《水鹽體系相圖》(第一章)作業(yè)及答案

1、1-1 計算下列物料的組成，分別用重量%、摩爾%、克/100克水、克/100克鹽表示。（1） 由20克Na2SO4、30克K2SO4和150H2O克組成的物料；（2） 某溶液，含MgCl2 434.8、NaCl 18.3、 KCl 46.1g/L，比重為1.287。其中：Na2SO4摩爾質量為142.0，K2SO4摩爾質量為174.3，H2O摩爾質量為18.02，MgCl2摩爾質量為95.21，NaCl摩爾質量為58.44，KCl摩爾質量為74.55。(1) 由20克Na2SO4、30克K2SO4和150克H2O組成的物料。解：a.用重量%表示物料的組成： b.用摩爾%表示物料組成： 物料總摩

2、爾數(shù)：0.141+0.172+8.324=8.637（mol）c.用克/100克水表示物料組成：d.用克/100克鹽表示物料組成：（2）某溶液，含MgCl2 434.8 g/L、NaCl 18.3 g/L、 KCl 46.1g/L，比重為1.287kg/L。解：由題意，1L溶液中H2O的重量為：1287-434.8-18.3-46.1=787.8(g)a.用重量%表示物料的組成：b.用摩爾%表示物料組成：溶液總摩爾數(shù)：4.567+0.313+0.618+43.718=49.216（mol）c.用克/100克水表示物料組成：d.用克/100克鹽表示物料組成：1-2根據(jù)數(shù)據(jù)繪制50時，溶液中有Ca

3、Cl2存在的KCl的溶解度曲線。50溶液中CaCl2含量不同時KCl的溶解度溶液中含CaCl2(wt,%)0 12.7 23.8 30.9 39.0 45.7 48.9 50.8KCl溶解度(wt,%)29.8 18.1 9.8 6.1 4.8 5.7 6.6 8.6解：繪制的KCl的溶解度曲線如下圖：1-3分析下列物料所屬水鹽體系的組分數(shù)。（1） 海水，主要鹽分為NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4、CaSO4；（2） 某天然鹽湖鹵水，主要鹽分為Na2CO3、Na2SO4、NaCl；（3） 某井鹽苦鹵，其主要成分為KCl、NaCl、MgCl2、CaCl2、H3BO3。解：（1）的組分

4、數(shù)為：C=4+2=6。 （2）的組分數(shù)為：C=1+3=4。（3）的組分數(shù)為：C=5+2=7。第二章 二元水鹽體系相圖2-1 標繪下列體系的相圖，注明各個區(qū)域意義，并用相律分析各區(qū)的相數(shù)和自由度。（1）KCl-H2O體系（相平衡數(shù)據(jù)見表2-1）。表2-1 KCl-H2O體系相平衡數(shù)據(jù)溫度液相KCl重量%固 相溫度液相KCl重量%固 相00冰6031.4KCl-2.35.0冰8033.8KCl-5.010.5冰10035.9KCl-7.615.0冰15040.5KCl-10.018.8冰20044.9KCl-10.819.9冰+KCl30054.0KCl-5.020.95KCl40063.4KCl

5、021.95KCl50073.1KCl1023.8KCl60083.0KCl2025.6KCl70093.0KCl4028.7KCl770100.0KCl（2）NaNO3-H2O體系（相平衡數(shù)據(jù)見表2-2）。表2-2 NaNO3-H2O體系相平衡數(shù)據(jù)溫度液相NaNO3重量%固 相溫度液相NaNO3重量%固 相00冰4051.2NaNO3-513.5冰6055.5NaNO3-1025.0冰8059.8NaNO3-1534.0冰10063.8NaNO3-17.738.0冰+ NaNO315073.7NaNO3-1039.7NaNO320083.2NaNO3042.1NaNO325092.0NaNO

