物理化學電子教案第四章

物理化學電子教案第四章第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三固-液體系屬于凝聚相體系，一般不考慮蒸氣相。一、簡單低共熔混合物固-液體系

簡單低共熔混合物體系相圖一般有兩種形式:（1）水-鹽體系；（2）雙金屬體系；第四節(jié)二組分固一液平衡體系第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三1、水-鹽體系圖中有四個相區(qū)LBN以上：溶液單相區(qū)；LAB之內：冰+溶液兩相區(qū)；第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三NBC以上：(NH4)2SO4(s)＋溶液兩相區(qū)；BAC線以下：冰(s)＋(NH4)2SO4(s)兩相區(qū)。第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三圖中有三條曲線LB線：冰點下降曲線；AN線：稱為鹽的飽和溶解度曲線。BAC線：冰+(NH4)2SO4(s)+溶液三相平衡共存線。第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三圖中有兩個特殊點L點：冰的熔點。B點：冰+(NH4)2SO4(s)+溶液三相共存點，也稱最低共熔點。第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三B點是溶液所能存在的最低溫度，亦是冰和(NH4)2SO4(s)能夠共同熔化的溫度。B點稱為“最低共熔點”。在B點所析出的固體稱為“最低共熔混合物”第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三相圖繪制方法：溶解度—冰點下降法。以H2O-(NH4)2SO4體系為例。在不同溫度下測定鹽的溶解度曲線和冰點下降曲線，根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)，即可繪制出水-鹽的T-x圖。第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三水-鹽體系相圖應用（1）配制冷凍液水鹽體系低共熔溫度252K218K262.5K257.8K冬天，為防止路面結冰，撒上鹽，實際用的就是冰點下降原理。第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三（2）鹽的提取或提純例如(NH4)2SO4鹽精制。方法1：將粗(NH4)2SO4溶解過濾后直接冷卻結晶；第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三方法2：將粗(NH4)2SO4溶解過濾后，先進行部分蒸發(fā)，然后再降溫進行部分結晶，得純的(NH4)2SO4晶體；析出純鹽的質量可由杠桿規(guī)則計算。第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三2、合金體系首先將二組分系統(tǒng)加熱熔化，記錄冷卻過程中溫度隨時間的變化曲線，即冷卻曲線（coolingcurve）。熱分析法繪制低共熔相圖當系統(tǒng)有新相凝聚，放出相變熱，步冷曲線的斜率改變。f*=1，出現(xiàn)轉折點；f*=0，出現(xiàn)水平線段。據(jù)此在T-x圖上標出對應的位置，得到低共熔T-x圖。第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三冷卻曲線(以Bi-Cd系統(tǒng)為例)將100Bi的試管加熱熔化，記錄步冷曲線。在546K時出現(xiàn)水平線段，這時有Bi(s)出現(xiàn)，凝固熱抵消了自然散熱，系統(tǒng)溫度不變。純Bi第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三純Bi當固液兩相平衡共存時，條件自由度f*=C-P+1=1-2+1=0。當熔融液全部凝固，溫度繼續(xù)下降。所以546K是Bi的熔點。第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三含20％Cd的混合物wB(Cd)＝0.20第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三含40％Cd的混合物wB(Cd)＝0.40低共熔混合物(eutecticmixture)；低共熔點(eutecticpoint)第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三含70％Cd的混合物wB(Cd)＝0.70第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三含100％的純Cd純Cd在步冷曲線上，596K是純Cd的熔點。第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三相圖的繪制純Bi第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三wB(Cd)＝0.20第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三wB(Cd)＝0.40第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三wB(Cd)＝0.70第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三純Cd第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三將A,C,E點連接，得到Bi(s)與熔液兩相共存的液相組成線；將H,F,E點連接，得到Cd(s)與熔液兩相共存的液相組成線；將D,E,G點連接，得到Bi(s),Cd(s)與熔液三相平衡共存線；熔液的組成由E點表示。第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三二、有化合物生成的二組分固一液平衡相圖

1、生成穩(wěn)定化合物系統(tǒng)穩(wěn)定化合物：包括穩(wěn)定的水合物，它們有自己的熔點，在熔點時液相和固相的組成相同。屬于這類系統(tǒng)的有：CuCl(s)-FeCl3(s)；Au(s)-Fe(s)；CuCl2-KCl；酚－苯酚；FeCl3－H2O的4種水合物；H2SO4-H2O的3種水合物；第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三CuCl(A)與FeCl3(B)可形成化合物C，H是C的熔點。第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三特點：②化合物C熔化時,液相組成與化合物相同；①化合物C在其熔點之下不分解；第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三相圖可以看作A與C和C與B的兩張簡單的低共熔相圖合并而成，所以的相圖分析與簡單的二元低共熔相圖類似。第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

H2SO4與H2O能形成三種穩(wěn)定的化合物，即H2SO4·H2O(C3)、H2SO4·2H2O(C2)H2SO4·4H2O(C1)，它們都有自己的熔點。相圖可以看作由4張簡單的二元低共熔相圖合并而成。第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三純硫酸的熔點在283K左右，而與水合物C3的低共熔點在235K，所以在冬天用管道運送硫酸時應適當稀釋，防止硫酸凍結。純硫酸的熔點第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三2、生成不穩(wěn)定化合物系統(tǒng)不穩(wěn)定化合物，沒有自己的熔點，在熔點溫度以下就分解為與化合物組成不同的液相和固相。例如系統(tǒng)：第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三在CaF2(A)與CaCl2(B)相圖上,C是A和B生成的不穩(wěn)定化合物。第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三因C沒有自己的熔點，將C加熱，到O點溫度時分解成CaF2(s)和組成為N的熔液，所以將O點的溫度稱為轉熔溫度CaF2·CaCl2(s)

CaF2(s)+solution

737oC第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

FON線也稱為三相線,由A(s),C(s)和組成為N的熔液三相共存，與一般三相線不同的是：組成為N的熔液在端點，而不是在中間。第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三通常有兩種形狀CABDEFGHI熔液lA(s)+lB(s)+C(s)B(s)+lA(s)+C(s)C(s)+l第三十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三基本要求1.掌握克拉貝龍方程和克勞修斯——克拉貝龍方程的應用。2.明確相、組分數(shù)和自由度的概念。3.了解相律意義和應用4.掌握二組分體系的相圖繪制、相圖分析及相圖的應用