水盐体系相图及其应用参考文档课件.ppt
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1、第三章 三元水盐体系相图,第一节 图形表示法第二节 简单三元水盐体系相图第三节 复杂三元水盐体系相图第四节 两条规则在相图中的运用第五节 等温蒸发过程分析第六节 三元水盐体系相图的应用,第一节 图形表示法,一、分类和相律特征二、三元水盐体系组成表示法三、空间立体图,一、分类和相律特征,组分数为3的体系是三元体系。1.由共同离子的两种盐和水构成的体系三元水盐体系。如:AM-BM-H2O共同阴离子,或AX-AY-H2O共同阳离子2.一种盐和两种非电介质组成的溶液。如:NaNO3CH3OHH2O3.一种酸性氧化物和一种碱性氧化物和水构成的水盐体系 如:4.固相有水合物或复盐生成的三元水盐体系称为复杂
2、三元水盐体系。对三元水盐体系,相律公式为 F=C-P+1=4-P当P=1时,自由度最大为3。当F=0时,最大相数为4。恒温恒压时,最大相数为3,自由度最大为2。,二、三元水盐体系组成表示法,设有一个三元水盐体系NaClKClH2O,如果用a、b、c分别表示NaCl、KCl、H2O的质量百分数。则有以下关系:a+b+c=100%在三元水盐体系中,仅有两个组分的浓度是独立变数,另一组分浓度为非独立变数。,二、三元水盐体系组成表示法,1.正三角形(以溶液为基准)图中M点,通过M点作DE、FG、HL线分别平行于三角形的三条边。从图中可看出以下的关系:HC=EM=GM=GE=LB=a GC=DM=HM=
3、HD=AF=b AD=FM=LM=BE=FL=c 这样,可在ABC任一边上同时读出系统M(M点)的组成。,A,F,L,C%,B,C,G,E,H,D,a%,b%,图3-1 正三角形坐标,M,二、三元水盐体系组成表示法,2.直角等腰三角形(以溶液为基准)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,而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%。,W,B,A,M,M1,M2,(H2O),b,a,50%,30%,图3-2 直角等腰三角形坐标
4、,二、三元水盐体系组成表示法,3.其他坐标(以局部物质为基准)(1)以水为基准(2)以干盐为基准,图3-3 两种坐标,A,B,W,10,20,30,40,50,60,10,20,30,40,50,a,b,b,a,M,1,2,4,3,(a),gA/100gH2O,gB/100gH2O,A,B,W,20,40,60,80,100,200,300,400,500,a,b,1,2,4,3,(b),gB/100gS,gH2O/100gS,N,W,二、三元水盐体系组成表示法,几种常用坐标之间的转换关系可用图3-4表示。在实际应用上,是通过组成的换算,将有关图形点标在不同坐标图上的。,A,B,A,图3-4
5、各种坐标的关系,三、空间立体图,1.三棱柱坐标系立体图 在平面组成坐标的基础上,再把温度坐标加上去,就组成了三棱柱空间坐标系,如图3-5所示。,三、空间立体图,2.直角坐标系的立体图 图3-8是简单类型三元水盐体系直角坐标立体图的横向放置。纯盐A、B在无限远处,故相应的A、B、E3也在无限远处。图中两个较大的曲面表示A盐、B盐的饱和溶液,较小的WE1E2W面是冰的饱和溶液面、E为低共熔点。,第二节 简单三元水盐体系相图,一简单三元水盐体系等温图1等温图的标绘(1)数据分析主要分析出现的固相是单盐、水合物、复盐、水合复盐或固体溶液,并查取或计算出它们的组成。(2)确定坐标系用正三角形或直角等腰三
6、角形坐标系。在坐标图上标出各组分及各固相的位置,并将复盐的组成点与表示水的W点用点划线相连,这条线叫“复盐射线”,它是判断复盐性质的重要依据。(3)标点按序号将液相组成点逐一标于图中,同时编号,以免混乱。(4)连接溶解度曲线连线原则:具有一个共同平衡固相的液相点可连,如果可连的点只有两个,则 只能连成直线,如可连的点有三个以上,则应连成圆滑的曲线。,第二节 简单三元水盐体系相图,一简单三元水盐体系等温图1等温图的标绘(5)划分相区 共饱溶液点与平衡的两个固相点分别连直线作为相区划分线,通常每个共饱点能够而且必须引出二条相区划分线,这种连线是主要的相区划分线。任意二个固相点的连线均可作为相区划分
