05相平衡7.ppt

其它常見二元相圖 還有一些常見的二元相圖如 在圖 a 中 有兩個液相部分互熔的帽形區(qū) 在圖 b 中 固體A在不同溫度下有不同晶形 那水平線稱為轉(zhuǎn)晶線 在圖 c 中 溫度較低時出現(xiàn)兩個固溶體部分互溶的帽形區(qū) 而在高溫下 A和B可以完全互溶 圖 d 是具有轉(zhuǎn)晶溫度和完全互溶出現(xiàn)最低點的兩張相圖的組合 其它常見二元相圖 5 6三組分體系的相圖及其應(yīng)用 三組分體系相圖類型 當(dāng) 無法用相圖表示 當(dāng) 恒壓 或恒溫 用正三棱柱體表示 底面正三角形表示組成 柱高表示溫度或壓力 當(dāng) 且恒溫又恒壓 可用平面圖形表示 常用等邊三角形坐標(biāo)表示法 兩個自由度均為組成變化 因為 等邊三角形坐標(biāo) 在等邊三角形上 沿反時針方向標(biāo)出三個頂點 三個頂點表示純組分A B和C 三條邊上的點表示相應(yīng)兩個組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 三角形內(nèi)任一點都代表三組分體系 通過三角形內(nèi)任一點O 引平行于各邊的平行線 在各邊上的截距就代表對應(yīng)頂點組分的含量 即a 代表A在O中的含量 同理b c 分別代表B和C在O點代表的物系中的含量 顯然 等邊三角形表示法的特點 1 在平行于底邊的任意一條線上 所有代表物系的點中 含頂角組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等 例如 d e f物系點 含A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同 2 在通過頂點的任一條線上 其余兩組分之比相等 例如 AD線上 3 通過頂點的任一條線上 離頂點越近 代表頂點組分的含量越多 越遠(yuǎn) 含量越少 例如 AD線上 D 中含A多 D中含A少 等邊三角形表示法的特點 4 如果代表兩個三個組分體系的D點和E點 混合成新體系的物系點O必定落在DE連線上 哪個物系含量多 O點就靠近那個物系點 O點的位置可用杠桿規(guī)則求算 用分別代表D和E的質(zhì)量 則有 等邊三角形表示法的特點 5 由三個三組分體系D E F混合而成的新體系的物系點 落在這三點組成三角形的重心位置 即H點 先用杠桿規(guī)則求出D E混合后新體系的物系點G 再用杠桿規(guī)則求G F混合后的新體系物系點H H即為DEF的重心 等邊三角形表示法的特點 6 設(shè)S為三組分液相體系 當(dāng)S中析出A組分 剩余液相組成沿AS延長線變化 設(shè)到達(dá)b 析出A的質(zhì)量可以用杠桿規(guī)則求算 若在b中加入A組分 物系點向頂點A移動 部分互溶的三液體系統(tǒng) 1 有一對部分互溶系統(tǒng) 醋酸 A 和氯仿 B 能無限混溶 但氯仿和水只能部分互溶 醋酸 A 和水 C 也能無限混溶 在它們組成的三組分系統(tǒng)相圖上出現(xiàn)一個帽形區(qū) 在a和b之間 溶液分為兩層 1 有一對部分互溶系統(tǒng) 在物系點為c的系統(tǒng)中加醋酸 物系點向A移動 由于醋酸在兩層中含量不等 所以連結(jié)線不一定與底邊平行 到達(dá)時 對應(yīng)的兩相組成為和 此相圖如何繪制 繼續(xù)加醋酸 使B C兩組分互溶度增加 連結(jié)線縮短 最后縮為一點 1 有一對部分互溶系統(tǒng) Oa線為水在氯仿中的飽和液 如一系列a點所示 Ob線是氯仿在水中的飽和液 如一系列b點所示 a1 b1等溶液稱為共軛溶液 兩個相區(qū) 一條飽和曲線 一個會溶點 組成帽形區(qū)的aOb曲線稱為雙結(jié)點溶解度曲線或雙結(jié)線 1 有一對部分互溶系統(tǒng) 這時兩層溶液界面消失 成單相 O點稱為等溫會溶點或褶點 兩個相區(qū) 一條飽和曲線 一個會溶點 T x1 x2圖 將三液體中有一對部分互溶的系統(tǒng)畫成正三棱柱形立體圖 縱坐標(biāo)為溫度 每個水平截面為正三角形組成圖 溫度不斷升高 互溶程度加大 兩液相共存的帽形區(qū)逐漸縮小 最后到達(dá)K點 成均一單相 將所有等溫下的雙結(jié)線連成一個曲面 在這曲面之內(nèi)是兩相區(qū) T x1 x2圖 將立體圖中的所有等溫線都投影到平面上 得投影圖 2 有兩對部分互溶系統(tǒng) 乙烯腈 A 與水 B 乙烯腈與乙醇 C 只能部分互溶 而水與乙醇可無限混溶 在相圖上出現(xiàn)了兩個溶液分層的帽形區(qū) 帽形區(qū)之外是溶液單相區(qū) 在aDb cFd內(nèi)兩相共存 各相的組成可從連結(jié)線上讀出 2 有兩對部分互溶系統(tǒng) 溫度降低 帽形區(qū)擴大 最后疊合 在abdc內(nèi)兩相共存 在abdc外為溶液單相 但上 