時(shí)各相的組成和質(zhì)量。假設(shè)系統(tǒng)的總質(zhì)量為 1kg。 (12 分 ) 解： (1) 系統(tǒng)相圖如下 1200130014001500160017001800DBAfedcbaVIVVIIIIIIIIM nO F eO% F e O ( 質(zhì)量 )t/℃ 圖 MnOFeO 系統(tǒng)的液 固恒壓相圖和 a 點(diǎn)的步冷曲線 (2) 各區(qū)相態(tài)： I：固溶體 ? II：固溶體 ?+固溶體 ? III：固溶體 ? IV：溶液 + 固溶體 ? V：溶液 +固溶體 ? VI：溶液 三相線 ABD：固溶體 ? + 固溶體 ? + 溶液 自由度 F=C+1P=3P： 單相區(qū) P=1， F=2；兩相區(qū) P=2， F=1；三相線 P=3， F=0 (2) 由相圖可看出相態(tài)變化如下： 1650℃ ?? ?? 溶液 1508℃ (溶液 + 固溶體 ?) ???? ?? 兩相平衡 1430℃ (固溶體 ? + 溶液 + 固溶體 ?) ??????? ?? ? ?固溶體溶液 1410℃ (溶液 +固溶體?) ???? ?? ?固溶體 1290℃ ???????? ?? ? ?? 固溶體固溶體 1100℃ (固溶體 ? +固溶體 ?) (4) 當(dāng)一含 74% FeO 的二組分系統(tǒng)，由 1650℃ 緩慢冷至無限接近 1430℃ ,存在固溶體 a 和溶液兩相，其組成分別接近 40%和 85% FeO，設(shè)其質(zhì)量分別為 Ms,Ml,根據(jù)杠桿規(guī)則，則有 MsAC=MlCD 即 Ms()=Ml() 可得 Ms=1kg / = Ml=1kg Ms =1kg = 葛華才編 . 華南理工大學(xué)本科《物理化學(xué)》課程考試復(fù)習(xí)提綱 . 21 其中固溶體含 FeO ： M s== MnO: = 其中溶液含 FeO ： Ml== MnO: = 返回