二组分简单共熔体系相图的绘制
物化实验
物化实验二组分简单共熔体系相图的绘制1. 对于不同成分混合物的步冷曲线，其水平段有什么不同？答：纯物质的步冷曲线在其熔点处出现水平段，混合物在共熔温度时出现水平段。
而平台长短也不同。
2. 作相图还有哪些方法？答：作相图的方法还有溶解度法、沸点法等。
3. 通常认为，体系发生相变时的热效应很小，则用热分析法很难测得准确相图，为什么？在含Bi30%和80%的二个样品的步冷曲线中第一个转折点哪个明显？为什么？答：因为热分析法是通过步冷曲线来绘制相图的，主要是通过步冷曲线上的拐点和水平段(斜率的改变)来判断新相的出现。
如果体系发生相变的热效应很小，则用热分析法很难产生拐点和水平段。
30%样品的步冷曲线中第一个转折点明显，熔化热大的Sn先析出，所以当发生相变时可以提供更多的温度补偿，使曲线斜率改变较大。
4. 有时在出现固相的冷却记录曲线转折处出现凹陷的小弯，是什么原因造成的？此时应如何读相图转折温度？答：这是由于出现过冷现象造成的，遇到这种情况可以通过做延长线的方式确定相图的转折温度。
5. 金属熔融系统冷却时，冷却曲线为什么出现折点？纯金属、低共熔金属、及合金等转折点各有几个？曲线形状为何不同？答：因为金属熔融系统冷却时，由于金属凝固放热对体系散热发生一个补偿，因而造成冷却曲线上的斜率发生改变，出现折点。
纯金属、低共熔金属各出现一个水平段，合金出现一个折点和一个水平段。
由于曲线的形状与样品熔点温度和环境温度、样品相变热的多少、保温加热炉的保温性能和样品的数量均有关系，所以样品的步冷曲线是不一样的。
对于纯金属和低共熔金属来说只有一个熔点，所以只出现平台。
而对于合金来说，先有一种金属析出，然后2种再同时析出，所以会出现一个折点和一个平台。
6. 有一失去标签的Sn－Bi合金样品，用什么方法可以确定其组成？答：可以通过热分析法来确定其组成。
首先通过热分析法绘制Sn－Bi的二组分相图，然后再绘制该合金样品的步冷曲线，与Sn－Bi的二组分相图对照即可得出该合金的组成。
二组分固---液相图的绘制
平台A+L
B+L
L
A+B
2.药品Sn(化学纯，熔点232 A
D
数据处理：
1.根据表1作温度（T）—时间（t）的曲线（步冷曲线图）。
2.找出各步冷曲线中拐点和平台对应的温度值。
3.查出各拐点温度和平台温度和已知纯Bi、纯Sn的熔点，以温度为纵坐标，以质量百分数为
横坐标，绘出Sn—Bi合金相图。
从相图中找出低共熔点的温度和低共熔混合物的成分。
七、注意事项
1.用电炉加热样品时，注意温度要适当，温度过高样品易氧化变质,石蜡油也易炭化,一般不超过
金属的熔点的30～50℃;温度过低或加热时间不够则样品没有全部熔化，步冷曲线转折点测不出。
2.冷却速度不宜过快,以防步冷曲线转折点不明显.
3.在体系冷却过程中总组成不能发生变化，要防止挥发、氧化、或熔入其它杂质等。
4.加热时，将传感器置于炉膛内；冷却时，将传感器放入玻璃试管中，以防温度过冲。
【思考问题】
1. 试用相律分析各步冷曲线上出现平台的原因。
2. 何谓步冷曲线法？用步冷曲线法测绘相图时，应注意哪些问题？
3. 为什么在不同组分的融熔液的步冷曲线上，最低共熔点的水平线段长度不同？
4.作相图还有哪些方法?
5.步冷曲线上为什么会出现转折点?纯金属、低共熔物及合金等的转折点各有几个?曲线形状有
何不同?为什么?
6.通常认为，体系发生相变时的热效应很小，则用热分折法很难测得确准相图，为什么? 在25%
和75%的二样品的步冷曲线中的第一个转折点哪个明显? 为什么?