下兩個溶液單相區(qū)內(nèi) A的含量不等 3 有三對部分互溶系統(tǒng) 乙烯腈 A 水 B 乙醚 C 彼此都只能部分互溶 因此正三角形相圖上有三個溶液分層的兩相區(qū) 在帽形區(qū)以外 是完全互溶單相區(qū) 3 有三對部分互溶系統(tǒng) 降低溫度 三個帽形區(qū)擴大以至重疊 靠近頂點的三小塊用1表示的是單相區(qū) 2表示的三小塊是三組分彼此部分互溶的兩相區(qū) 中間用3表示的EDF紅色區(qū)是三個彼此不互溶溶液的三相區(qū) 這三個溶液的組成分別由D E F三點表示 3 有三對部分互溶系統(tǒng) 因為 在等溫 等壓下 D E F三相的濃度有定值 若某物系如P點所示 三個相的相對質(zhì)量可以使用杠桿規(guī)則計算 應(yīng)用1 萃取原理 對沸點靠近或有共沸現(xiàn)象的液體混合物 可以用萃取的方法分離 通常芳烴A與烷烴B完全互溶 芳烴A與萃取劑S也能互溶 而烷烴與萃取劑互溶度很小 一般根據(jù)分配系數(shù) 選擇合適的萃取劑 對芳烴和烷烴的分離 常用二乙二醇醚為萃取劑 將組成為F的A B混合物裝入分液漏斗 加入萃取劑S并搖動 物系點沿FS線移動 萃取相組成為y 蒸去S 物系點沿Sy移動 直到G點 這時含芳烴量比F點明顯提高 設(shè)到達(dá)O點 根據(jù)加入S的量 由杠桿規(guī)則計算 靜置分層 萃余相組成為x 蒸去S 物系點沿Sx移動 到達(dá)H點 含烷烴量比F點高 二固體和一液體的水鹽系統(tǒng) 這類相圖很多 很復(fù)雜 但在鹽類的重結(jié)晶 提純 分離等方面有實用價值 這里只介紹幾種簡單的類型 而且兩種鹽都有一個共同的離子 防止由于離子交互作用 形成不止兩種鹽的交互系統(tǒng) 二固體和一液體的水鹽系統(tǒng) 1 最簡單的鹽 水體系 一個單相區(qū) 兩個兩相區(qū) ADFE是不飽和溶液單相區(qū) CEF是C s 與其飽和溶液兩相共存 BDF是B s 與其飽和溶液兩相共存 一個三相區(qū) BFC是B s C s 與組成為F的飽和溶液三相共存 二固體和一液體的水鹽系統(tǒng) 兩條特殊線 一個三相點 B與DF以及C與EF的若干連線稱為連結(jié)線 DF線是B在含有C的水溶液中的溶解度曲線 EF線是C在含有B的水溶液中的溶解度曲線 F點是飽和溶液與B s C s 三相共存點 2 有復(fù)鹽形成的系統(tǒng) 當(dāng)B C兩種鹽可以生成穩(wěn)定的復(fù)鹽D的相圖 一個單相區(qū) AEFGH為不飽和溶液 三個兩相區(qū) BEF DFG和CGH 兩個三相區(qū) BFD DGC 三條飽和溶解度曲線 EF FG GH 兩個三相點 F和G 2 有復(fù)鹽形成的系統(tǒng) 如果用AD連線將相圖一分為二 則變?yōu)閮蓚€二鹽一水系統(tǒng) 分析方法與二鹽一水系統(tǒng)相同 特點 3 有水合物生成的系統(tǒng) 組分B與水 A 可形成水和物D 對ADC范圍內(nèi)討論與以前相同 只是D表示水合物組成 E點是D s 在純水中的飽和溶解度 當(dāng)加入C s 時 溶解度沿EF線變化 3 有水合物生成的系統(tǒng) BDC區(qū)是B s D s 和C s 的三固相共存區(qū) 屬于這種系統(tǒng)的有 水合物為大蘇打 另一種情況 圖5 52 5 5三組分體系 3 有水合物生成的系統(tǒng) 如果C s 也形成水合物 設(shè)為D 作DD 線 在DD 線以上的相圖分析與以前相同 在DD 線以下為一四邊形 連結(jié)對角線 把四邊形分成兩個三角形 究竟哪一條對角線是穩(wěn)定的 只有通過實驗確定 4 有水合復(fù)鹽生成的體系D 水合復(fù)鹽 例如Na2SO4 Al2 SO4 3 14H2OB C分別為兩種不同的鹽 見圖5 53 5 同時有水合鹽和水合復(fù)鹽生成的體系見圖5 54 5 5三組分體系 應(yīng)用2 鹽類提純 如果B和C兩種鹽類的混合物組成為Q點 如何將B s 分離出來 應(yīng)先加水 使物系點沿QA方向移動 進入BDF區(qū) 到達(dá)R點 這時C s 全部溶解 余下的是純B s 過濾 烘干 就得到純的B s 鹽類提純 R點盡可能靠近BF線 這樣可得盡可能多的純B s 加入水的合適的量以及能得到B s 的量都可以用杠桿規(guī)則求算 如果Q點在AS線右邊 用這種方法只能得到純C s 應(yīng)用3 利用溫差提純鹽類 相圖 藍(lán)線是在298K時的相圖 紅線是在373K時的相圖 D是298K時的三相點 是373K時的三相點 利用溫差提純鹽類 1 系統(tǒng)中含較多 物系組成為x 在298K時 加水溶解 物系點沿xA線向A移動 當(dāng)進入MDB區(qū)時 全部溶解 剩下固體為 利用溫差提純鹽類 如有泥沙等不溶雜質(zhì) 將飽和溶液加熱至373K 這時在線之上 所有鹽全部溶解 趁熱過濾 將