相律计算是相平衡教学的重要内容，本文拟结合具体实例, 介绍相律计算的相关知识点，供参考.

1. 相图与相律

   相图是指当温度、压强或组成等强度性质改变时，多相物系状态点（主要指物系点与相点）变化的图形.

      相律是指多相物系中，相数(P)、自由度(F)与组分数(C)的定量关系；相律通式可表示为：

       F=C-P+2     （1）

      式（1）中自由度“F“表示在维系组分数及相数不变的前提下，能独立改变的多相物系强度性质（温度、

压强及浓度）的最大数目。

      式（1）中组分数”C“可通过下式计算：

      C=S-R-R'    （2）

      式（2）中S代表物种数；R代表独立反应数；R'代表浓度限制条件.

   2.相律计算例题

    [例1].将Ag₂O(s)放在一抽空的容器内，使之分解得到Ag(s)与O₂(g)，并实现平衡，试计算该物系的组分数C、相数P及自由度F.

      析：物系存在独立反应为：Ag₂O(s)=2Ag(s)+1/2O₂(g)

             抽空容器内浓度限制条件：R'=气相生成物数目-1

      解：依题S=3，R=1，R'=1-1=0

             则：C=S-R-R'=3-1-0=2     

             另：P=3

       备注：Ag₂O(s)、Ag(s)及O₂(g)，两个固相，一个气相，P=2+1=3.

             由上可得自由度：F=C-P+2=2-3+2=1

    [例2].现将一定量N₂(g)与H₂(g)放入一容器内，发生N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)反应，并建立平衡，试计算该物系的组分数C、相数P及自由度F.

        解：依题S=3，R=1，R'=0

               则：C=S-R-R'=3-1-0=2     

               另：P=1

       备注：无论气体包含多少组分，P≡1.

               由上可得自由度：F=C-P+2=2-1+2=3

    [例3].将NH₄HCO₃(s)放在一抽空的容器内，使之分解得到NH₃(g)、H₂O(g)与CO₂(g)，400K时建立平衡，试计算该物系的组分数C、相数P及自由度F.

      析：物系存在独立反应为：NH₄HCO₃(s)=NH₃(g)+H₂O(g)+CO₂(g)

             抽空容器内浓度限制条件：R'=气相生成物数目-1

     解：依题S=4，R=1，R'=3-1=2

             则：C=S-R-R'=4-1-2=1     

             另：P=2

             由上可得自由度：F=C-P+1=1-2+1=0

备注：NH₄HCO₃(s)、NH₃(g)、H₂O(g)与CO₂(g)，一个固相，一个气相，P=1+1=2；温度400K恒定，相律通式改写为：F=C-P+1

   [例4].已知Na₂CO₃(s)与H₂O(l)可以形成Na₂CO₃·H₂O(s)、Na₂CO₃·7H₂O(s)与Na₂CO₃·10H₂O(s)等多种Na₂CO₃水合物，问在100kPa下，与水溶液及H₂O(s)平衡共存的Na₂CO₃水合物最多有几种？

    设平衡共存的Na₂CO₃水合物有x种，则该物系存在x个独立反应，诸如：

     Na₂CO₃(s)+H₂O(l)=Na₂CO₃·H₂O(s)

     Na₂CO₃(s)+7H₂O(l)=Na₂CO₃·7H₂O(s)

     Na₂CO₃(s)+10H₂O(l)=Na₂CO₃·10H₂O(s)

     ……

     依题S=2+x，R=x，R'=0

     则：C=S-R-R'=2+x-x-0=2     

            F=C-P+1=2-P+1=3-P

    备注：p=100kPa恒定，相律通式改写为：F=C-P+1

      由于F_min=0，P_max=3

     物系已有H₂O(s)与水溶液两相，因此包含Na₂CO₃水合物最多为一种^[1].

 3.结论

  ⑴相图是指当温度、压强或组成等强度性质改变时，多相物系状态点（主要指物系点与相点）变化的图形；

  ⑵自由度“F“表示在维系组分数及相数不变的前提下，能独立改变的多相物系强度性质（温度、

压强及浓度）的最大数目。

参考文献

[1]武汉科技大学物理化学教研室. 物理化学习题册（一），2021,9：38.