相图在化学化工中的应用
三元相图的绘制详解
三元相图的绘制详解在材料科学、化学等领域，三元相图是一种非常重要的工具，它能够直观地展示三种组分在不同条件下的相态变化和平衡关系。
三元相图的绘制并非易事，需要对相关的理论知识有深入的理解，并掌握一定的实验技巧和数据处理方法。
下面，就让我们一起来详细了解三元相图的绘制过程。
要绘制三元相图，首先得明确什么是三元相图。
简单来说，三元相图是表示在恒压和恒温下，由三种组分构成的系统中，各相的状态与成分之间关系的图形。
它通常由等边三角形组成，三角形的三个顶点分别代表三种纯组分。
绘制三元相图的第一步是确定研究的体系和实验条件。
这包括选择要研究的三种物质，设定温度、压力等参数。
在确定了体系和实验条件后，接下来就是进行实验获取数据。
实验方法多种多样，常见的有热分析法、金相法、X 射线衍射法等。
以热分析法为例，我们将不同成分的样品加热或冷却，通过测量样品的温度随时间的变化，来确定相变点。
在实验过程中，需要精确控制温度变化的速率，以确保测量结果的准确性。
同时，要对多个不同成分的样品进行测试，以获得足够的数据来绘制相图。
当我们获得了大量的实验数据后，就可以开始着手绘制相图了。
绘制的过程中，需要将实验得到的相变温度和成分数据标注在等边三角形的坐标上。
在标注数据时，要注意坐标的转换和计算。
因为在三元相图中，成分通常用质量分数或摩尔分数来表示，而不是直接用实验中测量得到的数值。
比如说，如果我们知道了三种组分 A、B、C 的质量分数分别为 wA、wB、wC，那么在等边三角形坐标中，对应的坐标点可以通过以下公式计算：对于 A 组分，横坐标 xA ＝ wA ／（wA ＋ wB ＋ wC) ×边长对于 B 组分，纵坐标 yB ＝ wB ／（wA ＋ wB ＋ wC) ×边长通过这样的计算，我们就可以将实验数据准确地标注在相图上。
标注完数据点后，接下来就是连接这些点，形成相区的边界线。
这需要根据相律和热力学原理来判断。
沈阳化工大学无机材料科学基础6-4 专业相图
第五节 专业相图
单元系统专业相图
SiO2系统相图 ZrO2系统相图 C2S系统相图 CaO－SiO2系统相图 Al2O3－SiO2系统 MgO－SiO2系统 Na2O－SiO2系统
二元系统专业相图
三元系统专业相图
CaO－Al2O3－SiO2系统 K2O－Al2O3－SiO2系统 MgO－Al2O3－SiO2系统 Na2O－CaO－SiO2系统
无机材料科学基础
（3） 由组成估计其液相量 如在1600℃、Al2O3＝5.5～72％范围内，用杠杆规 则确定的组成于液相量的对于关系如下：
Al2O3％ 液相％
10 96
20 80
30 64
46 40
72 0（痕量）
（4） 由液相线的倾斜度判断液相量随温度变化情况
无机材料科学基础
（二） CaO－SiO2系统相图
（四） Na2O－SiO2系统
无机材料科学基础
（1） Na2O－SiO2系统中生成的化合物有：
N2S、NS、NS2、N3S8 （2）生成化合物的性质： 一致熔融化合物：NS、NS2 不一致熔融化合物：N2S、N3S8
（3）划分分二元系统：
Na2O－NS分二元系统 NS－NS2分二元系统 NS2－SiO2分二元系统 （4）分别讨论各分二元系统：
无机材料科学基础
2、 CS －C2S分二元系统
有一个不一致熔融化合物 C3S2 低共熔点E：1460℃ 转熔点F： 1464℃
LF C2 S C3S2
晶型转变：1125℃
CS CS
无机材料科学基础
3、 C2S － CaO分二元系统
低共熔点H：2050℃ LH C3S C2 S
6乙醇—环己烷双液系相图
渤海大学学生实验报告课程名称： 任课教师：实验室名称： 房间号 实验时间： 年 月 日 学院 化学化工与食品安全学院 专业班级 姓名学号同组人实验项目乙醇—环己烷双液系相图 组别实验成绩一、实验目的：1.了解物理化学实验手段中常用的物理方法——光学方法的基本原理； 2.绘制乙醇—环己烷双液系的沸点—组成图，确定其恒沸组成及恒沸温度； 3.进一步理解分馏原理；4.掌握阿贝折光仪的原理及使用方法。
二、实验原理：1.在常温下，两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的体系称之为完全互溶双液系。
在恒定压力下，表示溶液沸点与组成关系的图称之为沸点—组成图，即所谓的相图。