3。
物理化学实验报告二组分简单共熔合金相图绘制
一、实验目的1．掌握步冷曲线法测绘二组分金属的固液平衡相图的原理和方法。
2、了解固液平衡相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。
二、主要实验器材和药品1、仪器：KWL-II金属相图(步冷曲线)实验装置、微电脑控制器、不锈钢套管、硬质玻璃样品管、托盘天平、坩埚钳2、试剂：纯锡（AR）、纯铋（AR）、石墨粉、液体石蜡三、实验原理压力对凝聚系统影响很小，因此通常讨论其相平衡时不考虑压力的影响，故根据相律，二组分凝聚系统最多有温度和组成两个独立变量,其相图为温度组成图。
较为简单的组分金属相图主要有三种:一种是液相完全互溶，凝固后固相也能完全瓦溶成固体混合物的系统最典型的为Cu- Ni系统;另一种是液相完全互溶，而固相完全不互溶的系统,最典型的是Bi- Cd 系统;还有一种是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如Pb- Sn或Bi- Sn系统。
研究凝聚系统相平衡,绘制其相图常采用溶解度法和热分析法。
溶解度法是指在确定的温度下，直接测定固液两相平衡时溶液的浓度，然后依据测得的温度和溶解度数据绘制成相图。
此法适用于常温F易测定组成的系统，如水盐系统。
热分析法(步冷曲线法)则是观察被研究系统温度变化与相变化的关系，这是绘制金属相图最常用和最基本的实验方法。
它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，来得到金属或合金中相转变温度的方法。
其原理是将系统加热熔融，然后使其缓慢而均匀地冷却，每隔定时间记录一次温度，物系在冷却过程中温度随时间的变化关系曲线称为步冷曲线(又称为冷却曲线)。
根据步冷曲线可以判断体系有无相变的发生。
当体系内没有相变时，步冷曲线是连续变化的;当体系内有相变发生时，步冷曲线上将会出现转折点或水平部分。
这是因为相变时的热效应使温度随时间的变化率发生了变化。
因此，由步冷曲线的斜率变化可以确定体系的相变点温度。
测定不同组分的步冷曲线，找出对应的相变温度，即可绘制相图。
二组分合金相图的绘制实验报告
二组分合金相图的绘制一、实验目的：1.通过实验，用热分析法测绘锡—铋二元合金相图。
2。
了解热分析法的测量技术与有关测量温度的方法。
二、实验原理:绘制相图常用的基本方法,其原理是根据系统在均匀冷却过程中，温度随时间变化情况来判断系统中是否发生了相变化.将金属溶解后，使之均匀冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线称为步冷曲线.若熔融体系在均匀冷却的过程中无相变，得到的是平滑的冷却线，若在冷却的过程中有相变发生，那么因相变热的释放与散失的热量有所抵偿，步冷曲线将出现转折点或水平线段，转折点所对应的温度即为相变温度。
时间（a）纯物质（b）混合物（c)低共熔混合物图1 典型步冷曲线对于简单的低共熔二元合金体系，具有图1所示的三种形状的步冷曲线。
由这些步冷曲线即可绘出合金相图。
如果用记录仪连续记录体系逐步冷却温度，则记录纸上所得的曲线就是步冷曲线。
用热分析法测绘相图时,被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此体系的冷却速度必须足够慢才能得到较好的结果。
Sn-Bi合金相图还不属简单低共熔类型，当含Sn 81％以上即出现固熔体。
三、实验仪器和药品:仪器和材料：金属相图实验炉(图2），微电脑温度控制仪，铂电阻,玻璃试管，坩埚,台天平。
药品:纯锡（CR）、纯铋（CR)，石墨.四、实验步骤：1。
配制样品用感量为0.1g的托盘天平分别配制含铋量为30%、58%、80%的锡铋混合物各100g，另外称纯铋100g、纯锡100g，分别放入五个样品试管中。
2。
通电前准备①首先接好炉体电源线、控制器电源、铂电阻插头、信号线插头、接地线。
图2 金属相图实验炉接线图②将装好药品的样品管插入铂电阻，然后放入炉体.③设置控制器拨码开关:由于炉丝在断电后热惯性作用，将会使炉温上冲100℃—160℃（冬天低夏天高)。
因此设置拨码开关数值应考虑到这一点。
例如：要求样品升温为350℃，夏天设置值为170℃.当炉温加热至170℃时加热灯灭，炉丝断电，由于热惯性使温度上冲至350℃后,实验炉自动开始降温。
物理化学实验报告——二元合金相图的绘制
物理化学实验报告班级：姓名：学号：实验日期：2019年5月18日实验名称：二元合金相图的绘制一、实验目的（一）学习热分析法绘制相图的基本原理（二）加深对相变过程的认识和理解二、实验原理热分析法是一种常用的绘制相图方法。
由于一切相变过程都伴随着热的吸收或放出，因此将系统均匀加热或冷却时，若不发生相变，则温度T随时间t变化的T-t 曲线是光滑的，即温度随时间的变化率是连续的；当系统发生相变化时，其T-t曲线就会出现转折点或平台，其温度随时间的变化率会发生突跃。
把这种温度随时间变化的T-t曲线称为步冷曲线。
步冷曲线上的转折点或平台对应的温度就是开始发生相变化的温度。
根据多个组成不同的二组分系统的步冷曲线即可绘制出相图。
