第一章 水盐相图

溶液、溶质（干盐）、溶剂（水）或离子（阳离子、阴 离子、阴阳离子）之和为基准表示
表1-1 浓度表示方法与基准
基准 组分量的度量单位 组分的组成单位
g
1.溶液 mol 2.溶质 （干盐） g mol g mol
g/100g总物质（重量百分比，%wt）
mol/100mol总物质（摩尔百分比，%mol） g/100g干盐（g/100g· S） mol/100mol干盐（J值） g/100gH2O（g/100g水） mol/100molH2O mol阴离子/100mol阴离子之和（离子浓度） mol阳离子/100mol阳离子之和（离子浓度） mol离子/100mol若干离子之和（J‘值）
得最佳产率等。
即以图形的方法研究盐类在水中溶解度变化规律（或者说是 盐类与水所形成的各种物相之间相互联系和相互转化规律） 的一门课程。
第一章
绪论
本课程主要讨论两个方面的内容
1．相图分析的基础概念和基础理论；
2．二、三、四、五元水盐体系相图及其应用；
第一章
绪论
通过这门课程学习拟达到的目的
1. 掌握相图分析的基本方法和理论；
***体系是一条线或一个面，则系统就是这条直线或平
面上的一个点。
Example： NaCl—H2O体系；0.9%的生理盐水、26%的
饱和盐水都是系统。
2. 水盐系统
水盐系统是化肥、盐、碱生产和自然界常见的反应系统，
它包括盐类的水溶液、结晶和水蒸汽。自然界的海水和盐 湖都是典型的水盐系统。 水盐系统属于盐系统，其特征是：
（1）它是一个凝聚系统，主要是由液相形成的系统，在这一类系统
中，气相可以忽略，一般只有一个液相，固相可以有多个。
（2）它是一个多相平衡系统（包括不平衡）。 （3）压力对平衡状态的影响可以忽略不计， 所以相律： F=C-P+1
三、系统的组成
1. 表示方法 水盐系统的表示方法要便于作图和计算。对于二元、三 元、四元、五元体系有图形表示和浓度表示方法。 2. 基准 在相图中表示方法和基准是密切相关的。
二、溶质本身性质对溶解度的影响
1．离子电荷数的影响 离子电荷数愈高，正负离子之间引力愈大，溶解度 就愈小。 2．离子半径的影响 经验证明，负、正离子半径之比为1.4时，两种离子 之间的引力最大，形成的盐就难溶。负、正离子半径 之比远大于或小于1.4时，则水合作用就占优势，形 成的盐易溶。 3．离子结构的影响 离子的电子层影响着水合作用，水合方式影响着盐 的溶解度。 4．溶解度规律
熔盐体系、硅酸盐体系、有机化合物体系、无机材料体系
等。
差异
尽管相平衡的一般理论对各类体系都适用，但各类体系
本身相平衡情况及反映相平衡特征的相图却各具特点，并
已形成相对独立的学科体系。
第一章 绪 论
水盐体系（salt-water system）
也称作盐水体系，一般是指水和盐组成的体系。 水盐体系广泛涉及天然水、湖泊、海水、盐湖卤水、油气 田卤水、井卤、盐化生产过程、污水处理和酸雨处理等领 域。
狭义：就是水和盐类组成的体系。
Example：KCl—H2O体系、KCl—K2SO4—H2O体系、表NaCl—KCl—MgCl2—H2O体 系
广义：除包括水和盐外，还包含了水与酸或碱组成的体系，另
外还包含有水和碱性物及酸性物所构成的体系。
Example：P2O5—CaO—H2O体系(l磷酸二氢钙)、NH3—CO2—H2O（碳酸氢铵） 体系
2. 全面掌握三元、四元、五元水盐体系的相图绘
制、读图和用图；
3. 熟悉利用相图分析问题和解决问题的方法。
第一节 水盐体系
一 、水盐体系的研究对象
二 、体系与系统
三 、系统的组成
四 、相图的概念
五、 相图理论的意义
六 、相图知识的特点
一、水盐体系的研究对象
水盐体系的研究对象：水盐体系。

水盐体系：
五、其他因素的影响
1．溶剂的影响 2．沉淀颗粒与析出形态的影响 3．化学反应的影响 4．pH的影响 5．压力对盐类溶解度的影响
第三节 相图的性质、作用及学习方法
一、什么是相图 二、相图的作用 三、相图的局限性 四、相图的现状与发展方向 五、相图的学习方法
一、什么是相图
• 相图是由点、线、面、体等几何要素构成， 它是把不同压力、温度下的平衡体系中的各 个相、相组成及相之间的相互关系反映出来 一种图解，是溶解度数据的图形化。
[4] 苏裕光，王向荣．无机化工生产相图分析（二）[M]．北京：化学 工业出版社,1992．第一版．
[5] 毛源辉．盐业化学工程（上、下）[M]．天津：天津社会科学院出 版社,1994．第一版． [6] 张联科．化工热力学[M]．北京．化学工业出版社．1980．第一 版．
[7] 吕秉玲，林志祥．纯碱生产相图分析[M]．北京．化学工业出版 社．1991．第一版．