体系的最低或最高恒沸点即为恒沸温度，恒沸温度对应的组成为恒沸组成。
乙醇—环己烷双液系属于具有最低恒沸点一类的体系。
2.物理学方法折射率的测定是一种间接获取组成的方法。
它具有简便准确的特点。
本实验就是利用回流及分析的方法来绘制相图。
取不同组成的溶液在沸点仪中回流，测定其沸点及气、液相组成。
沸点数据可直接由温度计获得；气、液相组成可通过测其折射率，然后由组成—折射率最后确定。
3.沸点的气压校正：325.101325.10110p t t -⨯=∆ t t t b ∆+=三、实验仪器和试剂：沸点测定仪 1套； 阿贝折射计（包括恒温装置） 1套；移液管（25ml) 1个； 吸液管 2支； 调压变压器 1台； 乙醇（A ·R ） 环己烷（A ·R ） 四、实验装置图：由实验记录数据绘制乙醇-环己烷双液系相图如下：实验结果讨论：本次实验误差主要有两个方面：一是在测定乙醇-环己烷的沸点时，对沸点的记录不够准确，沸点不易判断；二是测完折光率后在坐标图上查气液相组成时由于图纸太大使得横纵坐标可能对应不够准确。
其余各过程做的较好。
八、思考题：1.操作步骤中，在加入不同数量的各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制有无影响？为什么？答：加入各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制无影响，因为最终液体的组成是通过对折光率的测定，在工作曲线上得出，所以无影响。
1-相律物理化学
物理化学相律相律相平衡研究多相系统的平衡在化学、化工的科研和生产中有重要的意义，例如：蒸馏、重结晶、萃取及金相分析等方面都要用到相平衡的知识。
相律相图（phase diagram）研究多相系统的状态如何随温度、压力和组成等强度性质变化而变化，并用图形来表示，这种图形称为相图。
相律相，指系统中宏观上看化学组成、物理性质和化学性质完全均匀的部分称为相。
相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。
系统内相的数目用符号Φ表示。
相律气体，不论有多少种气体混合，只有一个气相。
液体，按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。
固体，一般有一种固体便有一个相。
两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固态溶液除外，它是单相）。
相律1. 物种数和独立组分数系统中所含化学物质的种类数称为系统的物种数，用符号S表示；注：处于不同聚集状态的同一化学物质不能算两个物种。
如水与水蒸气两相平衡的系统，水与水蒸气属于一种化学物质，所以S=1。
相律1. 物种数和独立组分数足以确定平衡系统中所有各相的组成所需要的最少的物种数，称为独立组分数，用符号C表示。
C=S-R-R'R：独立化学平衡数；R'：独立浓度限制条件。
相律R：独立化学反应例如反应：(1) C(s) + H2O(g) = CO(g) +H2(g)(2) C(s) + CO2(g) = 2CO(g)(3) CO(g) + H2O(g) = CO2(g) +H2(g) (1)–(2)=(3)，独立的反应为2，R=2例如：NH 3高温下分解并达到平衡 NH 3 = N 2 + 3H 2则：n(N 2):n(H 2)=1:3，所以 R '=1 必须是在同一相中几个物质浓度之间存在的 关系，浓度归一化 条件除外 。
32CaCO (s) CaO(s)CO (g) →+← 因为CaO(s)，CO 2(g)不在同一相中，所以R '=0。
物理化学第5章相律与相图
第五章相律与相图5.1 相平衡相平衡是热力学在化学领域中的重要应用，也是化学热力学的主要内容之一。
在第三章中已经应用热力学原理研究了纯物质系统的两相平衡；在第四章中研究了多组分系统的两相平衡，其结果是用热力学公式表达相平衡的规律。
而本章则是应用热力学原理采用图解的方法来表达相平衡规律，特别是对多相系统的相平衡规律的研究，用图解的方法更显得方便和实用。
研究多相系统的相平衡状态随组成、温度、压力等变量的改变而发生变化，并用图形来表示系统相平衡状态的变化，这种图称为相图，相图形象而直观地表达出相平衡时系统的状态与温度、压力、组成的关系。