图2.9.1(b)就是一种常见的二组分简单低共熔物系的相图。
所谓简单低共熔物系是指两种不同物质在固态互不相溶（即彼此不生成固溶体），这两种物质也不生成化合物。
Pb-Sn二元凝聚物系相图就属于简单低共熔混合物系相图。
对于纯物质而言，当把它冷却到凝固点时，其步冷曲线上会出现一个水平段。
二组分液态混合物系的凝固过程并不是在一个温度点上完成的。
在凝固过程中，随着某个纯固体组分的析出，溶液的组成会不断发生变化，所以它的凝固点（即二相平衡温度）也会发生不断变化。
与此同时，由于凝固过程是放热的，即系统在对外放热的同时也会得到部分热量的补充，所以其温度降低速度会明显放慢，其步冷曲线上会出现一个拐点。
步冷曲线上的拐点与相图中的点有一一对应的关系。
在实验过程中需要注意以下几点：(1)因为待绘制的相图是平衡状态图，故实验过程中被测系统需时时处于或接近于平衡状态。
所以在系统冷却时，冷却速度应足够缓慢。
冷却过程中应尽量保持环境状况前后一致，不要搅拌，也不要晃动温度探头或样品管。
(2)实验过程中，待测样品的实际组成应与标签一致。
如果实验过程中样品未混合均匀或部分样品发生了氧化，则实验结果就误差越大。
(3)测得的温度值必须能真正反映系统的温度。
实验二 二组分合金相图的绘制
3.金相试样制备过程（包括取样（镶嵌）、磨制、抛光和浸蚀） （1）取样 取样部位的选择应根据检验的目的选择有代表性的区域。一般进行如下几方 面的取样。 原材料及铸锻件的取样：原材料及铸锻件的取样主要应根据所要检验的内容 进行纵向取样和横向取样。 纵向取样检验的内容包括：非金属夹杂物的类型、大小、形状；金属变形后 晶粒被拉长的程度；带状组织等。 横向取样检验的内容包括：检验材料自表面到中心的组织变化情况；表面缺 陷；夹杂物分布；金属表面渗层与覆盖层等。 事故分析取样：当零件在使用或加工过程中被损坏，应在零件损坏处取样然 后再在没有损坏的地方取样，以便于对比分析。 取样的方法：取样的方法因为材料的性能不一样，有硬有软，所以取样的方 法也不一样。软材料可用锯、车、铣、刨等来截取；对于硬的材料则用金相切割 机或线切割机床截取，切割时要用水冷却，以免试样受热引起组织变化；对硬而 脆的材料，可用锤击碎，选取合适的试样。 试样的大小以便于拿在手里磨制为宜，通常一般为 φ12×15mm 圆柱体或 12×12×15mm 正方体。取样的数量应根据工件的大小和检验的内容取 2-5 个为宜。 镶嵌：截取好的试样有的过于细小或是薄片、碎片，不宜磨制或要求精确分
影响 DSC 升温曲线上吸热峰（或放热峰）的形状，对升温过程中吸热转变起始 温度影响很小，所以相图测量结果比热分析方法要精确，而且可以测量具有晶型 转变合金的相图。与热分析方法测量相图一样，对样品的均匀性与纯度要充分考 虑。
二组分简单共熔系统平衡相图
二组分简单共熔系统平衡相图二组分简单共熔系统平衡相图周韬摘要：本实验测定了Sn-Zn二组分简单共熔系统的平衡相图。
关键词：共熔体系； 1前言沈王庆、覃松、陈功在测定Sn-Pb二组分共熔相图时①利用热电偶和步冷曲线测定不同比例混合物的熔点，将实验数据用excel进行处理绘制出了平衡相图。
由于Pb有毒性，所以本次实验改测Sn-Zn二组分的共熔曲线。
热电偶数据用无纸记录仪通过电脑记录，最后的数据运用origin进行处理，得到的实验结果与文献值能够较好的符合。
2 实验部分 2.1原理一般，由于热分析法中的步冷曲线法仪器简单易得、操作简单以及结果准确等优点，二组分金属共熔系统相图的绘制都采用此种办法进行数据测定。
两种金属混合熔化，在进行缓慢冷却的过程中，混合组分没有相变时，温度连续下降，冷却的温度-时间曲线（步冷曲线）为一条光滑的曲线；当组分发生相变时，发出相变热，补偿了一部分的热量散失，所以连续下降的步冷曲线出现一个转折点或者一段平台。
而二组分的金属混合物一般会产生两个相变点，所以步冷曲线会出现如图1所示的步冷曲线：将不同含量的混合物的相变点都画到一个坐标图上，即为这两种金属的相图。
图1两组分金属步冷曲线图2二组分金属简单共熔相图在实际的实验操作过程中，步冷曲线常常出现过冷现象。
过冷现象是一种热力学上的不稳定状态，结晶时，实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。
在通过外界摩擦等作用下会迅速凝固，并使温度回升，表现在步冷曲线上便是一个V字形。
出现过冷现象是，只需要将转折后的曲线延长与转折出现之前的曲线相交，交点温度即为相变温度。
2.2实验方法 2.2.1主要仪器及药品仪器镍铬-镍硅热电偶1支；盛合金的硬质玻璃管7只；高温管式电炉2只（加热炉、冷却炉）；调压器（2kw）1只；二元合金相图计算机测试系统1套。
试剂锌、锡、铋（AR）；石墨粉。
2.2.2实验方法①如图所示安装仪器并接好电路图3有过冷现象的步冷曲线图4步冷曲线测定装置图1 调压器；2 UJ-36电位差计；3 热电偶；4小瓷管； 5硬质玻璃管；6 金属混合物；7 加热炉（冷却炉）；②校正热电偶以及制作步冷曲线。
二元合金相图的绘制实验报告
实验九二元合金相图的绘制【摘要】本文的目的是使我们加深对相变化过程的认识和理解，学习和掌握绘制相图的方法。
采用法热分析法绘制步冷曲线，从而绘制铋跟铬共熔体的简单低共熔相图；测定了铋跟铬共熔体系中的低共熔点时的成分组成及低共熔温度。