6、32044.4NaNO3309100.0NaNO3解：2-1（1）及2-1（2）標繪的相圖如下：在圖2-1（1）KCl-H2O體系相圖中：未飽和溶液區(qū)域中:P=1，F(xiàn)=C-P+1=2-1+1=2；冰的結晶（冰+L）區(qū)域中:P=2，F(xiàn)=C-P+1=2-2+1=1；KCl的結晶（KCl+L）區(qū)域中:P=2，F(xiàn)=C-P+1=2-2+1=1；三相線CED(不包括C、E兩點)中:P=3，F(xiàn)=C-P+1=2-3+1=0；冰與KCl（冰+KCl）兩固相共存區(qū)中:P=2，F(xiàn)=C-P+1=2-2+1=1。在圖2-1（2）NaNO3-H2O體系相圖中：未飽和溶液區(qū)域中:P=1，F(xiàn)=C-P+1=2-1+1=2；冰的

7、結晶（冰+L）區(qū)域中:P=2，F(xiàn)=C-P+1=2-2+1=1；NaNO3的結晶（NaNO3+L）區(qū)域中:P=2，F(xiàn)=C-P+1=2-2+1=1；三相線CED(不包括C、E兩點)中:P=3，F(xiàn)=C-P+1=2-3+1=0；冰與NaNO3（冰+ NaNO3）兩固相共存區(qū)中:P=2，F(xiàn)=C-P+1=2-2+1=1。2-2 1000公斤含KCl5%的溶液，在95下蒸發(fā)掉900公斤水，計算：（1）蒸發(fā)后析出的固相量及母液的量。（2）把蒸發(fā)后的母液冷卻到15，在冷卻過程析出的固相量及最后的液相量。解法一：用杠桿規(guī)則法求解如圖2-2，由題意知：原始物料系統(tǒng)點為M。（1）系統(tǒng)M蒸發(fā)后，首先應確定蒸發(fā)后的新系統(tǒng)

8、點M1。M=H+M1, 因此由杠桿規(guī)則有： 即： 解之：,據(jù)此可確定出新系統(tǒng)點M1，又M1處在KCl的結晶區(qū)，L1+S1= M1，故蒸發(fā)后：（2）母液L1冷卻后，得到的系統(tǒng)點為M2，M2亦處在KCl的結晶區(qū)，L2+S2= M2，故冷卻后：解法二：用母液的濃度求解如圖2-2，由題意知：原始物料系統(tǒng)點為M。（1）系統(tǒng)M蒸發(fā)后，首先應確定蒸發(fā)后的新系統(tǒng)點M1。M=H+M1, 因此由杠桿規(guī)則有： 即： 解之：,據(jù)此可確定出新系統(tǒng)點M1。又M1處在KCl的結晶區(qū)，L1+S1= M1，而原始物料中總水量為950kg,蒸發(fā)掉900kg水后，M1當中的水量為50kg,亦即 L1當中的水量為50kg,由圖2-2

9、中可讀得L1的KCl含量為35.40%，設L1當中的KCl量為kg,則：，解之, ,，（2）母液L1冷卻后，得到的系統(tǒng)點為M2，則，M2亦處在KCl的結晶區(qū)，L2+S2= M2，由題意，M2當中的水量為50kg，亦即 L2當中的水量為50kg, 由圖2-2中可讀得L2的KCl含量為24.68%，設L2當中的KCl量為kg,則：，解之, ,。第三章 三元水鹽體系3-1標繪NaCl-Na2SO4-H2O體系50等溫圖，注明各區(qū)域的意義；試分析含NaCl 10%，Na2SO415%，H2O75%的系統(tǒng)50等溫蒸發(fā)過程。NaCl-Na2SO4-H2O體系50數(shù)據(jù) 液 相（ wt，%）固 相NaClNa

