三組分系統(tǒng)的相圖及其應用(不講)課件

1、5.6 三組分系統(tǒng)的相圖及其應用等邊三角形坐標表示法當用正三棱柱體表示，底面正三角形表示組成，柱高表示溫度或壓力可用正三角形平面圖表示因為 無法用相圖表示當保持溫度或壓力不變當保持溫度和壓力都不變1三組分系統(tǒng)的相圖及其應用2 在等邊三角形上，沿反時針方向標出三個頂點等邊三角形坐標表示法 三個頂點分別表示純組分A，B 和 C 三條邊上的點表示相應兩個組分的質(zhì)量分數(shù)，對應頂點的含量為零三角形內(nèi)任一點都代表三組分系統(tǒng)3等邊三角形坐標表示法(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)量分數(shù)相等。 例如，d，e，f 物系點，含A的質(zhì)量分數(shù)相同(2) 在通過頂點的任一條線上，其余

2、兩組分之比相等。例如，AD線上，4等邊三角形坐標表示法(3) 如果代表兩個三個組分系統(tǒng)的D點和E點，混合成新系統(tǒng)的物系點O必定落在DE連線上。 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： 哪個物系含量多，O點就靠近那個物系點。5等邊三角形坐標表示法(4) 由三個三組分系統(tǒng)D，E，F(xiàn)混合而成的新系統(tǒng)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混合后新系統(tǒng)的物系點G 再用杠桿規(guī)則求G，F(xiàn)混合后的新系統(tǒng)物系點H，H 即為DEF的重心。6等邊三角形坐標表示法例如，Ab線上，S中含A多，b中含A少。(5) 設S為三組分系統(tǒng) 當S中析出A組分，剩余液相組成沿

3、AS延長線變化，設到達b 。若在 b 中加入A組分，物系點向頂點A移動。 析出A的質(zhì)量可以用杠桿規(guī)則求算：7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8（1）有一對部分互溶系統(tǒng) 一層是在醋酸存在下，水在氯仿中的飽和液，如一系列 a 點所示 另一層是氯仿在水中的飽和液，如一系列 b 點所示這對溶液稱為共軛溶液9（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，所以連結線 不一定與底邊

4、平行。 到達 時，對應的兩相組成為 和10（1）有一對部分互溶系統(tǒng) 繼續(xù)加醋酸，使B，C兩組分互溶度增加，連結線縮短，最后縮為一點 組成帽形區(qū)的 aOb 曲線稱為雙結點溶解度曲線或雙結線 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11 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K點，成均一單相 將所有等溫下的雙結線連成一個曲面，在這曲面之內(nèi)是兩相區(qū)。12 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13（2）有兩

5、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線上讀出14（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15（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)。16（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

6、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(xiàn)三點表示17（3）有三對部分互溶系統(tǒng)因為 在等溫、等壓下， D，E，F(xiàn)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18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。19萃取原理20 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F

7、 S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. 設到達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S x移動，到達H點，含烷烴量比F點高。21萃取塔 工業(yè)上，萃取是在塔中進行。塔內(nèi)有多層篩板，萃取劑從塔頂加入，混合原料在塔下部輸入。 最后，芳烴不斷溶解在萃取劑中，作為萃取相在塔底排出；脫除芳烴的烷烴作為萃余相從塔頂流出。 一次萃取不能完全分離 依靠比重不同，在上升與下降過程中充分混合，反復萃取。22二固體和一液體的水鹽系統(tǒng) 這類相圖很多，很復雜，但在鹽類的重結晶、提純、分離等方面有實用價值。 這里只介紹幾種

8、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)。23二固體和一液體的水鹽系統(tǒng)(1)固體鹽B，C與水的系統(tǒng)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。24二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25鹽類提純 如果B和C兩種鹽類的混合物

9、組成為Q點，如何將B(s)分離出來? 應先加水，使物系點沿QA方向移動，進入BDF區(qū),到達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)26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)。27(2)有復鹽形成的系統(tǒng) 當B，C兩種鹽可以生成穩(wěn)定的復鹽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，F(xiàn)G，GH兩個三相點：F 和 G28(2)有復鹽形成的系統(tǒng)

10、 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29(2)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 當加入C(s)時，溶解度沿EF線變化。30(2)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31(2)有水合物生成的系統(tǒng) 如果C(s)也形成水合物，設為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32利用

11、溫差提純鹽類相圖藍線是在298 K時的相圖紅線是在373 K時的相圖 D是298K時的三相點 是373 K時的三相點 33利用溫差提純鹽類(1)系統(tǒng)中含 較多物系組成為 x 在298 K時，加水溶解，物系點沿xA線向A移動當進入MDB區(qū)時， 全部溶解，剩下固體為34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373 K 這時在線 之上，所有鹽全部溶解 趁熱過濾，將濾液冷卻可得純35利用溫差提純鹽類(2)系統(tǒng)中含 較多物系組成為 x 加水溶解，升溫至 373 K，物系點恰好進入NaNO3結晶區(qū)在W點過濾，去掉36利用溫差提純鹽類(2)系統(tǒng)中含 較多飽和溶液組成為 D“加水降溫至298

12、K進入BDM區(qū)，在 y 處過濾可得純飽和溶液組成為D 在D中加組成為x的粗鹽，使物系點到達W，如此物系點在WDyD之間循環(huán)，就可把混合鹽分開。37利用溫差提純鹽類38三組分低共熔系統(tǒng)的相圖 金屬Sn、Bi和Pb彼此可形成三個二元低共熔相圖，它們的低共熔點分別為E1,E3和E2，低共熔點在底邊組成線上的位置分別為C，D和B。 將平面圖向中間折攏，使代表組成的三個底邊Sn-Bi，Bi-Pb和Pb-Sn組成正三角形，就得到了三維的正三棱柱形的三組分低共熔相圖，縱坐標為溫度。39三組分低共熔系統(tǒng)的相圖 金屬Sn、Bi和Pb彼此可形成三個二元低共熔相圖 它們的低共熔點分別為l1,l3 和 l2 將平面圖向中間折攏，使代表組成的三個底邊Sn-Bi，Bi-Pb和Pb-Sn組成正三角形，就得到了三維的正三棱柱形的三組分低共熔相圖，縱坐標為溫度。40三組分低共熔系統(tǒng)的相圖 一個單相區(qū) 在花冠狀曲面的上方是熔液單相區(qū)； 三個三相共存點 在每個低共熔點 處，是三相共存。 三個兩相區(qū) 在三個曲面上是熔液與對應頂點物的固體兩相共存區(qū)；41三組分低共熔系統(tǒng)的相圖到達 時有金屬Bi析出 如果Sn-Pb系統(tǒng)在 處加入B