实验结果表明，铋跟铬共熔体系中的低共熔点时，铋的含量为56％，低共熔温度为148.6℃。
结果说明，实验方法正确，结果较为理想，但仍存在一定的误差。
【前言】相图是用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图。
对蒸气压较小的二组分凝聚体系，常以温度—组成图来描述。
热分析法是一种常用的绘制相图方法。
由于一切相变过程都伴随着热的吸收或放出,因此将系统均匀加热或冷却时,若不发生相变,则温度T随时间t变化的T-t曲线是光滑的，即温度随时间的变化率是连续的；当系统发生相变化时,其T-t曲线就会出现转折点或平台,其温度随时间的变化率会发生突跃。
把这种温度随时间变化的T-t曲线称为步冷曲线。
步冷曲线上的转折点或平台对应的温度就是开始发生相变化的温度。
根据多个组成不同的二组分系统的步冷曲线即可绘制出相图。
下图就是一种常见的二组分简单低共熔物系的相图。
所谓简单低共熔物系是指两种不同物质在固态互不相溶(即彼此不生成固溶体),这两种物质也不生成化合物。
铋-铬二元凝聚物系相图就属于简单低共熔混合物系相图。
对于纯物质而言，当把它冷却到凝固点时，其步冷曲线上会出现一个水平段，这是由于在定压力下，根据相律系统的自由度f与组分数C、相数P的关系以表示为：f=C−P+1故一定压力下当纯物质处于固液两相平衡时，C=1，P=2，自由度f=0,所以温度恒定不变，其步冷曲线上会出现一个平台((即水平段)。
上图中的曲线0.0就是x B=0.0时即纯A的步冷曲线；曲线1.0是x B=1.0时即纯B的步冷曲线。
在开始凝固之前和完全凝固以后，系统中只有一种纯液体或只有一种纯固体。
物化实验思考题答案
思考题答案差热分析1差热分析技术与简单热分析法有何异同？前者分析的内容更丰富，设备为DSC，TGA等分析仪；是在程序控温条件下，测量物质物理，化学性质随温度变化的函数关系的一种技术。
后者内容单一，设备简单(见大学物化实验教程)；2（2）升温速率的影响和选择升温速率不仅影响峰温的位置，而且影响峰面积的大小，一般来说，在较快的升温速率下峰面积变大，峰变尖锐。
但是快的升温速率使试样分解偏离平衡条件的程度也大，因而易使基线漂移。
更主要的可能导致相邻两个峰重叠，分辨力下降。
较慢的升温速率，基线漂移小，使体系接近平衡条件，得到宽而浅的峰，也能使相邻两峰更好地分离，因而分辨力高。
但测定时间长，需要仪器的灵敏度高。
一般情况下选择8度·min-1～12度·min-1为宜。
（3）试样的预处理及用量试样用量大，易使相邻两峰重叠，降低了分辨力。
一般尽可能减少用量，最多大至毫克。
样品的颗粒度在100目～200目左右，颗粒小可以改善导热条件，但太细可能会破坏样品的结晶度。
对易分解产生气体的样品，颗粒应大一些。
参比物的颗粒、装填情况及紧密程度应与试样一致，以减少基线的漂移。
3不同，因为参比物有热稳定性，而试样无，性质不一样，所以不同燃烧热1.在燃烧热测定实验中,哪些是体系?哪些是环境?有无热交换?这些热交换对实验结果体系：内筒水，氧弹，温度计，内筒搅拌器。
环境；外筒水实验过程中，由于对流和辐射，存存在热消耗。
采取措施（1）量热计上方加盖，减少对流；（2）外筒内壁和内筒外壁皆镀成镜面，减少热辐射2答案参见网络收藏夹中物化思考题答案的网页3实验中哪些因素容易造成误差？如果要提高实验的准确度应从那几方面考虑？1、把苯甲酸在压片机上压成圆片时，压得太紧,点火时不易全部燃烧；压得太松,样品容易脱落；要压得恰到好处。
2、将压片制成的样品放在干净的滤纸上,小心除掉有污染和易脱落部分,然后在分析天平上精确称量.混入污染物、称重后脱落、造成称重误差；3、安装热量计时，插入精密电子温差测量仪上的测温探头,注意既不要和氧弹接触,又不要和内筒壁接触,使导线从盖孔中出来，接触了对测温造成误差；4、测量初期、主期、末期，温度的观测和记录准确度；5、停止实验后,从热量计中取出氧弹,取下氧弹盖,氧弹中如有烟黑或未燃尽的试样残余,试验失败,应重做.如果残留了不易观测到的试样残留物、而又把它当作没有残留完全充分燃烧处理数据，势必造成较大误差；6、数据处理中，用雷诺法校正温差，观测燃烧前后的一系列水温和时间的观测值误差,造成校正曲线的不准确；从开始燃烧到温度上升至室温这一段时间△t1内,由环境辐射和搅拌引进的能量所造成的升温,故应予扣除。
二组分固态互溶系统液固平衡相图(共9张PPT)
（1）等边三角形表示法
F=C-P+2=5-P
当Fmin=0 时，Pmax=5，最多可以 有五相共存
当 Pmin=1时， Fmax=4，这四个
变量是T、P和组成x1和x2
★ 等边三角形的三个顶点分别代 表纯组分A、B、C
★ 三条边则代表A-B、B-C、C-A 三个两组分系统
• 11.1 三组分系统相律分析
• 11.2 三组分系统图解表示法 • 11.3 三组分系统一对液体部分互溶的恒温液-液相图
★ 水与醋酸、氯仿与醋酸以任意 比例互溶，水与氯仿部分互溶。 ★ 共轭溶液：氯仿层、水层 ★ d→C过程分析：
连结线---实线、非平行线 会溶点---不是最高点、不止一
个
10 ★
生d→成C化过合程物分的析二：1组-分--凝l 聚系统相2图---α
