409.在抽真空的容器中加热固体NH4C1[s],有一部分分解成NH3[g]和HCI[g],当体系建立平衡时,其独立组分数c和自由度数f是[ ]。

这是一道关于物理化学中**相律（Phase Rule）**应用的经典题目。我们需要根据吉布斯相律公式 $f = c - \Phi + 2$ 来确定独立组分数 $c$ 和自由度数 $f$。 ### 1. 确定物种数 ($S$) 体系中存在的化学物种有： 1. $\text{NH}_4\text{Cl}(s)$ 2. $\text{NH}_3(g)$ 3. $\text{HCl}(g)$ 所以，物种数 $S = 3$。 ### 2. 确定独立化学平衡关系数 ($R$) 体系中发生了一个化学反应： $$ \text{NH}_4\text{Cl}(s) \rightleftharpoons \text{NH}_3(g) + \text{HCl}(g) $$ 这是一个独立的化学平衡，因此 $R = 1$。 ### 3. 确定独立浓度限制条件 ($R'$) 这是本题的关键点。 * 题目指出是在**抽真空**的容器中加热固体 $\text{NH}_4\text{Cl}$。 * 这意味着初始时刻容器内没有其他气体。 * $\text{NH}_3$ 和 $\text{HCl}$ 均是由 $\text{NH}_4\text{Cl}$ 分解产生的，且根据化学计量比，生成的 $\text{NH}_3$ 和 $\text{HCl}$ 的物质的量相等。 * 在同一气相中，分压与物质的量成正比，因此存在以下浓度（分压）限制关系： $$ p(\text{NH}_3) = p(\text{HCl}) $$ * 所以，独立浓度限制条件数 $R' = 1$。 ### 4. 计算独立组分数 ($c$) 根据定义公式： $$ c = S - R - R' $$ 代入数值： $$ c = 3 - 1 - 1 = 1 $$ **解释**：虽然体系中有三种物质，但由于存在一个平衡关系和一个固定的比例关系，实际上只需要指定一种物质（例如 $\text{NH}_4\text{Cl}$）的量，整个体系的组成就确定了。或者更直观地理解，该体系可以看作是由纯 $\text{NH}_4\text{Cl}$ 这一种组分构成的。 ### 5. 确定相数 ($\Phi$) 体系中存在的相有： 1. 固相：$\text{NH}_4\text{Cl}(s)$ 2. 气相：$\text{NH}_3(g)$ 和 $\text{HCl}(g)$ 混合在一起形成一个均匀的气相。 所以，相数 $\Phi = 2$。 ### 6. 计算自由度数 ($f$) 根据吉布斯相律公式： $$ f = c - \Phi + 2 $$ 代入数值： $$ f = 1 - 2 + 2 = 1 $$ **物理意义解释**： 自由度 $f=1$ 意味着在平衡状态下，只要确定了一个强度性质（通常是温度 $T$），其他的强度性质（如总压 $P$、各组分分压）也就随之确定了。对于分解反应，平衡常数 $K_p = p(\text{NH}_3) \cdot p(\text{HCl}) = [p(\text{NH}_3)]^2$，而 $K_p$ 仅是温度的函数。因此，温度一定，压力也就一定。 ### 结论 * 独立组分数 $c = 1$ * 自由度数 $f = 1$ 对比选项： A. $c=1, f=1$ B. $c=2, f=2$ C. $c=3, f=3$ D. $c=2, f=1$ 故正确答案为 **A**。