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三组分相图

三组分相图. 第六节 三组分相图. 三组分体系的相律为 : f = 3 －  +2 = 5 －  (1) 要完全地描述三元体系 , 需要 4 个独立变量 , 要用 4 维空间才能完全描述 , 这在现实世界是无法做到的 . f=0,  max =5, 三元体系 最多可以有 5 相共存. 一般的三元相图 , 固定体系的温度和压力 , 考察体系 组成变化 时 , 相图变化情况 . 此时 , 体系最大自由度 f=2 , 用 平面图 就可描绘相的变化 . 对于凝聚体系 , 压力的影响很小 , 一般可忽略不计 .

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三组分相图

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Presentation Transcript

  1. 三组分相图

  2. 第六节 三组分相图 • 三组分体系的相律为: • f = 3－+2 = 5－ (1) • 要完全地描述三元体系,需要4个独立变量,要用4维空间才能完全描述,这在现实世界是无法做到的. • f=0, max=5, • 三元体系最多可以有5相共存.

  3. 一般的三元相图, 固定体系的温度和压力,考察体系组成变化时,相图变化情况. • 此时, 体系最大自由度f=2, 用平面图就可描绘相的变化. • 对于凝聚体系,压力的影响很小,一般可忽略不计. • 但温度的影响是相当大的.为了表示温度对三元体系相图的影响,可用投影的方法,绘制不同温度下体系的相图.也可借助于3维动画的技术,绘制三维立体相图.

  4. A C％ G E D P A％ B％ C B F 等边三角坐标表示法 顶点A,B,C各点分别代表纯A,纯B和纯C. AB: A,B二元体系的组成; BC: B,C二元体系的组成; AC: A,C二元体系的组成. 物系点距离某顶点愈近,则体系中此组分的含量愈多,物系点距离某顶点愈远,则体系中此组分含量愈少. 设有一物系点P. 过P分别作BC,AB,AC的平行线与三角形 的边相交于D,E,F. BD代表A的含量; AG代表B的含量; GD代表C的含量.

  5. A A%=40% F P E C B 三角坐标的特点 (1) 在与某边平行的任一直线上的各点,与此边相对顶点所代表组分的含量必相同. 如P作BC的平行线EF,则EF线上各物系点组分A的百分含量相同,变化的只是B,C组分的相对含量.

  6. A WB/WC=GI/HG=DC/BD H I HG GI G WB/WC=DC/BD BD DC C B D 三角坐标的特点 (2) 通过某点的任意直线上各物系点所代表的体系中,另外两顶点所代表组分含量之比, 必定相同.

  7. A M O N D H E G F C B 三角坐标的特点 (3) 两个三组分体系并组成新的体系,则新物系点必在两组分物系点的连线上. 体系M和N组成新的体系,则新物系点O必在MN连线上,各物系点的量服从杠杆规则: WM/WN=ON/OM (4) 若由3个体系合成一个体系,新体系的物系点必在原来3物系点所组成的三角形中,可以多次运用杠杆规则求出新的物系点. D,E,F分别为3个体系的物系点. 由3体系组成的新体系的物系点在三角形DEF之中. 先由F,E用杠杆规则求出合成体系的物系点G,再由D,G用杠杆规则求出新体系的物系点H.

  8. A 1 E D T 3 H F 2 C B 4 P G 三元盐水体系 三元盐水体系是指体系组成为二盐一水的体系. 1. 固相是纯盐的体系: 以A(H2O), B(NH4Cl), C(NH4NO3)三元相图为例. 体系相律: f=3－. 图中各区组成: 1区: 单相溶液, f=2; 2区: B(s)+l, f=1; 3区: C(s)+l, f=1; 4区: l+B(s)+C(s), f=0. 若有B,C混合物,其组成由G点表示. 向此体系加水,物系点将沿GA线向纯水组分A点移动, 物系点移动到扇形区CEF区间内,如移动到H点,体系为两相共存,一相为C(NH4NO3)的饱和溶液,另一相为纯固态C,通过过滤的方法可以得到纯C 若B,C混合物的初始组成为P点. 加入水后,物系点将进入扇形区BDF,通过过滤的方法可得到纯B(NH4Cl).

