二元体系相图.ppt

第二章 二元水盐体系相图 说明: 水盐体系是凝聚体系，可以不考虑压力的变化，水盐体系的固液平衡可以在没有水蒸气的情况下实现，所以气相没有计入相数P中，水盐体系也不研究气相的组成 二、坐标系 在二元体系相图中，我们横坐标来表示组成；用纵坐标表示温度，温度用oC或K表示。当组成用不同单位表示时，可得到不同形式的相图。通常采用质量百分数和摩尔百分数表示盐在系统中的百分含量，以利于直读数据。水的含量则用100%减去盐的含量来确定。 横轴为一固定长度，100份，左端为W表示纯水，右端点S表示纯盐。这两个端点是体系组成的固定界限，它同时放映出盐和水的组成： 盐的百分数+水的百分数=100% 四、简单相图的研究 课堂练习1：简单二元体系相图的标绘 例题：(NH4)2SO4-H2O二元体系 判断某一水合盐是否稳定，通过实验来完成，例如Na2SO4.10H2O, 液相L中含Na2SO433.25%,水合物中含Na2SO444.09%，所以Na2SO4.10H2O是异成分水合盐 例题2-1 若Na2SO4.10H2O总分子量为142+180=322，求其组成。 解： 稳定水合物相图的特点 如图所示，在高点出呈平滑圆形状，这表明在加热温度接近它的融化温度时，这种水合物已经进行了部分分解 2）固液平衡二相区。对稳定水合盐而言，在其固相竖线两侧各有一个扇形的该水合盐的饱和结晶区。而不稳定水合盐的结晶区只有一个区边梯形。 四、转溶现象 生成不稳定水合物的特点是存在转溶现象。 例如不稳定水合物芒硝在加热时发生以下过程 这种在一定温度下发生一种固相溶解，另一种固相析出的现象称为转溶现象，该温度称为转变点。 转溶现象相律分析： 在三相线上，相数为3，自由度则为0，所以温度只能为32.28℃，液相的浓度也不能改变，只能是含Na2SO433.25%，而此时与液相平衡的固相是Na2SO4和Na2SO4.10H2O，其含纯Na2SO4分别为100%和44.1%，大于液相，所以平衡存在时，只能是一个固相析出，另一个固相溶解，析出的固相从溶液中取走盐分，而溶解的固相有向溶液中补充该盐分，水合盐中的结晶水供蒸发使用，使溶液中的浓度不发生变化。 NaCl体系发生转溶现象 当体系生成多个不稳定水合物时，将按含结晶水得多少依次转溶，例如MgCl2-H2O体系。 课堂练习：不稳定水合物相图的标绘 杠杆规则的证明 三、二元水盐相图的化工过程 相图上的每个点都可称为图形点，图形点分为系统点、液相点和固相点。 系统点是根据系统的温度与组成标绘在相图上的，一般用来表示原料的状态。 液相点是系统中分出的液相部分的组成点。在一个具体的水盐体系中最多只有一个液相点存在。 固相点是系统分出的固相的组成点，可以是一个固相或二个固相的混合物。不论析出一种或两种固相，其组成均为100%的纯固相。 一般情况下，系统点、液相点、固相点是同时存在的，但在不饱和区往往系统点与液相点重合，固相点不存在；在全固相区，液相点不存在，系统点与总固相点重合，总固相点又可以分出两个纯固相点。 在下列情况下，系统点就会在相图上移动而进入不同的相区 （1）纯变温过程（等组成过程）。当系统发生升温、降温、冷冻过程，组成保持不变时，系统点将竖直向上或向下运动。如图2-10 （2）纯变组成过程（等温过程）。当系统温度不变，而发生了蒸发、干燥、加水、加盐等过程时，系统的组成改变，系统点将沿水平方向移动。如图2-9 1、蒸发过程 2、冷却过程 第一阶段:系统点与液相点重合，由M-M1,到达M1点时，成为饱和溶液，但无固相析出。 第二阶段：系统点向下进入固液平衡区域，到M’时已析出盐，固相点为S’,液相点为L’. 2、冷却过程 第三阶段：系统点到M2时，液相为E，此时开始析出冰，为三相平衡状态，自由度为0。根据杠杆规则则有：M2点处， GM2:GE:GF=EF:M2F:EM2 对于总固相F点，则有GF:GD:GC=CD：CF:FD 第四阶段：系统点由M2至M3 ，进入全固相区，是冰盐同时降温过程 例题2-2：现有3m3含NaCl 10%的溶液，密度1070kg/m3,温度从20℃冷却至水合盐析出温度时，有多少冰析出？此时溶液的浓度增大了多少倍？ 解法一 杠杆法 由图可见，水合盐析出温度为低共熔点E，温度为-21.1 ℃，此时，溶液的浓度为含NaCl22.42%，所以溶液浓度增加倍数为22.42/10-1=1.242倍； 系统点由M点降到M1点，液相点由M-N-E，析出固相点为B，根据杠杆规则 解法2 未析出组分法 原始系统点M垂直降温线与冰的结晶线交与N点，再降至低共熔点温度时的过程只析出冰，而NaCl留在了溶液中没有析出，由相图中E点组成可知E点含NaCl为22.42%，含水77.58%，即321Kg盐全部留在液相中，