三組分相圖教學(xué)講義

三組分相圖第六節(jié) 三組分相圖三組分體系的相律為:

f=3－+2=5－ (1)要完全地描述三元體系,需要4個(gè)獨(dú)立變量,要用4維空間才能完全描述,這在現(xiàn)實(shí)世界是無法做到的. f=0, max=5,三元體系最多可以有5相共存.一般的三元相圖,固定體系的溫度和壓力,考察體系組成變化時(shí),相圖變化情況.此時(shí),體系最大自由度f=2,用平面圖就可描繪相的變化.對(duì)于凝聚體系,壓力的影響很小,一般可忽略不計(jì).但溫度的影響是相當(dāng)大的.為了表示溫度對(duì)三元體系相圖的影響,可用投影的方法,繪制不同溫度下體系的相圖.也可借助于3維動(dòng)畫的技術(shù),繪制三維立體相圖.

等邊三角坐標(biāo)表示法CBA頂點(diǎn)A,B,C各點(diǎn)分別代表純A,純B和純C.AB:A,B二元體系的組成;BC:B,C二元體系的組成;AC:A,C二元體系的組成.物系點(diǎn)距離某頂點(diǎn)愈近,則體系中此組分的含量愈多,物系點(diǎn)距離某頂點(diǎn)愈遠(yuǎn),則體系中此組分含量愈少.GFEDP