相律为多相平衡系统的研究建立了热力学基础，是物理化学中最具有普遍性的规律之一，它讨论平衡系统中相数、独立组分数与描述该平衡系统的变数之间的关系，并揭示了多相平衡系统中外界条件(温度、压力、组成等)对相变的影响。
虽然相律不能直接给出相平衡的具体数据，但它能帮助我们从实验数据正确地画出相图，可以帮助我们正确地阅读和应用相图。
本章首先介绍相律，然后介绍单组分、二组分和三组分系统的最基本的几种相图，其中着重介绍二组分气-液相图和液-固相图，介绍相图的制法和各种相图的意义以及它们和分离提纯方法之间的关系。
应用：a、水泥熟料的烧成过程，系统中有C3S(硅酸三钙)、C2S（硅酸二钙）、C3A（铝酸三钙）、C4AF（铁铝酸四钙）————固相，还有一定的液相，是一个多相的系统。
随着温度升高，这个多相系统中那些相能继续存在？那些相会消失？有没有新的相生成？各相组成如何？各相含量为多少？b、在化工生产中对原料和产品都要求有一定的纯度，因此常常对原料和产品进行分离和提纯。
常用的分离提纯的方法是结晶、蒸馏、萃取和吸收等等，这些过程的理论基础就是相平衡。
相图：根据多相平衡的实验结果，可以绘制成几何图形用来描述这些在平衡状态下的变化关系，这种图相成为相图。
现实意义：水泥、玻璃、陶瓷等形成过程均在多相系统中实现，都是将一定配比的原料经过锻烧而形成的，并且要经历多次相变过程。
乙醇—环己烷双液系相图
渤海大学学生实验报告课程名称：任课教师：实验室名称：房间号实验时间：年月日一、实验目的：1.了解物理化学实验手段中常用的物理方法——光学方法的基本原理； 2.绘制乙醇—环己烷双液系的沸点—组成图，确定其恒沸组成及恒沸温度； 3.进一步理解分馏原理；4.掌握阿贝折光仪的原理及使用方法。
二、实验原理：1.在常温下，两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的体系称之为完全互溶双液系。
在恒定压力下，表示溶液沸点与组成关系的图称之为沸点—组成图，即所谓的相图。
体系的最低或最高恒沸点即为恒沸温度，恒沸温度对应的组成为恒沸组成。
乙醇—环己烷双液系属于具有最低恒沸点一类的体系。
2.物理学方法折射率的测定是一种间接获取组成的方法。
它具有简便准确的特点。
本实验就是利用回流及分析的方法来绘制相图。
取不同组成的溶液在沸点仪中回流，测定其沸点及气、液相组成。
沸点数据可直接由温度计获得；气、液相组成可通过测其折射率，然后由组成—折射率最后确定。
3.沸点的气压校正：325.101325.10110pt t -⨯=∆ t t t b ∆+=三、实验仪器和试剂：沸点测定仪 1套； 阿贝折射计（包括恒温装置） 1套； 移液管（25ml) 1个； 吸液管 2支； 调压变压器 1台； 乙醇（A ·R ） 环己烷（A ·R ） 四、实验装置图：由实验记录数据绘制乙醇-环己烷双液系相图如下：实验结果讨论：本次实验误差主要有两个方面：一是在测定乙醇-环己烷的沸点时，对沸点的记录不够准确，沸点不易判断；二是测完折光率后在坐标图上查气液相组成时由于图纸太大使得横纵坐标可能对应不够准确。
其余各过程做的较好。
八、思考题：1.操作步骤中，在加入不同数量的各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制有无影响为什么答：加入各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制无影响，因为最终液体的组成是通过对折光率的测定，在工作曲线上得出，所以无影响。
相图在尿素生产中的应用
相图在尿素生产中的应用摘要本文主要描述了相图在化工生产中的尿素生产的应用，介绍了相图在尿素生产中的发展历程与应用现状，总结了相图在尿素生产中的主要用途，并对相图应用在尿素生产中的局限性进行了分析，并提出了对未来发展方向的思考。
关键词相图；尿素；应用物质具有一定的化学特性和物理性质，在一定的温度和压力条件下可以不同的形态存在，但不论是在自然界或化工生产中，不同的物质经常是混杂在一起的，在化工生产中和科学研究中，我们常需要对生产原料或产品进行分离和提纯，在这个过程中经常会遇到像蒸发、升华、溶解、结晶等一系列相变化，而相平衡理论和相图是我们在研究与生产中不可或缺的。
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相、相组成及相之间的相互关系反映出来的一种图解，使溶解度数据的图形化。