3---β
2 三组分系统图解表示法
（1）等边三角形表4示-法--α+l 5---β+l 6--- α+β
F=C-P+2=5-P
111三三组组分分系系统统相液律-液分S平析1衡S相2-图-- α+β+l
2 三组分系统图解表示法
F=C-P+2=5-P 11 三组分系统液-液平衡相图 11 三组分系统液-液平衡相图
M g 2 S i(s) 1 1 0 2 C M g 2 S i(l) NaCl2H2O(s) 0 .15 CmNaCl(s)(m1)l
§6.11 三组分系统液-液平衡相图
• 11.1 三组分系统相律分析
§6.9 二组分固态互溶系统液固平衡相图
• 9.1 固态完全互溶系统
• 当Fmin=0 时9，.Pm2ax固=5，态最多部可以分有五互相溶共存系统
二组分系统的相图及应用
A
xB
B
非理想系统的 p-x 和 T-x 图
等温 p
液
pB
p
p
A
xB
气
B
pA
气
A
xB
T液
B
A
xB
B
如图所示，是对Raoult定律发生正偏差
虚线为理论值，实线为实验值。真实的蒸气压 大于理论计算值。
液相组成线不再是直线
(2)正偏差很大，在 p-x 图上有最高点
等温
p
A
xB
l
p
p*
g
A
定温
373 A'
An
A"
T1
在 T1 温度作水平线
两相
交点 A' A" 称为 共轭配对点
313 D
C
0 0.2 0.4 0.6
H2O 质量分数
E
0.8 1.0
C6H5 NH2
A n 是共轭层组成的平均值
H2O-C6H5 NH2的溶解度图
BC 是平均值的连线，不一定是垂直线
部分互溶的双液系
（2）具有最低会溶温度
组分的含量较高。
T1
定压
g
c g-l d b
a
一次简单蒸馏，馏出
物中B含量会显著增加，剩 0
余液体中A组分会增多。
A
x2 x1
xB
l
TB*
y2 y1
1.0 B
蒸馏（或精馏）的基本原理
简单蒸馏
TA*
T T2 T1
0 A
c g-l a
x2 x1
xB
定压
g
d b
l
物理化学课件二组分体系相图
假定 H vap m的值与温度无关，积分得：
lnp2 vapHm(11)
p1
R T1 T2
这公式可用来计算不同温度下的蒸气压或摩尔蒸发热。
6.2.2 Clapeyron方程
三条两相平衡线的斜率均可由Clausius-Clapeyron 方程或Clapeyron方程求得。
f * * = （ 3 - 1 ） - 1 + 0 = 1 （ X B ）
d ） T = 4 5 0 ℃ , P = 1 5 0 P θ , 有 催 化 剂 , 发 生 反 应
投 料 比 ： N 2 ∶ H 2 = 1 ∶ 3 R ’ = 1 f * * = （ 3 - 1 - 1 ） - 1 + 0 = 0
注意：
a ） 独 立 的 浓 度 限 制 条 件 （ 初 始 条 件 或 分 解 ）
说明：不同物质在同一相中的浓度限制条件 R’=0 C a C O 3 （ s ） → C a O （ s ） + C O 2 （ g ）
b ） 独 立 的 化 学 反 应 数 “ R ” 表 示
化 学 平 衡 时 ， 平 衡 常 数 限 制 浓 度
d dT PV Sii,,m m
Si,m Vi ,m
Si,m Vi,m
相变摩尔熵 相变摩尔体积
Si,m
Hi,m T
得：
dP H i,m
Clapeyron equation 适用于纯物质两相
dT
TVi , m
平衡
6.2.2 Clapeyron方程
在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平 衡时，蒸气压随温度的变化率可用下式表示：
§ 6.1.1 基本概念
相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均
二组分低共熔体系相图的绘制
热分析法绘制相图
用热分析法测绘相图时,被测体系必须时时处于或接近相 平衡状态,因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果 .
仪器和试剂
电炉加热系统:可控升降温电炉 不锈钢样品管10只1为纯Bi 、 2~ 9为含
12.5％、25％、35％、45％、55％、65％、 75％、87.5％的Sn, 10为纯Sn 数字式控温仪; 热电偶一支
实验步骤
1 将样品管和热电偶都直接放入电炉加热管内热电偶 不要插入样品管；
2 加热控温仪置于工作档,至熔化加热到炉膛温度 320℃.实际熔化温度是272℃左右,加热到320℃是为了 确保熔化完全；
温度不要超过370℃,否则会损坏热电偶 3热电偶插入样品管,自然冷却控温仪置于置数档,每 隔30s 记一次温度,测至小于120℃ ; 4 换样品,重新测量.
故控制好样品的降温速度很重要,开始降温时控制在4℃/min ～6℃/min.
思考题
1. 冷却曲线上的拐点是怎么来的 2. 如果有两个样品,一个为纯金属A,另一个 为组成为低共熔体的合金含A,你如何通过 冷却曲线对它们进行区分
变； ②体系内发生相变,则温度--时间曲线上会出现
转折点或水平段.根据各样品的温度--时间曲线上的 转折点或水平段,就可绘制相图.
