第一章 水盐相图

三、温度对溶解度的影响
100
浓 度 80 克 无 水 60 盐 10 0 40 克 水
20
[ / ]
(NH4)2HPO4
NH4HCO3
KNO3
Na2SO4
K2SO4
Na2SO4 10 H2O
0
20
40
60
80
100
t℃ 一些盐在水中的溶解度曲线
四、盐类溶解的相互影响
A
B
B
E3 b E2 0 H2O a 盐类溶解的相互影响 E1 E4 A
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；
水盐体系相图
授课教师：崔香梅
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关于课程
• 课程名称：水盐体系相图/ Salt-water system phase diagram
• 课程性质：化学工程与工艺专业选修课
• 学时/学分：48学时/3学分 • 考核方式：闭卷笔试 • 成绩分配：平时成绩----40%（含考勤、作业、课堂表现等） 期末考试----60%
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教 材

邓天龙，周桓，陈侠等 水盐体系相图及应用


北京: 化学工业出版社
2013年11月（第一版）
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参考书籍和辅助资料
[1] 牛自得，程芳琴等 .《水盐体系相图及其应用》，天津大学出版社 ，2002. [2] 粱保民．水盐系统相图原理及应用[M]．北京：轻工业出版 社,1986．第一版． [3] 苏裕光，吕秉玲．无机化工生产相图分析（一）[M]．北京：化学 工业出版社,1985．第一版．
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、相图的现状与发展方向
有三种方法：
（1）Pitzer的电解质理论；
（2）活度系数模型；
（3）状态方程。
五Βιβλιοθήκη Baidu相图的学习方法
•
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
[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．
• 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
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第一章 绪 论
相图（phase diagram）
是描述物质体系相平衡关系的一种几何表达方式，可用于
定量描述在特定条件下的物质物相组成、性质、温度和压
力之间的关系，在化学、化工、冶金、材料、石油、轻工、
地质、生物、陶瓷等科学技术领域里具有十分广泛的应用。
第一章
分类
绪论
按照构成体系的物质种类，可分为：水盐体系、金相体系、
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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
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4 16 12 6 6
第一章 绪 论
第一节 水盐体系
第二节 盐类的溶解度及其影响因素
第三节 相图的性质、作用及学习方法 第四节 相律 第五节 相图研究的理论依据
***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。
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。
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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）
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
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：
六、相图知识的特点
相图的特点 （1）比较抽象，但并不很深。 （2）系统性较强。 （3）实践性较强。 掌握相图知识的标准 一是会作图，即根据相平衡数据绘制出相图； 二是会识图，即从相图上认识相平衡的规律； 三是会用图，即用相图分析问题并进行量的计算。
第二节 盐类的溶解度及其影响因素
一、溶解度 二、溶质本身性质对溶解度的影响 三、温度对溶解度的影响
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，在稳定平衡和介稳平衡 条件下，相的数目、种类、组成、存在条件和各相间的浓度 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