10、2SO426.800.00NaCl25.003.70NaCl24.205.30NaCl+Na2SO420.007.65Na2SO415.0012.10Na2SO410.0018.10Na2SO45.0024.70Na2SO40.0031.80Na2SO4解：1.答案如圖3-1所示。2.50系統(tǒng)點M等溫蒸發(fā)過程如圖3-2及表3-1圖3-2 NaClNa2SO4H2O體系50相圖表3-1 50系統(tǒng)點M等溫蒸發(fā)過程一二三過程情況未飽和溶液濃縮Na2SO4結晶析出Na2SO4及NaCl共析至蒸干液相點MLLEE 系統(tǒng)點MLLCCD固相點尚無BBDABB1WM604020圖3-33-2根據(jù)圖3-3填空：

11、固相 B 的溶解度隨溫度升高而加大，固相 A 的溶解度隨溫度升高而減小。系統(tǒng)M在60時狀態(tài)為 未飽和溶液 ，冷卻至40時有 B 析出，繼續(xù)冷卻至20時會有 B1 析出。3-3有含KCl 5%，K2SO45%，H2O90%的體系在25等溫蒸發(fā)，如果系統(tǒng)重100公斤，試計算：（1）K2SO4析出量最大時的蒸發(fā)水量，K2SO4析出量及析出率；（2）蒸發(fā)水量為60公斤時K2SO4析出量及析出率；（3）K2SO4析出率為85%時的蒸發(fā)水量。選做KCl-K2SO4-H2O體系25數(shù)據(jù)液 相（wt,%）固 相KClK2SO426.40KCl25.61.1KCl+ K2SO4202.1K2SO4153.3K2

12、SO4104.9K2SO457.1K2SO4010.7K2SO4解：（1）如圖3-4-（1） a. b.首先求取蒸發(fā)后得到的漿料 圖3-4-（1） KClK2SO4H2O體系25相圖 （2）如圖3-4-（2） 設蒸發(fā)后得到的漿料點為P, 由題意：,又,解之：,據(jù)此可在相圖中標出P點。圖3-4-（2） KClK2SO4H2O體系25相圖（3）如圖3-4-（3） ,解之：=4.25（kg）首先確定系統(tǒng)M被蒸發(fā)到K2SO4析出率為85%時，所得到的飽和母液L點的確定方法。因為由題意知：L母液中KCl量仍為5kg(KCl一直未析出), K2SO4之量為0.75(5.00-4.25)kg,所以母液L點在

13、直線注：a、b之取值分別在WA、WB邊上取值與飽和曲線bE之交點上，即直線WL與曲線bE之交點為L點。其次，知道了L點，連接BL，則直線WM之延長線與直線BL兩線之交點，即為系統(tǒng)被蒸發(fā)后K2SO4析出率為85%時所得到的漿料點Q。圖3-4-（3） KClK2SO4H2O體系25相圖 4-1 計算下列復鹽的耶涅克指數(shù)J值。（1）鉀茫硝Na2SO43 K2SO4（2）光鹵石KClMgCl26H2O解：(1) (2) 4-2 標繪下列體系的干基圖，注明各區(qū)域的意義，判斷水合物、復鹽及零變點的類型。（1）Na+，K+，Mg+| SO4=-H2O體系，25；Na+，K+，Mg+| SO4=-H2O體系2

14、5數(shù)據(jù)符號液相克/100克鹽固相Na2SO4K2SO4H2O176.86 23.14 248.00 S10+Gla263.25 16.65 201.00 S10+GlaE52.30 12.00 168.00 S10+Gla+Ast353.80 0.00 191.00 S10+AstP43.70 12.80 167.00 Gla+Ast+Pic437.53 15.27 189.00 Gla+Pic523.25 28.51 246.00 Gla+PicR17.00 37.00 288.00 Gla+Pic+K2SO4624.15 53.25 367.00 Gla+K2SO4733.50 66.50