尿素物系是挥发性弱电解质并伴有化学反应的复杂非理想溶液物系，热力学模型的建立并非难事，气液平衡热力学关联式计算甚为复杂【1】。
相图具有简单明了，直观性强，信息量多的特点，用于分析尿素物系及在实际生产中工艺改造极为有用。
目前已经研究出来的尿素生产用相图众多，不同的相图又有着不同的作用，本文对相图在尿素生产中的已有应用进行了总结，并归纳了相图在尿素生产中的主要用途以及对未来相图发展的思考。
一、相图在尿素生产中的应用现状对尿素生产用相图的研究，国内外研究者进行了大量的工作。
20世纪20~30年代，Janecke等研究者全面研究了NH3-CO2-H2O三元系的液固平衡和气液平衡，为尿素工艺的回收技术奠定了基础，也成为50年代末成功开发第一代水溶液全循环法（即传统法尿素流程）的技术基础。
在尿素工艺中，尿素合成反应化工过程是最为复杂的，然而在50~60年代之前，对尿素合成的认识还处于传统合成理论阶段，非常具有局限性。
20世纪60~70年代，为了开发汽提技术，Stamicarbon公司的Kaasenbrood等系统研究了尿素合成条件下NH 3-CO 2物系的相平衡和超临界共沸相图【2】。
多相平衡
相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。 研究多相体系的平衡在化学、化工的科研和生产中 有重要的意义，例如：溶解、蒸馏、重结晶、萃取、 提纯及金相分析等方面都要用到相平衡的知识。
相图（phase diagram） 表达多相体系的状态如何 随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形， 称为相图。
f=K-φ+n(包括T.P)
例:求K.f N2 ,H2 , NH3,组成的气相体系 ;若起初体系中 N2 ,H2的比 例不是1:3,当下列合成氨反应:
N2 (g)+H2(g)= NH3(g) 达平衡后,S=3,R=1,R’=0.故K=S-R- R’=2; 为气相,则φ=1,则:
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f=K(C)-φ+2
相律的文字表述为:一个复相平衡系的自由度等于组分数减去相数
再加2.数字2可认为来源于T.P两个变量.若我们指定了温度或压力.则
f=K-φ+1
若T.P均固定: f=K-φ
f=K-φ+2 是不考虑除T.P外影响物质性质的因素:(如重力场,电场等)
的情况下适用.若考虑其它因素,则有n个影响因素,就有
的平衡。
△G=0
T.P 相α======================相β （相平衡）
dGα,.m
△G=0
dGβ，m
T+dT,P+dP相α======================相β（新的相平衡）
显然，
dGα，m=dGβ，m
又
dGm=-SmdT+VmdP
所以 -Sα,mdT+Vα,mdP= -S β,mdT+Vβ,mdP
上一内容 下一内容 回主目录
相图的类型名词解释
相图的类型名词解释相图是指用来描述物质在不同温度、压力、组分等条件下的相态行为的图表或图像。
通过相图，可以直观地了解物质在各种环境条件下的相变规律、相互作用和共存情况。
在材料科学、地球科学、化学工程等领域，相图是非常重要的工具，有助于实现材料设计、地质勘探和化工过程的优化等。
相图主要有以下几个常见的类型：1. 二元相图二元相图是描述两个组分物质在不同温度和组分条件下的相态行为。
常见的二元相图有二元平衡相图和二元不平衡相图。
二元平衡相图反映了物质在平衡状态下的相变和相互作用规律，如共晶现象、共熔现象等。
二元不平衡相图则对应于非平衡条件下的相变行为，如快速淬火等。
2. 三元相图三元相图描述了三个组分物质在不同温度和组分条件下的相态行为。
三元相图常用于合金材料的研究和制备。
通过分析三元相图，可以了解合金中各种相的形成、变化和相互作用规律，从而指导材料设计和工艺控制。
三元相图通常比二元相图更加复杂，因为存在更多的组分之间的相互作用。
3. 非平衡相图非平衡相图描述了物质在非平衡条件下的相变行为。
这些条件可能包括快速冷却、快速加热、强烈的外界场等。
非平衡相图可以帮助我们了解物质在非平衡状态下的相变机制和相互作用规律，这对于材料加工、矿物学研究和能源领域的应用具有重要意义。
4. 反常相图反常相图是指在某些特殊条件下，物质的相态行为不符合通常的相图规律。
在反常相图中，可能存在异常的相变行为，如某一相的化学组成、稳定性等随温度的变化呈非线性关系。
