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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习资料 欢迎下载第五章 多相平稳 一、主要概念组分数,自由度,相图,相点,共熔点,连结线,三相线,步冷冷却 曲线,低共熔混合物 固相完全不互溶 二、重要定律与公式 本章主要要求把握相律的使用条件和应用,单组分和双组分系统的各类典型相图特点、绘制方法和应用,利用杠杆规章进行有关运算；1、相律：F =K - + n, 其中：K=S-R- R2、相图 1相图：相态与 T, p,x 的关系图,通常将有关的相变点联结而成；2试验方法：试验主要是测定系统的相变点；常用如下四种方法得到；对于气液平稳系统,常用方法蒸气压法和沸点法；液固 凝结 系统,通常用热
2、分析法和溶解度法；3、单组分系统的典型相图对于单组分系统K=1,F=K-+2=3- ；当相数 =1 时,自由度数F=2 最大,即为双变量系统,通常绘制蒸气压-温度 p-T相图,见下图；pBCpBCllssOgCOgAATTa 正常相图b 水的相图图 5-1 常见的单组分系统相图4、二组分系统的相图 类型：恒压的 t-xy和恒温的 p-xy相图；相态：气液相图和液-固凝结系统 相图；1气液相图依据液态的互溶性分为完全互溶细分为形成抱负混合物、最大正偏差和最大负偏差、部分互溶 细分为有一低共溶点和有一转变温度的系统和完全不溶 溶液完全分层 的相图；名师归纳总结 可以作恒温下的p-x压力 -组成 图
3、或恒压下的t-x温度 -组成 图,见图5-2 和图 5-3；B第 1 页,共 6 页t = 常数t = 常数液相线t = 常数p液相线lpg+l液相线lg + lpg + l气相线lg + lg + lg气相线g气相线gAxByBBAxB yBBAxB yBa 抱负混合物b 最大负偏差的混合物c 最大正偏差的混合物- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习资料 欢迎下载图 5-2 二组分系统恒温下的典型气液 p-x 相图tp = 常数Bt气相线或露点线p = 常数tgp = 常数气相线或露点线gl气相线或露点线g + lgg + lg + lg + lg
4、+ l液相线或泡点线液相线或泡点线液相线或泡点线llAx ByBBAx ByBBAxByBa 抱负或偏差不大的混合物b 具有最高恒沸点大负偏差 c 具有最低恒沸点大正偏差 图 5-3 二组分系统恒压下的典型气液相图2 液-固系统相图：通常忽视压力的影响而只考虑t-x 图；固相形成稳固化合物和固相形成不稳固化合物的相图,见下；稳固化合物熔化时固相和液相组成相同,其相图见下图,相当于两个双组分系统 A-C和 C-B 相图的组合；不稳固化合物加热到肯定温度后分解成一种固体和溶液,溶液组成与化合物组成不同,典型为H2O-NaCl 系统,见图；G160FtAs + l l + CsDGl l + B s
5、KBt/120S3Cs + l80ll + NaCls40CO0OLl + NaCl 2H 2Os + NaClsS2三相线COD A s +l + C sAs + C s HI 三相线 HIJ Cs +l + BsJS1-40H2Os + lLl + NaCl 2H 2OsS 2 NaCl 2H2 Os + NaCls100 NaClH2Os + l + NaCl 2H 2Os H2Os + NaCl 2H 2OsC s + Bs020406080ACx BH 2ONaCl 2H2O%（质量 ）d 形成稳固的化合物e 形成不稳固的化合物图 5-4 二组分液固系统的典型相图征；从上可知,只要知
6、道气-液系统或液 -固系统的相图特点,便可知道另一系统的相图特名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习资料 欢迎下载5、杠杆规章在任意的两相平稳区,如图 5-5；某系统tALnLORB中物质的总量为n,组成为xo,在某一温度下达到两相平稳,其对应的左右相态物质的量分别为 nL、nR,组成分别为xL、 xR,就有nRnLxRx OROxLxOx RnRxOxLOLxB 或 mB或nLOLnRRO杠杆规图 5-5 杠杆规章示意图就如横坐标为质量百分数w,就杠杆规章可改写为m,即可运算出平稳时两个相态分布的mLOLmRRO利
7、用杠杆规章,加上式nLnRn或mLmR量；6步冷曲线 或称冷却曲线 的绘制步冷曲线即系统加热到高温后让其冷却得到的系统温度与时间的关系曲线；系统冷却过程中,无相变时,显现连续下降的平滑曲线,但低温区的斜率稍小些；显现相变时,因有热效应,会显现折点,曲线斜率变小；如显现自由度为0 的相变,曲线变水平,斜率为0；三、典型题：给出一些相变点画相图,用相律分析相图,用杠杆原理分析组成,画冷却曲线；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习资料 欢迎下载例 1 NH 42SO4H2O 所组成的二组分系统,在 19.1时有一个低共熔
8、点,此时冰、NH 42SO4s和浓度为 38.4质量分数,下 同 的 NH 42SO4 水 溶 液 平 衡 共 存 ； 在108.9 时 NH 42SO4 饱 和 溶 液 浓 度 为51.8沸腾；1 试绘出相图示意图；2 分析各组分存在的相平稳；3 含 30的 NH 42SO4 水溶液冷却能否 得到纯固体 NH 42SO4？如不能, 如何得 到纯固体 NH 42SO4？4 1kg 含 51.8的 NH 42SO4水溶液在何温度下能得到最多的纯固体NH 42SO4,运算出最多能得到的 NH 42SO4 的量；解： 1 相图和各相组成如下名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6
9、页精选学习资料 - - - - - - - - - t/120R学习资料欢迎下载42SO4sS水蒸气 + NH100Q8060 溶液 + NH 4 2SO4s4020溶 液N0P-20M冰 + 溶液L冰 + NH 4 2SO4s0102030405060708090100H2O %质量NH42SO43 不能；可通过加热蒸发使硫酸铵的浓度增大至超过38.4%即可 . 4 冷却到接近 19.1 时能得到最多的纯固体；设固体量为 51.838.41kg Ws= 10051.8Ws Ws=0.218kg Ws,利用杠杆规章就有,2 （1）利用下面数据绘制Mg-Cu体系的相图； Mg （熔点为648 C
10、）和 Cu（熔点为1085 C）形成两种化合物：低共熔混合物, 其组成分别为MgCu 2（熔点为 800 C）,Mg 2Cu（熔点为 580 C）；形成三个w Mg 010 ,w Mg 033,w Mg 065,它们的熔点分别为 690 C, 560 C 和 380 C；（2）画出组成为wMg025 的 900 C 的熔体降温到100 C 时的步冷曲线；（3）当（2）中的熔体 1kg 降温至无限接近 如干？560 C 时,可得到何种化合物？其质量为名师归纳总结 答：（1）依题给数据绘制相图如下：（2）步冷曲线画在图的右侧；第 5 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - -
11、 - - - - - - 学习资料 欢迎下载Cu wMg在绘制相图之前,第一分别运算化合物Mg MgCu 2 和 Mg 2Cu 中 Mg 的质量分数：MgCu 2 中： w1 Mg 24 31 / 2431 6355 2 0161Mg 2Cu 中： w2 Mg 24 31 2 / 24 31 2 6355 0433（ 3）由图可见,可得到化合物 MgCu 2；设降温在无限接近 560时,析出 MgCu 2 的质量为 ms,就液相质量为1kg- ms ,依据杠杆规章,有ms 0.25-0.161=1kg- ms 0.33-0.25 名师归纳总结 解得：ms=0.47 kg 第 6 页,共 6 页- - - - - - -