温度--时间曲线,即步冷曲线
转折点：
表示温度随时间的变化率 发生了变化.
水平段：
表示在水平段内,温度 不 随时间而变化.
A
B
C
图A是单组分体系, 图B是二元混合物, 图 C是低共融体系的步冷曲线.
T/K
600K
454K
L+Pbs
L单相区
Pbs+Sns
L+Sns
二组分简单共熔体系相图的绘制.
实验七二组分简单共熔体系相图的绘制------Cd～Bi二组分金属相图的绘制1 实验目的及要求：1）应用步冷曲线的方法绘制Cd～Bi二组分体系的相图。
2）了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。
2 实验原理：…用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图，叫相图。
绘制相图的方法很多，其中之一叫热分析法。
在定压下把体系从高温逐渐冷却，作温度对时间变化曲线，即步冷曲线。
体系若有相变，必然伴随有热效应，即在其步冷曲线中会出现转折点。
从步冷曲线有无转折点就可以知道有无相变。
测定一系列组成不同样品的步冷曲线，从步冷曲线上找出各相应体系发生相变的温度，就可绘制出被测体系的相图，如图Ⅱ一6一l所示。
纯物质的步冷曲线如①⑤所示，从高温冷却，开始降温很快，口6线的斜率决定于体系的散热程度。
冷到A的熔点时，固体A开始析出，体系出现两相平衡(溶液和固体A)，此时温度维持不变，步冷曲线出现bc的水平段，直到其中液相全部消失，温度才下降。
混合物步冷曲线(如②、④)与纯物质的步冷曲线(如①、⑤)不同。
如②起始温度下降很快(如a′b′段)，冷却到b′点的温度时，开始有固体析出，这时体系呈两相，因为液相的成分不断改变，所以其平衡温度也不断改变。
由于凝固热的不断放出，其温度下降较慢，曲线的斜率较小(b′c′段)。
到了低共熔点温度后，体系出现三相，温度不再改变，步冷曲线又出现水平段c′d′，直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。
曲线⑧表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其图形与纯物相似，但它的水平段是三相平衡。
用步冷曲线绘制相图是以横轴表示混合物的成分，在对应的纵轴标出开始出现相变(即步冷曲线上的转折点)的温度，把这些点连接起来即得相图。
3 仪器与药品：加热电炉1只，热电偶(铜一康铜)1根，不锈纲试管8只，控温测定装置1台，计算机1台，镉(化学纯)，铋(化学纯)。
二组分简单共熔系统相图的绘制
实验名称：二组分简单共熔系统相图的绘制一、实验目的：1. 用热分析法绘制Sn-Zn相图2. 熟悉热分析法的测量原理3. 掌握热电偶的标定和测温技术二、实验原理：本实验采用热分析法中的步冷曲线方法绘制Zn-Sn系统的固液平衡相图。
在定压下把体系从高温逐渐冷却，作温度对时间变化曲线，即步冷曲线。
体系若有相变，必然伴随有热效应，即在其步冷曲线中会出现转折点。
从步冷曲线有无转折点就可以知道有无相变。
测定一系列组成不同样品的步冷曲线，从步冷曲线上找出各相应体系发生相变的温度，就可绘制出被测体系的相图。
在冷却过程中，常出现过冷现象，布冷曲线在转折点出现起伏，遇此情况可通过作图法找到正常的转折点。
用热分析法测绘相图时，被测系统必须时时处于或接近相平衡状态，因此，系统的冷却速度必须足够慢，才能得到较好的结果。
三、仪器与试剂：仪器：镍铬-镍硅热电偶1支；U-36电位差计1台；小保温瓶1只；盛合金的硬质玻璃管7只；高温管式电炉2只（加热炉、冷却炉）；调压器（2KW）1只；坩埚钳1把；二元合金相图计算机测试系统1套。
试剂：锡、锌、铋（均为AR）；石墨粉。
四、实验步骤：（1）热电偶的制作：取一段长约0.6m的镍铬丝，用小瓷管穿好，再取两段各长0.5m的捏个丝，参照教材制作热电偶。
（实验室已制作）。
（2）配置样品：100%Bi；100%Sn；100%Zn；45%Sn+55%Zn；75%Sn+25%Zn；91.2%Sn+8.8%Zn ；95%Sn+5%Zn。
（3）安装：安装仪器并接好线路。
（4）加热溶化样品，制作步冷曲线：依次测1100%Bi；100%Sn；100%Zn；45%Sn+55%Zn；75%Sn+25%Zn；91.2%Sn+8.8%Zn ；95%Sn+5%Zn；样品的步冷曲线。
装了样品的玻璃管放在加热炉中，接通电炉电源，调节变压器，待样品完全熔化后，再升高温度50℃，停止加热，然后把样品从加热炉里拿出放在冷却炉中。
物理化学实验报告二组分简单共熔合金相图绘制
物理化学实验报告二组分简单共熔合金相图绘制-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN一、实验目的1．掌握步冷曲线法测绘二组分金属的固液平衡相图的原理和方法。
2、了解固液平衡相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。
二、主要实验器材和药品1、仪器：KWL-II金属相图(步冷曲线)实验装置、微电脑控制器、不锈钢套管、硬质玻璃样品管、托盘天平、坩埚钳2、试剂：纯锡（AR）、纯铋（AR）、石墨粉、液体石蜡三、实验原理压力对凝聚系统影响很小，因此通常讨论其相平衡时不考虑压力的影响，故根据相律，二组分凝聚系统最多有温度和组成两个独立变量,其相图为温度组成图。