五、相图理论的意义
• 相图理论的指导意义在于
（1）能拟定产品生产的原则性工艺过程及条件；
（ 2）能分析、解决生产工艺中的问题，对现有 生产可查定其合理性； （3） 指导改进生产的方向和途径。
五、相图理论的意义
相图的局限性 （1）任何一个具体的相图，都是以科学实验的数据为 基础作出的。 （2）相图分析的结论与实际之间会存在差距。 （3）相图基于热力学原理，只说明相变过程的始态、 终态，不能说明这些变化的机理，也不能说明过程 进行的速度。 （4）复杂的多元体系相图还不完善，还只能用一些近 似的手段来反映客观事物。
•
NaCl KCl H 2O
5 100 20(克 / 100克盐) 5 20 20 100 80(克 / 100克盐) 5 20 100 100 400(克 / 100克盐) 5 20
（3）摩尔百分组成：
NaCl KCl H 2O 5 0.0856 (摩尔) 58.4 20 0.268(摩尔) 74.6 100 5.56(摩尔) 18.0
一、水盐体系的研究对象
适用范围： 水盐体系相图适用于酸碱、化肥、无机盐生产，尤其较 早地应用于以海水、盐湖水、矿盐及各种地下卤水为原
料生产各种盐化工产品的过程。
二、体系与系统
1. 体系与系统区别
体系：指形成体系的物质种类数，是一个大概念。
系统：指体系中若干种物质特定量的组合物叫做系统
（物系、复体），是包含在体系中的一个小概念。
四、盐类溶解的相互影响
五、其他因素的影响
一、溶解度
1．定义： 溶解度：在一定的温度下，某种盐的饱和水溶液的浓度。 盐 及其饱和溶液恰恰处于相平衡的状态。 溶解度——物质的溶解程度，它表示物质在溶剂中溶解能力 的大小。 盐类在水中的溶解度，首先，由每个物质的本性决定； 其次，受温度的影响较大；再者，受体系中其它盐的存在 的影响；还有溶剂、沉淀颗粒、化学反应、pH值等其他因 素的影响。 2．数据来源 溶解度是构成各类相图的核心部分。 数据主要通过计算和实验获得。 由于溶液理论不够完整，所以计算只能获得简单的溶解度数 据，而复杂的多组分的相平衡数据还是通过实验来测定。
三、相图的局限性
1. 相图数据的来源受限制。 2. 相图反映的是在热力学平衡条件下的规律，这 种平衡往往需要几小时、几天甚至更长的时间 才能达到。而生产实际中出现的只接近平衡的 状态，不是完全的平衡状态。另外，实际过程 中还会出现不饱和及过饱和现象、温度的波动、 固相转化的不完全、固液分离的不完全等现象， 这些都难以在相图中反映。因此，相图分析的 结论与实际之间会存在差距。 3. 相图基于热力学原理，只说明相变过程的始态、 终态，不能说明过程进行的速度、原因、机理 等。 4. 复杂的多元体系相图还不完善，还只能用一些 近似的手段来反映客观事物。
第一章 绪 论
水盐体系相图（salt-water system phase diagram）
是以几何图形表示水和盐组成体系，在关系，可预测体系中盐类的析出、溶解等相转化规律，探索
化工生产过程，确定最佳生产条件、制定最优工艺流程、获
0.0856 0.268 5.56 5.91(摩尔)
NaCl KCl H 2O 0.0856 100% 1.45% 5.91 0.268 100% 4.54% 5.91 5.56 100% 94.01% 5.91
四、 相图的概念
•
•
表格法、解析法、图示法（即用相图）。
相图是用来反映体系平衡规律的几何图形。 它的优点是，比其他的方法更集中，更形象， 适用范围广泛，因此也就便于用来分析和解决 问题。
3.溶剂 （水）
4.离子 之和（总 物质的量）
mol
• 例如：20℃时，5克NaCl和20克KCl溶解在100克水中，请用重量 百分组成、干基重量组成、摩尔百分组成表示。 • 解：（1）重量百分组成：
NaCl KCl H 2O
• （2）干基重量组成：
5 100% 4% 5 20 100 20 100% 16% 5 20 100 100 100% 80% 5 20 100
• 相图不仅把盐类的溶解度用适当的几何形式 表示出来，而且从中归纳出规律性，使它成 为具有指导性的理论工具。这种特殊的化学 图称为相图，又叫溶解度图或状态图。
二、相图的作用
相图理论的指导意义在于：
能拟定产品生产的原则性工艺路线及条件； 能分析、解决生产工艺中的问题，对现有生产可 查定其合理性，并指导改进生产的方向和途径； 开发新产品的科学研究； 根据热力学原理，借助于计算机计算平衡时多元 体系的溶解度数据
4
章节及学时安排
第一章 绪论
第二章 二元水盐体系相图 第三章 三元水盐体系相图 第四章 四元水盐体系相图 第五章 四元水盐体系相图的应用 第六章 五元水盐体系相图
5