水盐体系相图及其应用第三章三元水盐体系相图课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 三元水盐体系相图,第三章 三元水盐体系相图,1,第一节 三元体系相图的组成表示方法及基本规则,由具有共同离子的两种盐和水构成的体系。,简单三元水盐体系：,复杂三元水盐体系：,不具有共同离子的两种盐和水构成的体系，或是盐和水生成了结晶水复盐以及两种盐结合形成了新的复盐的体系，情况较为复杂，我们称这样的体系为复杂三元水盐体系。,特殊三元水盐体系：,构成体系的不是两种盐而是一种碱性物和一种酸性物，如重过磷酸钙的生产，在不考虑磷石中的杂质时，可表示为：体系，碳酸氢铵体系可表示为；体系。,第一节 三元体系相图的组成表示方法及基本规则 由具有共同离子,2,一、三组分系统相图,当f=3时，这三个独立的强度变量分别是,T,及两种盐的组成。需用三维坐标才能表达该体系的相图。三个坐标轴分别是,T,及两种盐的组成，构成立体相图，但立体相图对我们考虑问题及处理相图都比较麻烦。因此我们通常固定,T,，讨论其余两个变量之间的关系，于是可用平面坐标图描述相图（恒温相图）。（,等边三角形,、,直角三角形,或,直,角坐标图,）,。,对三组分系统，由相律,:,f,=3,P,1=4,P,1,P,4，,0,f,3,一、三组分系统相图 当f=3时，这三个独立的强度变量分,3,投影平面图,A,C,e,1,e,2,e,3,E,A,B,C,B,缺点：难以表达清楚,解决办法：,1.投影平面图,2.等温截面图,投影平面图ACe1e2e3EABCB缺点：难以表达清楚,4,如图所示,设三组分体系由A,、,B,、,C 三种物质组成.,三角坐标图用以下方法表示体系的组成.,(1)三个顶点分别表示三个纯组分,即单组分单相体系.,三条边分别表示三个二组分体系,边上的每一点可表,示出该二组分体系的组成.,三角形内部如何一点代表一个三组分,体系.其组成按如下方法确定.以,m,点为例:,过,m,点作AC,、,AB的平行线,m,G,、,m,D,分,别交于第三边BC的G,、D,两点,则,m,点组成,为:BD线长度为C的含量;CG线长度为B的,含量;DG线长度即为顶点组分A的含量.从,图中可直接读出:40%的C,40%的B,20%,的A.(沿逆时针方向表示各组分含量),二、等边三角形表示法,如图所示,设三组分体系由A、B、C 三种物质组成.二、,5,证明如下,.由图可见,线段,m,F=GC(平行四,边形的两条对应边相,等),线段 E,m,=BD,(等腰梯形的两腰相,等),线段 D,m,=DG,(,ABC,相似于,m,DG,而,ABC,为全等三角形,m,DG,也为全等三角形,全等三角形的三条边相等,)，所以有:,线段 D,m,+,m,F+,m,E=BC边=AB边=AC边=100%.,确定,P,点的组成为:,20%的C,20%的B,60%的A.,证明如下.由图可见,6,bb/BC，bb上含A%均等。,三、等边三角形规则,1.,等含量规则,：一组体系点同在平行于三角形某一边的平行线上，则该组体系点所含该平行线对应的顶点组成的含量相同。,B,C,A,b,b,P,Q,R,bb/BC，bb上含A%均等。三、等边三角形规则1.,7,2.定比规则,凡位于通过顶点(A)的任一直线上的体系，其中顶点代表的组元含量不同，其余两组元(B和C)的,含量比,相同，即：,B,C,A,a,P,Q,R,2.定比规则BCAaPQR,8,3.背向规则,从一个三元体系中不断取走某一组元，那么该体系的组成点将沿着原组成点与代表被取走组元的顶点的连线向着背离该顶点的方向移动,B,C,A,P,3.背向规则BCAP,9,4.联线规则：新体系点必落在原体系点连线上，该点至原体系点的距离和该体系点的量成反比。,B,C,A,M,O,N,杠杆规则,：由两个三元体系(,M,和,N,)混合得到的新三元体系点(,O,)一定在,M,和,N,的连线上，且满足杠杆规则：,4.