  9. A G F E H D C B P 生成水合物的体系 水(A),NaCl(B),Na2SO4(C)三元体系相图. 有水合物D(Na2SO4.10H2O)生成. B,C混合物的组成为P时,用加水的方法,物系点将进入扇形区EFG,过滤可以获得纯的水合物D,但无法得到纯盐C. 溶液l ,单相区 D(s)+l B(s)+l,f=1 B(s)+D(s)+l,f=0 B(s)+D(s)+C(s),f=0

  10. A E G F H C B D (NH4NO3.AgNO3) P AgNO3 NH4NO3 生成复盐的体系 水(A),NH4NO3(B),AgNO3(C)三元体系相图. 有复盐D(NH4NO3.AgNO3)生成. 由混合物P,通过加水的方法可以得到的纯物质为复盐D. 溶液l ,单相区 C(s)+l B(s)+l,f=1 D(s)+l B(s)+D(s)+l,f=0 D(s)+C(s)+l,f=0

  11. A y x z E G F H C B D (NH4NO3.AgNO3) AgNO3 NH4NO3 三组分相图(例1) 例: x,y,z 分别代表不同的三元体系,在该温度下恒温蒸发,分别最先析出何种晶体? 解: 连接Ax,Ay,Az,并将其延长,其延长线分别进入扇形区BEF, DFH和CHG,故: x: 首先析出B(NH4NO3); y: 首先析出D(NH4NO3.AgNO3); z: 首先析出C(AgNO3).

  12. H2O Na2SO410H2O P NaNO3 Na2SO4 三组分相图( 例2 ) P点为含水复盐 有4个三相区; 4个两相区; 1个单相区.

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  17. A(HAc) P b P’ a b’ P’’ a’ b’’ P’’’ a’’ C B 水 甲苯 三元液体体系相图 三元液体体系的相图有多中类型. 图中所示为HAc,H2O,甲苯三元相图. 水与甲苯不完全互溶,故有分层现象出现.图中的帽形区是两相区,偏C一方者为水层,偏B一方者为甲苯层.物系点落在帽形区内时,体系将为两相共存. P点在单相区,若使体系的物系点沿AP移动,当进入帽形区后,体系则会分为两相. 如移动到P’,P’’,P’’’点时,体系分为两相,相的组成分别为:a与b;a’与b’;a’’与b’’. a,b分别为甲苯层和水层,此两相平衡共存的液层称为共轭溶液(conjugate solution).

  18. T1 T2 A(乙烯腈) A(乙烯腈) 两相区,f=1 两相区,f=1 单相区,f=2 两相区,f=1 C C B B 乙醇 乙醇 水 水 三元液体体系相图 由A(乙烯腈),B(水)和C(乙醇)组成的三元体系,因为水与乙烯腈;乙醇与乙烯腈都不完全互溶,故在相图中有两个帽形区. 当体系的温度降低时,溶解度一般会降低,相图中的帽形区将逐步增大,达到一定程度时,两个帽形区会互相重叠,形成一个大的两相区,其它区域则为单相区.

  19. A(乙烯腈) A(乙烯腈) l 两相区,f=1 E 三相区,f=0 两相区,f=1 D F l 两相区,f=1 l C 乙醚 B 水 C 乙醚 B 水 三元液体体系相图 由A(乙烯腈),B(水)和C(乙醚)组成的三元体系,三者相互之间都不完全互溶,故在相图中有三个帽形区. 当体系的温度降低时,溶解度降低,相图中的帽形区将逐步增大,达到一定程度时,三个帽形区会互相重叠,相图中将出现三相区. 物系点落在三相区时,三液相共存,在表观上,将会出现互不相溶的3个液层. 目前,尚未发现4液相共存的现象.

  20. A F E H G P D O M N B C x 三元相图的应用 A:H2O; B: KNO3; C:NaNO3. 蓝色:298K的相图; 紫红色:373K的相图. 有KNO3,NaNO3混合物,物系点为x,利用相图可找到合理的提纯工艺路线. 在298K下加水使物系点进入BFH两相区,过滤可得纯KNO3. 滤液组成为H,在373K下等温蒸发,使物系点到M,过滤可得纯NaNO3. 向母液O中加入原料x,物系点达到N,在298K加水使物系点移动至P,过滤得纯B. 重复以上操作可以分离混合盐,得到纯B和纯C.

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