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,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,*,上一内容,下一内容,回主目录,返回,物理化学,BI,第五章,2024/11/27,5.3,二元凝聚系相图,教学基本要求及教学目标,1.了解二组分相图的绘制。,2.掌握二组分相图的阅读。包括：明确点、线、区的含义；区分物系点及相点；区分系统的总组成及相组成；会计算相图中各相区的条件自由度；会描述系统条件改变时系统状态的变化情况（例如用步冷曲线表述这种变化）。,3.了解二组分相图的应用。,2024/11/27,5.3.1,二组元在液态下部分互溶类型,例如,：,H,2,C,6,H,5,H，H,2,C,6,H,5,NH,2,，H,2,C,4,H,9,H(,正丁醇或异丁醇)等系统,。,以,H,2,C,6,H,5,H,二元系为例。,2024/11/27,5.3.1.1,作图（溶解度法）,不同温度下水与酚的互溶度,2024/11/27,水,-,酚二元相图的绘制,窝,头,型,2024/11/27,5.3.1.2,相图分析,（1）几何结构：点、线、区的含义。,（2）相态变化。,点：,在,T,0,时，两层的组成分别为,A,和,B，,称为,共轭层,（,conjugate layers,），,A,和,B,称为,共轭相相点,。,AB,线称为等温连,结线,（,tie line,）。,2024/11/27,相点与物系点,相点,一定温度，压力下代表某一相组成的点称为相点。,物系点,（体系点）一定温度，压力下代表体系总组成的点称为物系点。,在单相区，物系点与相点重合；在两相区，物系点和相点不重合，物系点只表示体系总组成，两个相的组成由对应的相点表示。,2024/11/27,水-苯酚系统溶解度图,线：,（,1）溶解度曲线；,（2）共轭相相点曲线；,（3）相变曲线。,区：帽形区外，溶液为单一液相，帽形区内，溶液分为两相。,点：会溶点,D，T,D,为会溶温度。,D,会溶温度的高低反映了一对液体间的互溶能力，可以用来选择合适的萃取剂。,2024/11/27,5.3.1.3,两相平衡时相量的确定,设：,T,O,时物系点,O,的质量,W,，,组成,为,X,；,相,点：,A,：,W,A,，,X,A,B,：,W,B,，,X,B,-杠杆规则,（,Lever rule）,2024/11/27,W=W,A,+W,B,XW=X,A,W,A,+X,B,W,B,X,（,W,A,+W,B,）,=X,A,W,A,+X,B,W,B,W,A,（,X-X,A,）,=W,B,（,X,B,-X,）,即：,W,A,OA=W,B,OB,杠杆规则,由质量守恒原理：,2024/11/27,杠杆规则,说明：,a,）,即力学中的杠杆原理：,即以物系点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算液相和气相的物质的量或质量。,b,）,只适用于两相平衡,X,：,摩尔分数或质量百分数,W,：,总摩尔数或总质量,由合比定理得：,2024/11/27,例题,p,、30,时，有100,g,由60%,H,2,O,及40%,ArOH,（,质量百分数）所组成的液体混合物，平衡时分成上下两层。,ArOH,层中含有,H,2,O 30%，H,2,O,层中含有8%的,ArOH,，,试求两层的质量分别为多少?,2024/11/27,5.3.1.4,具有最高会溶温度类型,B,点温度称为最高临界会溶温度,（,critical,consolute,temperature,）。,温度高于 ，水和苯胺可完全互溶。,2024/11/27,在 温度（约为,291.2,K,）,以下，两者可按任意比例互溶，升高温度，互溶度下降，出现分层。,5.3.1.5,具有最低会溶温度类型,水-三乙基胺的溶解度图如图所示。,以下是单一液相区，以上是两相区。,2024/11/27,5.3.1.6,同时具有最高最低会溶温度类型,如图所示是水和烟碱的溶解度图。,在最低会溶温度 (约,334,K),以下和在最高会溶温度 (约,481,K),以上，两液体可完全互溶，而在这两个温度之间只能部分互溶。,形成一个完全封闭的溶度曲线，曲线之内是两相区。