反常相图常见于某些特殊组分比例的合金材料或某些非均匀性体系。
总结起来，相图通过图表或图像形式展示了物质在不同条件下的相变行为和相互作用规律。
不同类型的相图适用于不同领域的研究和应用。
正确理解和分析相图可以帮助我们深入了解物质的相态行为，为材料设计、工艺优化和科学研究提供依据。
在未来的研究和应用中，相图将继续扮演重要角色，推动科学技术的发展。
第四章 相平衡
① 面：固相区、液相区、气相区，f = 1 - 1 + 2 = 2 ② 线：固-气平衡线、固-液平衡线、 液-气平衡线、过冷水-气平衡线 f = 1 - 2 + 2 = 1 ③ A：三相点，273.16 K，0.611 kPa 固-水(纯)-气(水蒸汽)三相平衡共存， f = 1 - 3 + 2 = 0 热力学温标：0和A之间分为273.16格，每一格为1 K， 1 K(Kelvin) = 1/273.16 冰点：101.325 kPa、273.15 K(0℃) 固-液(饱和空气的水溶液)-气(潮湿空气)三相平衡共存。 凝固点：一定外压下，固-液两相平衡时的温度。 B：临界点，647 K，2.2 × 104 kPa
蒸气压-组成图 沸点-组成图 熔点-组成图
一、单组分系统的相图 K = 1，f = 1 - Φ + 2 = 3 – Φ f = 0，Φ = 3；f = 2，Φ = 1
第二节 单组分系统
0.6106
0.6106
0.6106
0.0098
2.338
20
101.325
若B为易挥发组分： (1) B在气相中的浓度大于它在液相中的浓度。 (2) A在液相中的浓度大于它在气相中的浓度。
二、杠杆规则 物系点：表示系统状态的点。 相点：表示平衡系统中某一相状态的点。 (1) 单相区，物系点与相点重合；两相区，物系点与 相点分离。 (2) 自物系点做水平线与 气、液相线的交点为 相点。物系点垂直组 成轴变化，相点则沿 相线变化。
水的相图应用： 冷冻干燥：通过升华从冻结的样品中去除水分或溶剂。 优点：① 在较低温度下进行。 ② 可保留样品的化学结构、 营养成分、生物活性。 ③ 产品的复水性和速溶性好。 ④ 脱水彻底，利于长时间保 存和运输。 设备：生化用冷冻干燥设备。
金属相图(Pb-Sn体系)
温 度
①② a a/
③
④
⑤
B
温 度
B
A
A
b
b/
L
c/
时间
(a)步冷曲线
L+A(s)
L+B(s)
O A(s)+B(s)
0(A)
B% 100(B)
(b)二元组分凝聚系统相图
热分析法绘制相图
分析1：
纯物质的步冷曲线如①、⑤所示，如 ①从高温冷却，开始降温很快，ab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（液相和固相Ａ），此时温度维 持不变，步冷曲线出现水平段，直到其 中液相全部消失，温度才下降。
液体石蜡202131011实验步骤实验步骤准备样品准备样品按比例按比例样品置入电炉样品置入电炉中加热中加热加液体石蜡加液体石蜡覆盖覆盖启动自动平衡记启动自动平衡记录仪有关开关录仪有关开关观察升温情况观察升温情况及时停止加热及时停止加热温度到最温度到最高点搅拌高点搅拌观察降温情况观察降温情况及时停止实验及时停止实验取出样品放取出样品放入新样品测试入新样品测试实验结束记录实验结束记录数据恢复原状数据恢复原状
观察升温情况 及时停止加热
取出样品、放 入新样品测试
实验结束记录 数据恢复原状
准备样品
按以下比例配制
锡的百 分含量
0%
20%
锡(g) 0 20
铅(g) 100 80
40% 61.9% 80% 100%
40 61.9 80 100 60 38.1 20 0
何时停止加热？
纯Pb、纯Sn、含锡61.9%（低共熔物）三个样品， 如果出现转折点，则停止加热，利用电炉的余热加 热到熔点以上30~40 ℃ 。
第六章 物理化学 相平衡
若再加上人为限制条件，N2 与 H2 物质的量的比为 1 : 3 ， 则有，R =1，R´ =1，所以 C = 3 – 1 – 1 = 1。
10
4.说明:
1. S 种物质可以不存在于每一相中, 而不影响相律的形式。
解： S = 5，R = 2 p(NH3) = p(HCl) + 2p(H2)； p(H2) = p(Cl2)
因为它们在同一相，浓度又成比例。 R´ =2 ， C= S – R – R´ = 5 – 2 – 2 = 1， P = 2， F=C–P+2=1–2+2=1