较为简单的组分金属相图主要有三种:一种是液相完全互溶，凝固后固相也能完全瓦溶成固体混合物的系统最典型的为Cu- Ni系统;另一种是液相完全互溶，而固相完全不互溶的系统,最典型的是Bi- Cd 系统;还有一种是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如Pb- Sn或Bi- Sn系统。
研究凝聚系统相平衡,绘制其相图常采用溶解度法和热分析法。
溶解度法是指在确定的温度下，直接测定固液两相平衡时溶液的浓度，然后依据测得的温度和溶解度数据绘制成相图。
此法适用于常温F易测定组成的系统，如水盐系统。
热分析法(步冷曲线法)则是观察被研究系统温度变化与相变化的关系，这是绘制金属相图最常用和最基本的实验方法。
它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，来得到金属或合金中相转变温度的方法。
其原理是将系统加热熔融，然后使其缓慢而均匀地冷却，每隔定时间记录一次温度，物系在冷却过程中温度随时间的变化关系曲线称为步冷曲线(又称为冷却曲线)。
根据步冷曲线可以判断体系有无相变的发生。
当体系内没有相变时，步冷曲线是连续变化的;当体系内有相变发生时，步冷曲线上将会出现转折点或水平部分。
这是因为相变时的热效应使温度随时间的变化率发生了变化。
§5.8 低共熔二元相图
Φ 3 f * 2 1 Φ 0 温度不能改变
f* 0 f * 1
E
3. 熔液消失,Bi和Cd共存
Φ 2
f * 2 1 Φ 1
7
t /s
温度又可下降
Cd-Bi二元相图的绘制
4．完成Bi-Cd T-x相图
连接A,C,E点,得到Bi(s) 与熔液两相共存的液相 组成线
C
0.2
0.4 wB
0.6
0.8
B(NH4 )2 SO4
1.0
BAC 线以下，
冰与 (NH4 )2 SO4 (s) 两相区
14
2. 溶解度法 有三条两相交界线： LA线 冰+溶液两相共 存时，溶液的组成曲 线，也称为冰点下降 曲线。
373 353 333
定压
N
T/K
313 293 273 253 233 0
程中温度随时间的变化曲线，即步冷曲线 当系统有新相凝聚，放 出相变热，步冷曲线的斜
f* 2
率变小
出现转折点
T
f 1
*
f * 1
f* 0
f * 1
出现水平线段
f* 0
据此在T-x图上标出对应的位
置，得到二组分低共熔T-x图
t
3
Cd-Bi二元相图的绘制
1.0Bi
a
A
0.4Cd 1.0Cd 0.2Cd 0.7Cd b c d e H A'
LAN 以上溶液单相区 LAB 之内冰+溶液两相区
373 353 333
定压
N
T/K
313 293 273 253 233 0
A(H2O)
溶液 单相
L
二组分合金系统相图的绘制
综合测试实验一、目的要求1.用热分析步冷曲线法绘制铋-镉二组分金属相图2.掌握热分析法的测量技术二、基本原理较为简单的二组分金属相图主要有三种：一种是液相完全互溶，固相也完全互溶成固溶体的系统，最典型的为Cu-Ni 系统；一种是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型的是Bi-Cd系统；还有一种是液相完全互溶，固相是部分互溶的系统，如Pb-Sn系统，本实验研究的是Bi-Cd系统。
热分析中的步冷曲线法是绘制相图的基本方法之一。
它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时，热量的释放或吸收及热容的突变，得到金属或合金中相转变温度的方法。
本实验是先将金属或合金全部熔化，然后让其在一定的环境中冷却，并在电脑上自动画出温度随时间变化的关系曲线—步冷曲线（见图1）。
当熔融的系统均匀冷却时，如果系统不发生相变，则系统的温度随时间的变化是均匀的，冷却速率较快（如图1中ab线段）；若在冷却过程中发生了析出固体的相变，由于在相变过程中伴随着放热效应，所以系统的温度随时间变化的速率发生改变，系统的冷却速率减慢，步冷曲线上出现转折（如图1中b 点）。
当熔液继续冷却到某一点时（如图1中c点），系统以低共熔混合物固体析出，在低共熔混合物全部凝固以前，系统温度保持不变，因此步冷曲线上出现水平线段（如图1中cd线段）；当熔液完全凝固后，温度才迅速下降（如图1中的线段）。
图1步冷曲线图2步冷曲线与相图由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物体系，可以根据它的步冷曲线得出有固体析出的温度和低共熔点温度。
根据一系列组成不同系统的步冷曲线的各转折点，即可画出二组分系统的相图（温度-组成图）。
不同组成熔液的步冷曲线对应的相图如图2所示。
用步冷曲线法绘制相图时，被测系统必须时时处于接近相平衡状态，因此冷却速率要足够慢才能得到较好的结果。
三、仪器和试剂1.仪器：ZR-HX金属相图试验装置一套；电脑一台（四套公用）2.试剂：铋（分析纯、熔点为544.5 K）、镉（分析纯、熔点为594.1 K）四、实验步骤1.配制试样：配制含铋质量分数分别为20%、40%、60%、80%的Bi-Cd合金150g，再称纯Bi、纯Cd各150 g，分别放入6个不锈钢试管中，上面滴入约1 mL的硅油。