7、线。依上述二条原则作出的相区划分线不得相互穿过。,第二节 简单三元水盐体系相图,表3-1 NaClKClH2O体系20溶解度,第二节 简单三元水盐体系相图,2点线面的意义(1)点:E点是NaCl、KCl与两个固相平衡的饱和溶液,两盐共饱点。P=3,C=3,F=C-P=0B点B-H2O二元体系中B盐的溶解度;A点A-H2O二元体系中A盐的溶解度;P=2,C=2,F=C-P=2-2=0,B,A,W,B,A,6,5,2,L,4,1,3,KCl,NaCl,NaCl+KCl+LE,KCl+L,NaCl+LE,1,2,3,4,图3-10 NaClKClH2O体系20相图,E,第二节 简单三元水盐体系相图,
8、(2)线:EB是KCl的溶解度曲线,它表示KCl的饱和溶液。EA是NaCl 的溶解度曲线,它表示NaCl 的饱和溶液。P=2,C=3,F=C-P=3-2=1,B,A,W,B,A,6,5,2,L,4,1,3,P,KCl,NaCl,NaCl+KCl+LE,KCl+L,NaCl+LE,1,2,3,4,图3-10 NaClKClH2O体系20相图,E,第二节 简单三元水盐体系相图,(3)面:BEB是B盐与其饱和溶液共存的两相区;AEA是A盐与其饱和溶液共存的两相区;P=2,C=3,F=C-P=3-2=1WBEA是单一液相的不饱和区;P=1,C=3,F=C-P=2BEA是A盐、B盐与它们的共饱和溶液共存
9、的三相区。P=3,C=3,F=C-P=0,B,A,W,B,A,6,5,2,L,4,1,3,P,KCl,NaCl,NaCl+KCl+LE,KCl+L,NaCl+LE,1,2,3,4,图3-10 NaClKClH2O体系20相图,E,第二节 简单三元水盐体系相图,小结:(1)凡有一条溶解度曲线就有一个相应的两相区。溶解度曲线越长,两相区(即结晶区)越大,说明其溶解度越小,(易结晶);溶解度曲线越短,两相区(即结晶区)越小,说明其溶解度越大,(难结晶)。(2)凡有一个共饱点(两盐)就有一个相应的三相区;,B,A,W,B,A,6,5,2,L,4,1,3,P,KCl,NaCl,NaCl+KCl+LE,K
10、Cl+L,NaCl+LE,1,2,3,4,图3-10 NaClKClH2O体系20相图,E,第二节 简单三元水盐体系相图,二三棱柱坐标系立体图(1)三条棱WW、AA、BB分别代表水、A盐、B盐三个纯组分。(2)三个侧面,表示三个二元体系,每个侧面是一个二元体系,其中WA,WB是水盐体系,AB是盐盐体系。,第二节 简单三元水盐体系相图,二三棱柱坐标系立体图(3)面:三个空间曲面,分别是三个单固相的溶解度曲面,即单固相的饱和面。A盐的饱和溶液面是AE1EE3A;B盐的饱和面是BE2EE3B;冰的饱和面为WE1EE2W。P=2,C=3,F=C-P+1=3-2+1=2温度te时的三角形平面,如图3-5
11、中的tetete“它表示三个固相A盐、B盐、冰和它们的共饱和液共存,其共饱点处在此平面上,温度比冰盐合晶温度(A盐与B盐的两个)都低,已经低到足以使冰和二个盐都析出的程度,如E点是三元体系低共熔点。,B,(),(),(),(;),(e),图3-5 三元立体图,第二节 简单三元水盐体系相图,二三棱柱坐标系立体图(4)线:三条空间曲线,分别为三组双固相的共饱溶液线,其中E1E是冰加A盐的,E2E是冰加B盐的,E3E是A盐加B盐的,E1、E2、E3是二元体系中相应的共饱点,在三元相图中,共饱点已由二元体系的点扩展成三元体系的线了。P=3,C=3,F=C-P+1=3-3+1=1,B,(),(),(),