14
§6.2 单组分系统相图
11
例1：今有密闭抽空容器中有过量固体 NH4Cl，有下列分解 反应: NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g)，
求：此系统的 R、R´ 、C、P、F 各为多少？
解：S=3，R=1，R´ =1 （因为从 NH4Cl 出发，生成的两种产物处于同一相，而且符 合比例 1:1） C = S – R – R´ = 3 – 1 – 1 = 1，
一、单组分系统的相律
F=C–P+2
C=1 F = 3–P
当 P =1
单相
F =2
（冰），（水），（水蒸气 ）
P =2
两相平衡 F =1
冰水，冰水蒸气，水水蒸气
P =3
三相共存 F=0
冰，水，水蒸气三相平衡
双变量系统 T，p可变
单变量系统 T，p一个可变 无变量系统
T，p不可变
单组分系统的自由度最多为2，双变量系统的相图可用平面 图表示。
相图在材料学科中的应用
材料热力学作业姓名：魏海莲学号：s2******* 班级：材研6班相图在材料学科中的应用相图是在给定条件下达到相平衡时热力学变量的图示。
相图被誉为材料设计的指导书，冶金工作者的地图，热力学数据的源泉，其重要性已被冶金、材料、化工、地质工作者广为认同。
一个多世纪以来，经过一代又一代相图学家的努力，已经积累了大量的相图资料，特别是近二十年来，随着相图计算技术的不断发展，有关相图的资料迅速增加，为材料设计提供了重要依据。
以下是相关相图的几点应用。
（一）铁碳合金相图的几点应用铁碳合金相图反映了铁碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系。
利用铁碳相图可以制定各种热加工及热处理工艺的加热温度，还可以通过它分析钢铁材料的性能，它是研究钢铁的重要理论基础。
实际生产中使用的铁碳合金的含碳量C相图。
不超过5％，因而常用的铁碳相图只是Fe—C合金相图的一部分，即Fe—Fe3研究铁碳合金只需深入研究Fe与FeC相图部分就可满足生产上的要求。
下图是简3C相图。
化的Fe—Fe3C相图图1 简化的Fe—Fe31．估算碳钢和铸铁铸造熔化加热温度在铸造工艺中，首先要把合金加热融化，即要加热达到相图上的液态区间(“L”区)，因此可以根据相图上的液相线(“ACD”线)确定碳钢和铸铁的浇注温度，为制定铸造工艺提供基础数据。
由铁碳相图可知，共晶成分的合金(4．3％C)结晶温度最低，其凝固温度间隔最小(为零)，故流动性好，体积收缩小，易获得组织致密的铸件；此外，越接近共晶成分的合金，其液相线与固相线(“ACD”与“AECF”线)间距离越小，即结晶温度范围越小，从而合金的流动性好，有利于浇注，也就是越接近共晶成分的合金其铸造性越好，所以在铸造生产中，接近于共晶成分的铸铁得到较广泛的应用。
2．估算碳钢锻造加热温度锻造是利用材料的塑性变形来成型的一种工艺，锻造加热的目的也正是为了提高材料的塑性变形。
由铁碳相图可知，含碳量小于2．11％的铁碳合金在较高温度下可得到单相奥氏体，即AESG区间，利用奥氏体的塑性好、变形抗力小，碳钢锻造时易于成形。
气液平衡相图的测定
随着工业的发展，多相流体的处理和分离技术在石油、化工、能源等领域的应用 越来越广泛。气液平衡相图作为描述多相流体相平衡关系的基础数据，对于这些 领域的技术开发、工艺优化和过程控制具有重要的指导作用。
气液平衡相图的重要性
基础研究
气液平衡相图是研究多相流体热力学性质的基础数据，对于理解多相流体的相平衡规律、界面张力以及传递性质 具有重要意义。
03
气液平衡相图的测定方法
实验设备与材料
气液平衡相图测定仪
用于测定气液平衡相图，包括恒温槽、压力表、气、氮气、水等。
辅助工具
如注射器、管路、密封圈等。
实验步骤与操作
设定温度
根据实验需求设定恒温槽的温 度，确保实验过程中温度恒定。
开始实验
加强气液平衡相图在工 业上的应用研究，推动 其在更多领域的应用普 及。
跨学科合作
加强与其他学科的合作， 如化学工程、物理化学、 材料科学等，共同推进 气液平衡相图的研究和 应用。
人才培养与交流
加强人才培养和学术交 流，促进气液平衡相图 领域的持续发展。
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工业应用
