南大物理化學(xué)課件-ch5相律和多相平衡REPORTING目錄相律多相平衡相圖相變過(guò)程總結(jié)與思考題PART01相律REPORTING相律是熱力學(xué)中一個(gè)重要的基本定律，用于描述多相平衡系統(tǒng)中相的數(shù)目和自由度的關(guān)系。它由奧斯特瓦爾德于1887年提出，是熱力學(xué)平衡狀態(tài)理論的基礎(chǔ)之一。相律的定義公式為：F=C-P+2，其中F表示自由度，C表示組元數(shù)，P表示相數(shù)。這個(gè)公式表明，在多相平衡系統(tǒng)中，自由度等于組元數(shù)減去相數(shù)再加上2。相律的定義相律可以用于判斷系統(tǒng)是否處于平衡狀態(tài)。如果一個(gè)系統(tǒng)的相數(shù)和組元數(shù)已知，那么可以通過(guò)相律計(jì)算出自由度，從而判斷系統(tǒng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。相律還可以用于指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)生產(chǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，可以根據(jù)相律預(yù)測(cè)系統(tǒng)在不同條件下的平衡狀態(tài)，從而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。在工業(yè)生產(chǎn)中，相律可以用于指導(dǎo)多相混合物的分離和提純過(guò)程，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。相律的應(yīng)用相律的推導(dǎo)基于熱力學(xué)的基本原理和化學(xué)勢(shì)的概念。通過(guò)分析多相平衡系統(tǒng)中各相的化學(xué)勢(shì)和壓力，可以推導(dǎo)出相律的公式。具體的推導(dǎo)過(guò)程涉及到較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)和物理知識(shí)，需要一定的專(zhuān)業(yè)背景才能理解。相律的推導(dǎo)PART02多相平衡REPORTING0102多相平衡的概念在多相平衡狀態(tài)下，各物相的組成和性質(zhì)保持不變，系統(tǒng)達(dá)到熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)。多相平衡是指在一定的溫度和壓力條件下，兩個(gè)或多個(gè)物相之間達(dá)到的平衡狀態(tài)，各物相之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不發(fā)生相變。

多相平衡的分類(lèi)均相平衡指在一定的溫度和壓力條件下，只有一種物相存在的平衡狀態(tài)，如水蒸氣飽和狀態(tài)。二元系平衡指在一定的溫度和壓力條件下，兩種物相之間達(dá)到的平衡狀態(tài)，如水和蒸汽的平衡。多元系平衡指在一定的溫度和壓力條件下，三種或三種以上物相之間達(dá)到的平衡狀態(tài)，如水、重水和超重水的平衡。在一定的溫度和壓力條件下，水蒸氣和水的平衡狀態(tài)，可以通過(guò)加熱和冷凝的方法實(shí)現(xiàn)水的蒸餾。水的蒸餾石油是一種多組分的混合物，通過(guò)加熱和冷凝的方法，可以將石油分成不同的餾分，各餾分之間達(dá)到平衡狀態(tài)。石油的精餾多相平衡的實(shí)例PART03相圖REPORTING相圖是描述物質(zhì)在壓力、溫度等外界條件變化時(shí)，物相變化（包括相的數(shù)目和組成）的規(guī)律圖。它以溫度和壓力為坐標(biāo)軸，表示物質(zhì)在不同條件下的相態(tài)。相圖是研究物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的重要工具，可以預(yù)測(cè)物質(zhì)在不同條件下的穩(wěn)定相態(tài)。相圖的定義通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，如溶解度、蒸氣壓等。利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算或模擬方法繪制相圖。相圖的繪制需要精確的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的計(jì)算，因此需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)和設(shè)備支持。相圖的繪制方法根據(jù)相圖可以確定不同條件下物質(zhì)的穩(wěn)定相態(tài)，指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)中原料配比、工藝參數(shù)選擇等。指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)相圖可用于研究化石燃料、核能等能源的有效利用，優(yōu)化能源轉(zhuǎn)換和利用過(guò)程。能源利用通過(guò)相圖可以研究新材料的物相組成和性質(zhì)，為新材料研發(fā)提供理論支持。新材料研發(fā)相圖可用于研究污染物在不同條件下的存在形態(tài)和行為，為環(huán)境保護(hù)和治理提供依據(jù)。環(huán)境科學(xué)相圖的應(yīng)用PART04相變過(guò)程REPORTING分為一級(jí)相變和二級(jí)相變。一級(jí)相變有熱容突變，有潛熱；二級(jí)相變無(wú)熱容突變，無(wú)潛熱。分為可逆相變和不可逆相變?？赡嫦嘧兪窃诤銣?、恒壓條件下進(jìn)行的，不可逆相變則是在恒溫條件下進(jìn)行的。相變的分類(lèi)依相變是否可逆依相變溫度熵判據(jù)對(duì)于封閉系統(tǒng)，熵增加原理指出，自發(fā)反應(yīng)總是向著熵增加的方向進(jìn)行，也就是說(shuō)，熵增加原理是判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的準(zhǔn)則。焓判據(jù)對(duì)于封閉系統(tǒng)，焓判據(jù)指出，自發(fā)反應(yīng)總是向著焓減少的方向進(jìn)行。也就是說(shuō)，焓判據(jù)是判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的準(zhǔn)則。相變的熱力學(xué)條件熔化凝固汽化液化相變過(guò)程的實(shí)例01020304物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過(guò)程叫做熔化。例如冰熔化為水。物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程叫做凝固。例如水凝固成冰。物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程叫做汽化。例如水蒸發(fā)成水蒸氣。物質(zhì)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過(guò)程叫做液化。例如水蒸氣液化成水滴。PART05總結(jié)與思考題REPORTING本章重點(diǎn)回顧相律的數(shù)學(xué)表達(dá)明確了相律是描述多相平衡體系中相數(shù)、獨(dú)立組分?jǐn)?shù)和溫度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，為后續(xù)分析多相平衡提供了基礎(chǔ)。相律的應(yīng)用通過(guò)實(shí)例展示了如何應(yīng)用相律來(lái)分析多相平衡體系，包括固溶體、合金、溶液等，強(qiáng)調(diào)了相律在材料科學(xué)和化學(xué)工程中的重要性。多相平衡條件深入探討了多相平衡的條件，即各相之間熱力學(xué)穩(wěn)定性、化學(xué)位相等，并解釋了這些條件對(duì)多相平衡體系的影響。多相平衡的實(shí)驗(yàn)研究方法介紹了實(shí)驗(yàn)研究多相平衡的方法，包括熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，以及如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證和修正相律。思考題1假設(shè)有一組由A、B兩種物質(zhì)組成的體系，在某一溫度下達(dá)到多相平衡。根據(jù)相律，該體系的相數(shù)、獨(dú)立組分?jǐn)?shù)和溫度之間有何關(guān)系？請(qǐng)用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示。思考題3如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究多相平衡體系？請(qǐng)列舉兩種以上實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并說(shuō)明其適用范圍和局限性。思考題4假設(shè)某一多相平衡體系在某一溫度下存在固液兩相平衡，且已知固相和液相的化學(xué)位相等。請(qǐng)分析該體系是否滿(mǎn)足多相平