BD代表A的含量;AG代表B的含量;GD代表C的含量.設(shè)有一物系點(diǎn)P.過P分別作BC,AB,AC的平行線與三角形的邊相交于D,E,F.B％A％C％三角坐標(biāo)的特點(diǎn)(2)通過某點(diǎn)的任意直線上各物系點(diǎn)所代表的體系中,另外兩頂點(diǎn)所代表組分含量之比,必定相同.DCBAHGIDCBDGIHGWB/WC=GI/HG=DC/BDWB/WC=DC/BD三角坐標(biāo)的特點(diǎn)CBA(3)兩個(gè)三組分體系并組成新的體系,則新物系點(diǎn)必在兩組分物系點(diǎn)的連線上.體系M和N組成新的體系,則新物系點(diǎn)O必在MN連線上,各物系點(diǎn)的量服從杠桿規(guī)則: WM/WN=ON/OMMNO(4)若由3個(gè)體系合成一個(gè)體系,新體系的物系點(diǎn)必在原來3物系點(diǎn)所組成的三角形中,可以多次運(yùn)用杠桿規(guī)則求出新的物系點(diǎn).EFDGHD,E,F分別為3個(gè)體系的物系點(diǎn).由3體系組成的新體系的物系點(diǎn)在三角形DEF之中.先由F,E用杠桿規(guī)則求出合成體系的物系點(diǎn)G,再由D,G用杠桿規(guī)則求出新體系的物系點(diǎn)H.三元鹽水體系三元鹽水體系是指體系組成為二鹽一水的體系.1.固相是純鹽的體系:以A(H2O),B(NH4Cl),C(NH4NO3)三元相圖為例.4321體系相律:f=3－.圖中各區(qū)組成: 1區(qū):單相溶液,f=2; 2區(qū):B(s)+l,f=1; 3區(qū):C(s)+l,f=1; 4區(qū):l+B(s)+C(s),f=0.CBAGPFEDHT若有B,C混合物,其組成由G點(diǎn)表示.向此體系加水,物系點(diǎn)將沿GA線向純水組分A點(diǎn)移動(dòng),物系點(diǎn)移動(dòng)到扇形區(qū)CEF區(qū)間內(nèi),如移動(dòng)到H點(diǎn),體系為兩相共存,一相為C(NH4NO3)的飽和溶液,另一相為純固態(tài)C,通過過濾的方法可以得到純C若B,C混合物的初始組成為P點(diǎn).加入水后,物系點(diǎn)將進(jìn)入扇形區(qū)BDF,通過過濾的方法可得到純B(NH4Cl).生成水合物的體系PHGFDECBA水(A),NaCl(B),Na2SO4(C)三元體系相圖.有水合物D(Na2SO4.10H2O)生成.B,C混合物的組成為P時(shí),用加水的方法,物系點(diǎn)將進(jìn)入扇形區(qū)EFG,過濾可以獲得純的水合物D,但無法得到純鹽C.溶液l,單相區(qū)B(s)+l,f=1D(s)+lB(s)+D(s)+l,f=0B(s)+D(s)+C(s),f=0生成復(fù)鹽的體系水(A),NH4NO3(B),AgNO3(C)三元體系相圖.有復(fù)鹽D(NH4NO3.AgNO3)生成.CBANH4NO3AgNO3PGHFED(NH4NO3.AgNO3)由混合物P,通過加水的方法可以得到的純物質(zhì)為復(fù)鹽D.溶液l,單相區(qū)B(s)+l,f=1C(s)+lB(s)+D(s)+l,f=0D(s)+C(s)+l,f=0D(s)+l三組分相圖(例1)CBANH4NO3AgNO3GHFED(NH4NO3.AgNO3)例:x,y,z分別代表不同的三元體系,在該溫度下恒溫蒸發(fā),分別最先析出何種晶體?解:連接Ax,Ay,Az,并將其延長,其延長線分別進(jìn)入扇形區(qū)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).xyz三組分相圖(例2)H2ONaNO3Na2SO4Na2SO410H2OPP點(diǎn)為含水復(fù)鹽 有4個(gè)三相區(qū);4個(gè)兩相區(qū);1個(gè)單相區(qū). 三組分相圖三組分相圖三組分相圖三組分相圖三元液體體系相圖CBA(HAc)甲苯水Pb’’a’’b’a’baP’’’P’’P’三元液體體系的相圖有多中類型.圖中所示為HAc,H2O,甲苯三元相圖.水與甲苯不完全互溶,故有分層現(xiàn)象出現(xiàn).圖中的帽形區(qū)是兩相區(qū),偏C一方者為水層,偏B一方者為甲苯層.物系點(diǎn)落在帽形區(qū)內(nèi)時(shí),體系將為兩相共存.P點(diǎn)在單相區(qū),若使體系的物系點(diǎn)沿AP移動(dòng),當(dāng)進(jìn)入帽形區(qū)后,體系則會(huì)分為兩相.如移動(dòng)到P’,P’’,P’’’點(diǎn)時(shí),體系分為兩相,相的組成分別為:a與b;a’與b’;a’’與b’’.a,b分別為甲苯層和水層,此兩相平衡共存的液層稱為共軛溶液(conjugatesolution).三元液體體系相圖CBA(乙烯腈)水乙醇由A(乙烯腈),B(水)和C(乙醇)組成的三元體系,因?yàn)樗c乙烯腈;乙醇與乙烯腈都不完全互溶,故在相圖中有兩個(gè)帽形區(qū).單相區(qū),f=2兩相區(qū),f=1兩相區(qū),f=1T1當(dāng)體系的溫度降低時(shí),溶解度一般會(huì)降低,相圖中的帽形區(qū)將逐步增大,達(dá)到一定程度時(shí),兩個(gè)帽形區(qū)會(huì)互相重疊,形成一個(gè)大的兩相區(qū),其它區(qū)域則為單相區(qū).CBA(乙烯腈)水乙醇兩相區(qū),f=1T2三元液體體系相圖由A(乙烯腈),B(水)和C(乙醚)組成的三元體系,三者相互之間都不完全互溶,故在相圖中有三個(gè)帽形區(qū).當(dāng)體系的溫度降低時(shí),溶解度降低,相圖中的帽形區(qū)將逐步增大,達(dá)到一定程度時(shí),三個(gè)帽形區(qū)會(huì)互相重疊,相圖中將出現(xiàn)三相區(qū).物系點(diǎn)落在三相區(qū)時(shí),三液相共存,在表觀上,將會(huì)出現(xiàn)互不相溶的3個(gè)液層.目前,尚未發(fā)現(xiàn)4液相共存的現(xiàn)象.C乙醚B水A(乙烯腈)C乙醚B水A(乙烯腈)兩相區(qū),f=1FEDlll三相區(qū),f=0兩相區(qū),f=1兩相區(qū),f=1三元相圖的應(yīng)用A:H2O;B:KNO3;C:NaNO3.

ACBEFxGDOH紫紅色:373K的相圖.藍(lán)色:298K的相圖;有KNO3,NaNO3混合物,物