在石油、化工、能源等领域，气液平衡相图是设计和优化油藏工程、油气分离、吸收解吸、萃取精馏等工艺过程 的关键参数。通过测定气液平衡相图，可以预测多相流体的流动特性、分离效果和经济性，为工业过程的优化提 供科学依据。
02
气液平衡相图的基本概念
相平衡
相平衡是指在一定的温度和压力条件下，物质的气相和液相达到平衡状态的状态 。在这种状态下，气相和液相之间不再发生质量传递，即气相和液相的组成保持 不变。
05
应用与展望
工业应用
分离过程优化
气液平衡相图在工业上可用于优 化分离过程，如蒸馏、吸收等，
相图杠杆原理
相图杠杆原理相图杠杆原理是指在相图中通过控制温度和压力来实现相变的原理。
在材料科学和化工领域，相图杠杆原理被广泛应用于合金材料的制备和性能调控中。
通过精确控制温度和压力，可以实现材料的晶相转变，从而改变材料的性能和微观结构。
本文将从相图的基本概念、相图杠杆原理的应用以及相关实例等方面进行介绍。
首先，相图是描述物质在不同温度和压力下所处状态的图表。
在相图中，通常以温度和压力为横纵坐标，描述物质的相变规律。
相图中的相区域表示了物质处于不同相态下的状态，如固相、液相和气相等。
通过研究相图，可以了解物质在不同条件下的相变规律，为材料制备和性能调控提供重要依据。
在材料制备过程中，相图杠杆原理被广泛应用于合金材料的设计和制备中。
通过精确控制合金材料的温度和压力，可以实现合金材料的晶相转变，从而调控材料的硬度、强度、导电性等性能。
例如，通过合金材料的淬火、时效处理等工艺，可以实现合金材料的相变，从而提高材料的强度和硬度。
此外，相图杠杆原理还可以用于合金材料的显微组织调控，通过控制相变过程中的温度和压力，可以实现合金材料显微组织的精确控制，从而调控材料的性能。
除了在合金材料制备中的应用，相图杠杆原理还被广泛应用于化工领域。
在化工工艺中，通过控制温度和压力，可以实现物质的相变和化学反应，从而实现化工产品的制备和提纯。
例如，通过控制温度和压力，可以实现化工原料的蒸馏、结晶、析出等工艺过程，从而得到高纯度的化工产品。
此外，相图杠杆原理还可以用于化工反应的控制，通过精确控制反应温度和压力，可以实现化工反应的高效进行，提高反应产率和产品质量。
综上所述，相图杠杆原理是一种通过控制温度和压力来实现相变的原理，被广泛应用于材料科学和化工领域。
通过精确控制温度和压力，可以实现材料的相变和性能调控，为材料制备和化工产品的提纯提供重要依据。
相图杠杆原理的应用将进一步推动材料科学和化工领域的发展，为实现材料性能的精确调控和化工产品的高效制备提供重要技术支持。
物理化学课件相图绘制及其应用
绘制出水-盐的T-x图。
图中有四个相区：
LAN以上，溶液单相区
LAB之内，冰+溶液两相区 NAC以上， ( NH4 ) 2 SO4 (s) 和溶液两相区 BAC线以下，冰与 ( NH4 ) 2 SO4 (s) 两相区
图中有三条曲线：
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。 AN线 ( NH4 ) 2 SO4 (s)+溶液两相 共存时，溶液的组成曲线，也 称为盐的饱和溶度曲线。
BAC线 冰+ ( NH4 ) 2 SO4 (s) +溶液三 相共存线。
图中有两个特殊点：
L点 冰的熔点。盐的熔点 极高，受溶解度和水的沸点 限制，在图上无法标出。
A点 冰+ ( NH4 ) 2 SO4 (s) + 溶液三相共存点。溶液组成在 A点以左者冷却，先析出冰； 在A点以右者冷却，先析出 ( NH4 ) 2 SO4 (s) 。
f* 2
Φ 3
f* 0
f * 2 1 Φ 0
温度不能改变
E
3. 熔液消失,Bi和Cd共存
Φ 2
t /s
温度又可下降
1. 标出纯Bi和纯Cd的熔点
2. 标出过程转折点
3. 标出过程低共熔点
合金系——热分析法绘制相图 (1)形成简单低共熔混合物 T /℃ ① ②
③④ ⑤
T /℃ H 323 271 A
第五章 相平衡
相图绘制及其应用
1
相图绘制及其应用
具有简单低共熔混合物系统的相图
对于固液平衡体系相图：定压 T-x 图 绘 制 热分析法：熔点随组成的变化，用于合金系。 溶解度法：溶解度随温度的变化，用于水盐系；
《物理化学》相图教学的实践与改革
这就需要在授课 时多动脑筋 ， 取适 当的教学方法 。传统的“ 采 板
书式 ” 教学难 以在有限的时间内清晰地表述教学 内容 ， 同时表现 模式 的枯涩与抽象使学生难 以深刻理解 ，所 以已无法适应现阶