联线规则：新体系点必落在原体系点连线上，该点至原体系,10,5重心规则：直线规则的延伸：,由三个三元体系(,O,、,M,和,N,)混合得到的新三元体系点(,H,)是,MON,的质量重心。,H点位于,MON,的物理质心处；,B,C,A,M,O,N,G,H,5重心规则：直线规则的延伸：由三个三元体系(O、M和N)混,11,6.三元水盐体系相图中点、线、面的意义及自由度,A(H,2,O),C,B,D,F,E,L,L+B,L+C,B+C,ADEF不饱和区；f=3-1=2,BDE为B的单独结晶区；f=3-2=1,CEF为C的单独结晶区;f=3-2=1,BCE为B和C的共晶区；f=3-3=0,DE为B的溶解度曲线；f=3-2=1,CE为C的溶解度曲线；f=3-2=1,E点为三相点；f=3-3=0,BE和CE为三相线；f=3-3=0,6.三元水盐体系相图中点、线、面的意义及自由度A(H2O)C,12,等边三角形表示法的确方便，唯一的缺点是必须有专用的正三角形坐标纸。,因此我们有必要介绍等腰直角三角形表示法，,这种坐标的读数方法和正三角形法相同。由于直角等腰三角形有斜边，其刻度和直角边上不同，因此，读数时可只读直角边上的刻度；这种坐标可以直接在直角坐标纸上标绘，十分方便，面且对于近水点处的图形适当地放大。系统M(M点)含B30含A为50，水则自然为20。,三、等腰直角三角形,W,A,B,M,M,1,M,2,20,50,30,（H2O）,b,a,等边三角形表示法的确方便，唯一的缺点是必须,13,W,A,B,E,（H,2,O）,b,a,等腰直角三角形表示法中点、线、面的意义及自由度,WABE（H2O）ba等腰直角三角形表示法中点、线、面的意义,14,四、直角坐标表示法,E,四、直角坐标表示法E,15,五、各种表示法的关系,五、各种表示法的关系,16,a,b,A,B,C,(H,2,O),E,m,m,1,m,2,m,3,m,4,m,5,s,l,第二节 简单三元水盐相图的等温蒸发分析,体系点 液相点 固相点,m,m,1,m,m,1,m,1,m,1,B,m,1,m,2,m,1,E,B,m,3,E A,B，,m,3,m,4,E,A,B，,m,5,A,B，,液相蒸发,开始析出B盐,同时析出A+B盐,水完全蒸发，只剩下A盐+B盐,开始析出A盐,析出B盐,一、等边三角形中的等温蒸发分析,abABC(H2O)Emm1m2m3m4m5sl第二节 简单,17,应用此类相图可判断怎样可得固体纯盐?,如有B和C固体盐的混合物,问能否通过加水使之部分溶解的方法从其中获取一种纯盐固体,能得到哪一种纯盐固体?可从相图加以讨论.,(1)稀释法分离提纯盐,设起始物系点为,a,向其中加水,体系的组成沿,a,A线向A方向移动.物系点在BFC区时,体系三相平衡共存.到达,b,点时,C全部溶完,剩下B固体与溶液F共存,过滤可得纯B固体盐.由图知,混合盐的总组成在B,与M之间,加水可得纯B固体盐;在M与C之间时加水得纯C固体盐.若正好在M点,则加水不能得纯盐,因为B与C同时溶完.,应用此类相图可判断怎样可得固体纯盐?,18,(2)蒸发法分离提纯盐,与稀释法相反.先有一不饱和溶液,通过等温蒸发也可得到一种纯盐.如图所示,物系点在AF之左,等温蒸发去水可得纯B固体;在AF之右,可得纯C;若刚好落在AF线上,则B与C同时析出.,(3)加盐法,开始有一不饱和溶液,物系点在AF之左,现欲得到纯固体C,可在此不饱和溶液中加C盐,待C溶解后仍为不饱和溶液,但物系点已移至AF之右,用蒸发法即可得纯固体C.欲得C的量最多,物系点要尽量靠近AC线，且靠近C点.