,2024/11/27,5.3.1.7,不具有会溶温度类型,乙醚与水组成的双液系，在它们能以液相存在的温度区间内，一直是彼此部分互溶，不具有会溶温度。,2024/11/27,5,.3.2,二组元在液态完全互溶、固态完全不溶,又称,简单共晶型,有机化合物体系：苯(,A）-,萘(,B)，,联苯(,A)-,联苯醚(,B)，,邻硝基苯酚(,A)-,对硝基苯酚(,B),等；,无机盐或金属相图：,C,l(A,)-,gCl(B)，Bi(A)-Cd(B)，Sb(A)-Pb(B)，Si(A)-Al(B,),等系统。,以,Bi-,Cd,二元系为例。,-生成最低共熔混合物类型,2024/11/27,5.3.2.1,作图（热分析法）,热分析法是绘制熔点组成图的最常用的实验方法。,原理：,常压,P,下，将样品加热熔化，再令其自行冷却，记录不同时间,t,的温度,T,的变化即,T-t,步冷曲线。,将两个组分配制成不同的混合物(包括两个纯组分)，测得一系列步冷曲线，拐点和平台的温度,T,，,标在,T-X,图上，相点连线绘制出相图。,2024/11/27,具体实验步骤,（1）,配料,：将二组分按不同比例放在硬质试管中,（2）,熔融,：将试管放入炉中加热熔融；,（3）,冷却,：将试管拿出，放入保温套中慢慢冷却，同时测定温度与时间的关系，做,T-t,关系图（叫,步冷曲线,）。,（4）,据步冷曲线画出相图,。,2024/11/27,配制合金,编号 含,Cd,/(%w),1 0,2 20,3 40,4 70,5 100,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,1.,首先标出纯,Bi,和纯,Cd,的熔点,将,100,Bi,的试管加热熔化，记录步冷曲线，如,a,所示。在,546,K,时出现水平线段，这时有,Bi(s),出现，凝固热抵消了自然散热，体系温度不变，,同理，在步冷曲线,e,上，,596,K,是纯,Cd,的熔点。分别标在,T-x,图上。,这时条件自由度,f,*,=C+1-=1+1-2=0。,当熔液全部凝固，,=1，f,*,=1,温度继续下降。所以546,K,是,Bi,的熔点。,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,2,作含,20,Cd,，,70,Cd,的步冷曲线,。,将混合物加热熔化，记录步冷曲线如,b,所示。在,C,点，曲线发生转折，有,Bi(s),析出，降温速度变慢；,至,D,点，,Cd(s,),也开始析出，温度不变；,f,*,=K+1-=2+1-2=1,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,2,作含,20,Cd,，,70,Cd,的步冷曲线,。,至,D,点，熔液全部凝结为,Bi(s),和,Cd(s,)，,温度又开始下降；,含,70,Cd,的步冷曲线,d,情况类似，只是转折点,F,处先析出,Cd(s,)。,将转折点分别标在,T-x,图上。,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,3,作含,40,Cd,的步冷曲线,将含,40,Cd，60,Bi,的体系加热熔化，记录步冷曲线如,C,所示。开始，温度下降均匀，到达,E,点时，,Bi(s)，Cd(s,),同时析出，出现水平线段。,当熔液全部凝固，温度又继续下降，,将,E,点标在,T-x,图上。,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,4,完成,Bi-,Cd,T-x,相图,将,A,C,E,点连接，得到,Bi(s),与熔液两相共存的液相组成线；,将,H,F,E,点连接，得到,Cd(s,),与熔液两相共存的液相组成线；,将,D,E,G,点连接，得到,Bi(s),Cd(s,),与熔液共存的三相线；熔液的组成由,E,点表示。,这样就得到了,Bi-,Cd,的,T-x,图,。,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,2024/11/27,Cd,-Bi,二元相图的绘制,羊,角,型,2024/11/27,
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