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二组分简单共熔体系相图的绘制
————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：
实验七二组分简单共熔体系相图的绘制
-－----Cd～Ｂi二组分金属相图的绘制１实验目的及要求:
1）应用步冷曲线的方法绘制Cd～Bｉ二组分体系的相图。
２）了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同,其相变点的温度应如何确定。
2 实验原理：…
用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何,不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图，叫相图。
绘制相图的方法很多，其中之一叫热分析法。
在定压下把体系从高温逐渐冷却,作温度对时间变化曲线，即步冷曲线。
体系若有相变，必然伴随有热效应,即在其步冷曲线中会出现转折点。
从步冷曲线有无转折点就可以知道有无相变。
测定一系列组成不同样品的步冷曲线,从步冷曲线上找出各相应体系发生相变的温度，就可绘制出被测体系的相图，如图Ⅱ一6一l所示。
纯物质的步冷曲线如①⑤所示，从高温冷却，开始降温很快，口６线的斜率决定于体系的散热程度。
冷到A的熔点时，固体Ａ开始析出,体系出现两相平衡（溶液和固体Ａ)，此时温度维持不变，步冷曲线出现ｂc的水平段,直到其中液相全部消失，温度才下降。
混合物步冷曲线（如②、④）与纯物质的步冷曲线(如①、⑤)不同。
如②起始温度下降很快（如a′b′段），冷却到ｂ′点的温度时，开始有固体析出,这时体系呈两相,因为液相的成分不断改变，所以其平衡温度也不断改变。
由于凝固热的不断放出，其温度下降较慢,曲线的斜率较小(b′ｃ′段)。
到了低共熔点温度后,体系出现三相，温度不再改变,步冷曲线又出现水平段c′d′,直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。
曲线⑧表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其图形与纯物相似，但它的水平段是三相平衡。
用步冷曲线绘制相图是以横轴表示混合物的成分,在对应的纵轴标出开始出现相变(即步冷曲线上的转折点)的温度,把这些点连接起来即得相图。
３仪器与药品：
加热电炉１只,热电偶(铜一康铜)1根,不锈纲试管8只，控温测定装置1台，计算机1台，镉（化学纯),铋（化学纯)。
4 实验步骤:
1)配制不同质量百分数的铋、镉混合物各１00g(含量分别为0%,１5%，25％,4０%，55%，75％，90％，100%)，分别放在８个不锈纲试管中。
2）用控温测定装置装置,依次测纯镉、纯铋和含镉质量百分数为9０％,７5％,５5％，40%，25％,15%样品的步冷曲线。
将样品管放在加热电炉中加热，让样品熔化,同时将热电偶的热端(连玻璃套管）插入样品管中，待样品熔化后，停止加热。
用热电偶玻璃套管轻轻搅
拌样品,使各处温度均匀一致，避免过冷现象发生。
3)样品冷却过程中，冷却速度保持在6K／miｎ～8K/mｉn之间(当环境温度较低时，可加一定的低电压于电炉中)，热电偶的热端应放在样品中央,离样品管管底不小于lcｍ，否则将受外界的影响，而不能真实反映被测体系的温度。
当样品均匀冷却时，用计算机记录降温曲线, 直到步冷曲线的水平部分以下为止。
5实验注意事项:
1）电炉加热时注意温度不宜升得过高,以防止欲测金属样品氧化,最高加热温度设置为350℃，到设定的最高加热温度时,控温测定装置会自动切断加热电流。
２)热电偶热端应插在玻璃套管底部,在搅拌时需注意勿使热端离开底部导致测温点变动。
6 数据记录：
室温: ２4.０℃大气压ｐ0：1０１.7 kＰａ
组成(Cd%)010０
A27１247.3214.３140
Ｂ１402０2．2２80.2312.5321
Ｃ14０140７数据处理：
1.利用所得步冷曲线，绘制铋镉二组分体系的相图，并注出相图中各区域的相平衡。
2．从相图中求出低共熔点的温度及低共熔混合物的成分。
８思考题：
1）对于不同成分混合物的步冷曲线，其水平段有什么不同?
2)用加热曲线是否可作相图?
３)作相图还有哪些方法?
9 讨论：
１）步冷曲线的斜率即温度变化速率，取决于体系与环境间的温差，体系的热容量和热传导率等因素有关,当固体析出时,放出凝固热，因而使步冷曲线发生折变，折变是否明显决定于放出的凝固热能抵消散失热量多少，若放出的凝固热能抵消散失热量的大部分,折变就明显,否则就不明显。
故在室温较低的冬天，有时在降温过程中需给电炉加以一定的电压(约20V左右),来减缓冷却速度，以使转折明显。
2)测定一系列成分不同样品的步冷曲线就可绘制相图。
但在很多情况下随物相变化而产生的热效应很小，步冷曲线上转折点不明显，在这种情况下,需采用较灵敏的方法进行，另一方面目前实验所用的简单体系为Ｃd~Ｂi,Bi～Sｎ，Ｐb～Zn等,它们挥发的蒸气对人体健康有危害性，而且样品用量大,危害性更大。
时间用久了这些混合物难以处理。
故实验改用热分析的另一种差热分析(DTA）法或差示扫描法(DＳC)法。