15、 501.00 Gla+K2SO4832.70 12.40 174.00 Ast+PicQ30.56 11.53 172.50 Ast+Pic+Eps937.60 0.00 189.00 Ast+Eps100.00 46.50 327.00 Pic+K2SO4110.00 13.34 229.00 Pic+Eps注：S10Na2SO410H2O；GlaNa2SO43K2SO4；AstNa2SO4Mg2SO44H2O； PicK2SO4Mg2SO46H2O；EpsMg2SO47H2O。（2）Na+，K+|Cl-，SO4=-H2O體系，25；Na+，K+|Cl-，SO4=-H2O體系數(shù)據(jù)25符號液

16、相 J固相Na+2SO4=H2O1100.00 19.90 1590.00 NaCl+Na2SO4R85.20 20.90 1460.00 NaCl+Na2SO4+Gla280.00 13.60 1460.00 NaCl+Gla375.00 9.40 1465.00 NaCl+GlaH70.50 6.50 1465.00 NaCl+Gla+KCl470.00 0.00 1525.00 NaCl+KCl586.20 30.00 1540.00 Na2SO4+Gla687.50 50.00 1650.00 Na2SO4+GlaQ87.80 57.00 1660.00 Na2SO4+S10+Gla7

17、100.00 46.50 1730.00 Na2SO4+S10887.30 60.00 1690.00 S10+Gla984.40 80.00 1880.00 S10 +Gla1081.30 100.00 2070.00 S10+Gla1160.00 6.20 1600.00 Gla+KCl1240.00 5.50 1855.00 Gla+KClP32.50 5.40 1940.00 Gla+KCl+K2SO41334.00 20.00 2930.00 Gla+K2SO41435.70 40.00 3740.00 Gla+K2SO41537.60 60.00 4160.00 Gla+K2SO4

18、1638.80 80.00 4370.00 Gla+K2SO41739.10 100.00 4445.00 Gla+K2SO41820.00 4.60 2085.00 KCl+K2SO4190.00 3.50 2285.00 KCl+K2SO4解：4-2（1）1.標繪的干基圖如圖4-1所示。2.各區(qū)域的意義如圖4-1所示。3.各相關問題判斷：（1）經(jīng)判斷Eps及S10為型水合物；（2）對復鹽Gla、Ast及Pic的判斷：首先應在圖4-1中標繪出此三種復鹽點的位置，復鹽Gla、Ast及Pic在圖4-1中標繪出的位置分別為D、F及H三點。圖4-1 Na+，K+，Mg+| SO4=-H2O體系25相

19、圖經(jīng)判斷復鹽Gla、Ast及Pic均為異成分復鹽。（3）對零變點E、P、Q及R的判斷：經(jīng)判斷零變點E、P、Q均為相稱零變點，零變點R為第一種不相稱零變點。解：4-2（2）1.標繪的干基圖如圖4-2所示。2.各區(qū)域的意義如圖4-2所示。3.各相關問題判斷：（1）經(jīng)判斷S10為型水合物；（2）對復鹽Gla判斷：首先應在圖4-2中標繪出此種復鹽點的位置，復鹽Gla在圖4-2標繪出的位置為G點。經(jīng)判斷復鹽Gla為異成分復鹽。圖4-2 Na+，K+|Cl-，SO4=-H2O體系25相圖（3）對零變點R、H、P及Q的判斷：經(jīng)判斷零變點R及H均為相稱零變點；零變點P及Q均為非相稱零變點，其中P為第一種非相稱

20、零變點，Q為第二種非相稱零變點。4-3判斷圖4-3中系統(tǒng)R及N兩點等溫蒸發(fā)的析鹽順序，已知R及N兩點均為未飽和溶液，且P及Q兩點均為三鹽共飽點。圖4-3 ABH2O體系相圖解：經(jīng)過圖4-3（1）及圖4-3（2）的相圖分析，系統(tǒng)R及N兩點等溫蒸發(fā)的析鹽順序如表4-1及表4-2。圖4-3（1） ABH2O體系相圖圖4-3（2） ABH2O體系相圖表4-1 系統(tǒng)R點等溫蒸發(fā)的析鹽順序階段一二三四析鹽順序過程情況未飽和溶液濃縮A析出（A+X）共析（A+X+Y）共析，直至蒸干AXY系統(tǒng)點RRRR液相點RRKKPP(干點)固相點尚無AACCP表4-2 系統(tǒng)N點等溫蒸發(fā)的析鹽順序階段一二三四析鹽順序過程情況