同样,欲 得最大量的固体B,物系点也要尽量靠近AB线及B点.,(2)蒸发法分离提纯盐,19,W,A,B,E,b,a,m,m,1,m,2,m,3,m,4,m,5,l,s,二、等腰直角三角形中的等温蒸发分析,WABEbamm1m2m3m4m5ls二、等腰直角三角形中的,20,B,W,A,b,a,p,p,1,p,2,p,3,E,m,三、直角坐标系中的等温蒸发分析,BWAbapp1p2p3Em三、直角坐标系中的等温蒸发分析,21,B,A,C,e,3,e,2,e,1,e,b,c,a,E,3,E,2,E,1,E,第三节 简单三元水盐相图的立体图,一、点、线、面物理意义及自由度,A、B、C分别为三个纯组分；,f,=0,ABC为立体图在底面的投影，属于等温相图；纵轴代表温度；,a，b，c分别为A、B、C的熔点；,f,=0,三个侧面为二元体系相图；,ae,3,曲线为A中B的含量增加时A的熔点变化曲线；be,3,则相反；ae,2,和be,1,分别为A和B的溶解度曲线；,f,=2-2+1=1,ce,1,和ce,2,为水的冰点曲线；,f,=1,e,1,和 e,2,分别为BC和AC二元水盐体系的三相点；e,3,为AB的共熔点；,f,=2-3+1=0,ee,1,、ee,2,、ee,3,分别为BC、AC、AB的共饱和线；,f,=3-3+1=1,e为ABC共饱和点；,f,=3-4+1=0,a e,2,ee,3,为A的饱和面;,f,=3-2+1=2,BACe3e2e1ebcaE3E2E1E第三节 简单三元水盐,22,B,A,C,e,3,e,2,e,1,e,c,b,a,二、体（区域）的物理意义及自由度,各曲面以上的区域为不饱和区；,f=3-1+1=3,Cce,1,ee,2,为水的结冰区；Aae,2,ee,3,和Bbe,1,ee,3,分别为A和B的单独结晶区；,f=3-2+1=2,ACee,2,、ABee,3,和BCee,1,分别为AC、AB和BC共晶区；,f=3-3+1=1,ABCe为ABC共晶区；,f=3-4+1=0,BACe3e2e1ecba二、体（区域）的物理意义及自由度各,23,三、立体图中的冷却过程,B,A,C,e,3,e,2,e,1,e,c,b,a,m,m,1,m,2,m,3,m,4,s,E,l,mm,1,：,随温度下降，宏观无现象，各盐浓度增加。,m,1,：,与B盐饱和面相交，B盐开始饱和。,m,1,m,2,：,B盐单独析出，固相为B点，液相沿m,1,l移动。,m,2,m,3,：,B、C盐共同析出，固相沿BS移动，液相沿l e移动。,m,2,：,液相,与B、C盐共饱和线相交，C盐开始饱和。,m,3,：,液相到达四相共饱和点e，固相为S点，冰开始析出。,m,3,m,4,：,冰、B、C盐共同析出，固相沿S m,4,移动，液相在 e点。,m,3,：,水分完全蒸干。,三、立体图中的冷却过程BACe3e2e1ecbamm1m2m,24,B,A,C,e,3,e,2,e,1,e,b,c,a,T,3,T,2,T,1,C,A,B,T,1,T,2,T,3,四、等温面切割立体图,BACe3e2e1ebcaT3T2T1CABT1T2T3四、,25,第四节 简单三元水盐相图的多温平面图,一、多温平面相图,A(H,2,O),C,B,D,F,E,D,F,E,比较，与等温三元相图的区别与联系，掌握图中点线面的物理意义及自由度的计算。,E,（100）,E,（25）,第四节 简单三元水盐相图的多温平面图一、多温平面相图A(H2,26,C,A,B,a,1,a,2,b,2,b,1,E,1,E,2,N,M,T,1,T,2,L,m,T,1,T,2,二、多温平面相图中的操作分析,盐的提纯：,（1）蒸发（浓缩）法,（2）溶解（稀释）法,（3）变温法,三种方法结合形成循环,图中系统点分别为T,1,温度下的m和E,1,。,E,1,T,1,T,2,过滤A盐,T,2,下等温蒸发至N,T,2,T,1,过滤A盐,T,1,下等温蒸发至M,过滤B盐,剩余溶液重复上述过程继续分离AB两种盐,CABa1a2b2b1E1E2NMT1T2LmT1T2二、,27,钾石盐是天然矿物，含NaCl约70、KCl约30；近年来在我国也有发现。该矿物加水后形成NaClKClH,2,O三元体系。如图所示，在不同温度下，该图中不同盐的相区扩缩明显。经分析选取100制取NaCl，25,时制取KCl。,三、,钾石盐加工的相图原