12、(;),(e),图-5三元立体图,第二节 简单三元水盐体系相图,(5)点:E点,是三条空间曲线的交点,表示三个固相(冰、A盐、B盐的共饱溶液,它是三元体系中新出现的。P=4,C=3,F=C-P+1=3-4+1=0,第二节 简单三元水盐体系相图,(6)体:三个空间曲面上方的空间体表示不饱和溶液。,(6)体三个五面体,由五个平面构成,表示A盐与其饱和溶液的共存的五面体如图3-6(见教材42页)所示。它是有两个平面,即At1E1A及At3E3A,一个A盐的饱和曲面AE1EE3A,和曲面t1E1EDt1以及t3E3EDt3所组成。系统落入该区后,则固相点在AD线上,液相点在A盐饱和溶液面上。依此类推,
13、另两个五面体表示B盐和冰与饱和溶液共存区。P=2,C=3,F=C-P+1=3-2+1=2,B,(),(),(),(;),(e),图3-5三元立体图,(6)体三个四面体,它们均有四个面构成,表示两个固相和它们的共饱溶液共存的空间区(三相区)。如对A盐、B盐共饱和四面体见图3-7,是由两个曲面t3E3Etet3和t3E3Etet3及一个长方形t3t3tete平面,一个三角形teEte共同围成,系统落入该区内时处于相应状态,液相点在共饱线E3E上,总固相点在长方形平面上。依此类推,还有类似的另外两个四面体。P=3,C=3,F=C-P+1=3-3+1=1,(6)体 te以下的空间,如图3-6中底部的三
14、棱柱,它表示全固相区。系统点落入该区,则由A盐、B盐和冰三个固相组成,液相完全消失。P=3,C=3,F=C-P+1=3-3+1=1,(6)体,第二节 简单三元水盐体系相图,三多温立体相图在组成面上的投影图简称投影图其特点是:(1)能清楚地看出溶解度曲线随温度变化的规律;(2)实际使用上比多温立体图方便的多;,第三节 复杂三元水盐体系相图,一、复杂三元相图分类 复杂三元相图可分为五类:水合物型、水合物型、同成分复盐、异成分复盐、固体溶液。,第三节 复杂三元水盐体系相图,二、水合盐存在的二种情况1水合盐在坐标上的确定 三元体系中,两种盐都有可能与水反应,生成一种或多种水合盐。因水合盐只含一种盐和水
15、,故它们在三角坐标上的位置应在水和盐的连线上,根据二者的质量百分组成可确定水合盐在坐标上的位置。,第三节 复杂三元水盐体系相图,二、水合盐存在的二种情况2水合物型和水合物型(1)水合物型 如Na+/Cl-、SO42-H2O体系15相图,见图3-20。其特点是:图中没有相应无水盐的溶解度曲线,只有水合盐的溶解度曲线。W(H2O),A(NaCl),B(Na2SO4),W(H2O),B,A,图3-20 水合物型,E,S10,A,B,NaCl,Na2SO4,第三节 复杂三元水盐体系相图,二、水合盐存在的二种情况2水合物型和水合物型(2)水合物型,如Na+/Cl-、SO42-H2O体系25相图,见图3-
16、21。其特点是:图中有相应无水盐的溶解度曲线,也有水合盐的溶解度曲线。,W(H2O),A(NaCl),B(Na2SO4),A,B,Q,E,S10,图3-21 水合物型,第三节 复杂三元水盐体系相图,三、两种复盐1复盐在坐标中的确定和表示 复盐的组成是指复盐中各种组分的含量,可以用质量百分组成或其他组成表示方式来表示。复盐的组成可根据它的分子式计算。如图3-11所示的光卤石KClMgCl26H2O,由其中各组分的分子量占复盐总分子量的百分比可知,含KCl占26.74%,MgCl2 34.27%,H2O38.99%。,Ast,第三节 复杂三元水盐体系相图,三、两种复盐2复盐射线 三角形中,连接H2
17、O顶点与复盐组成点的直线叫做“复盐射线”。3同成分复盐和异成分复盐(相称复盐和不相称复盐)复盐按其加水时发生的反应不同分为两种。一种复盐在加水时只溶解而不分解,即在加水过程中取液相(不管是否饱和)和未溶完的固相分析时,发现液相中的两盐含量之比与固相复盐中两盐含量之比全然相同,固相始终是原来的复盐,没有发生其他变化。这种复盐叫稳定复盐或相称复盐、同成分复盐,如白钠镁矾。另一种复盐加水时不但溶解,而且发生分解,一般是分析复盐中溶解度较小的单盐。在溶解过程中,液相中的二盐之比与原固相中两盐之比大不相同,这类复盐称为不稳定复盐、不相称复盐或异成分复盐,如光卤石。,第三节 复杂三元水盐体系相图,三、两种
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