21、未飽和溶液濃縮X析出（X+B）共析（X+B+Y）共析，直至蒸干XBY系統(tǒng)點NNNN液相點NNLLQQ(干點)固相點尚無XXDDN第六章 五元水鹽體系6-1計算下列物料在Na+、K+、Mg+/Cl-、SO4=H2O五元體系中耶乃克指數(shù)J值。其中：MgSO4摩爾質量為120.4、MgCl2摩爾質量為95.21、Na2Cl2摩爾質量為116.9、K2Cl2摩爾質量為149.1、K2SO4摩爾質量為174.3、H2O摩爾質量為18.02。注:在做作業(yè)時，所用到的物質的摩爾質量，嚴格按照題目所給的摩爾質量進行計算。作業(yè)的計算結果均取三位小數(shù)。（1）某苦鹵，其組成（g/L）如表6-1。表6-1某苦鹵組成（

22、g/L）MgSO4MgCl2Na2Cl2K2Cl2H2O86.17161.43120.5021.20872.40解：從1L苦鹵出發(fā)，算出各鹽及水的摩爾數(shù)：MgSO4 MgCl2 Na2Cl2 K2Cl2 H2O 進而求出各個離子的摩爾數(shù)： K22+ 0.142 Mg2+ 0.716+1.696=2.412 SO42- 0.716 Na22+ 1.031 Cl22- 1.696+1.031+0.142=2.869計算出K22+ Mg2+ SO42- 三種離子摩爾數(shù)之和（簡寫為三離子），作為基準：三離子=0.142+2.412+0.716=3.270按照J值含義，計算出J值： K22+ Mg2+

23、SO42- Na22+ Cl22- H2O （2）某人造光鹵石，其組成（wt ,%）如表6-2。表6-2 某人造光鹵石組成（wt ,%）MgSO4MgCl2Na2Cl2K2Cl2H2O2.530.58.021.038.0解：從100g人造光鹵石出發(fā)，算出各鹽及水的摩爾數(shù)：MgSO4 MgCl2 Na2Cl2 K2Cl2 H2O 進而求出各個離子的摩爾數(shù)： K22+ 0.141 Mg2+ 0.021+0.320=0.341 SO42- 0.021 Na22+ 0.068 Cl22- 0.320+0.068+0.141=0.529計算出K22+ Mg2+ SO42- 三種離子摩爾數(shù)之和（簡寫為三離

24、子），作為基準：三離子=0.141+0.341+0.021=0.503按照J值含義，計算出J值： K22+ Mg2+ SO42- Na22+ Cl22- H2O （3）固相Lan（K2 SO42Mg SO4）解：Lan（K2 SO42Mg SO4）中總干鹽的摩爾數(shù)為：1+2=3mol,其中K2+=1 mol 、Mg+=2 mol、 SO4=3 mol 計算出K2+、Mg+及SO4=三種離子摩爾數(shù)之和（簡寫為三離子），作為基準： 三離子=1+2+3= 6（mol）按照J值含義，計算出J值： K2+ Mg+ SO4= 其J值為：K2+ 16.667、 Mg+ 33.333、SO4= 50.000。6-2標繪Na+、K+、Mg+/Cl-、SO4=H2O體系100簡化干基圖，相平衡數(shù)據(jù)見表6-3，注明各區(qū)域的意義，并回答所繪制的圖當中有多少個四鹽共飽點？有多少條三鹽共飽線？有多少個面與Na2Cl2共飽和？所繪制的相圖要求擺放位置如下：表6-3 Na+、K+、Mg+/C