析这一重要知识点 ， 笔者调整了授课 的内容和方法 ， 具体做法是
（ Ｂ— ｄ双组分相 图为例 【 ）第一 ， 以 ｊｃ ２： ］ 首先教 学生如 何认识 相 图。即先讲解相图中点 、 、 线 面的含义 ， 各平衡相态的组成 、 浓度 、
观方面去理解。对这一章的教学如果不进行认真的探讨和改革 ． 学生学起来将难 以适从。笔者在教学探索与实践中摸索出了较
为 有效 的教 学 方法 ， 介 绍 如下 。 现
ｌ
Ｉ Ｉ
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０． ２
０４ ．
０６ ．
０８ ．
Ｃ ｄ
Ｃ ｄ的质量分数／ ％
１ 调整教 学 内容 以满足 实 际需要
节内容时 ，通过与学生前期在无机化学实 验里做 的硫酸铜结
晶实验挂钩 ，让学生激发 起如何控 制条 件才 能得 到所需要 的结 晶物的兴趣和学 习欲望 ； 又如在 “ 水生都 已清楚相图 巾的冰—水平衡线 ，但对 于冰的融点随
中 图 分 类号 ： ６ ２ Ｇ ４． ０ 文 献标 识 码 ： Ａ 相 变 时 的熔 液 相 组 成 。
在化学 、 化工的科研和生产中 ， 经常会遇到像蒸发 、 冷凝 、 溶 解等相变过程 ， 化学工作者必须掌握这些过程所遵循 的规律 ， 才
能对混合物进行分离和提纯 ， 才能在水泥 、 陶瓷 、 玻璃 、 合金冶炼 等生产中控制生产条件及产 品成分 。这些实际问题 的解决都需 要用到物理化学中相平衡的知识。 物理化学的相平衡一章在物理化学整个教材 中，是 比较难
乙酸凝固点
乙酸凝固点
乙酸凝固点是指在一定的温度下，乙酸液体开始转变成固体的温度。
在常温下，乙酸是一种无色透明的液体，具有刺激性气味，可溶于水和大多数有机溶剂。
乙酸是一种重要的有机化学物质，广泛应用于化工、医药、食品等领域。
乙酸凝固点与温度的关系可以用相图来表示。
在相图中，水平轴表示温度，垂直轴表示乙酸的浓度，曲线表示液相和固相共存的温度，也就是乙酸凝固点。
对于纯乙酸，其凝固点为16.7℃，而对于不同浓度的乙酸溶液，其凝固点也不同，即存在凝固点降低现象。
凝固点降低现象是指在溶液中溶质的存在会使溶剂的凝固点下降的现象。
这是由于溶质在溶液中的存在会干扰溶剂分子的结构，使得溶液的熵增加，从而导致凝固点的降低。
对于乙酸溶液而言，其凝固点降低的程度与乙酸的浓度成正比，即浓度越高，凝固点降低越明显。
乙酸凝固点的测定可以采用冰点降低法。
该方法是利用溶液的冰点比溶剂的冰点低的特性，通过测定溶液的冰点来确定溶质的摩尔浓度。
在实验中，将一定量的乙酸溶解于水中，然后降低温度，当溶液开始结冰时，记录下温度，即可计算出乙酸的摩尔浓度，从而确定其凝固点。
除了测定乙酸凝固点外，凝固点降低现象还有广泛的应用。
例如在
冰淇淋制作中，加入食盐可以降低冰的凝固点，从而达到更好的混合效果；在防冻剂的生产中，加入乙二醇等物质可以降低水的凝固点，从而达到防止管道结冰的效果。
乙酸凝固点是乙酸物理性质的重要指标，凝固点降低现象是溶液中溶质存在的普遍现象，而测定凝固点降低则是确定溶质浓度的有效方法。
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相图在化学化工中的应用
摘要
水盐体系相图及应用
等压相图在尿素工艺上的应用
相图的局限性
关键词水盐体系溶解度等压相图
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相、相组成及相之间的相互关系反映出来的一种图解，使溶解度数据的图形化。
相图在冶金、材料、化学、化工、矿物、地质、物理等许多科学领域中已成为解决实际问题不可缺少的工具。
由于相图本身直观上给出了大量信息，如体系在平衡条件下存在有哪些相、每相的组成、各相之间的相对数量有多少等；同时还可进一步由相图提取出各种热力学数据，如活度、活度系数，超额吉布斯自由能，混合体系的自由能等；而且相图的测量相对于热力学数据来讲，也要容易些。
因此在化学化工中有着极其广泛的应用。
一、水盐体系相图
在化工生产中，人们广泛的遇到相变问题，特别是多数无机化工产品都是从水溶液中结晶或转换出来的。
而盐类之所以能以结晶的方法从溶液中分离出来，主演是因为各种盐类的溶解度不同，以及各种因素对盐类的溶解度都会产生不同程度的影响。
因此，我们必须知道在一定的外界条件下，一种或多种盐在溶液中的溶解度及其变化规律。
溶解度数据只能由实验测定，然后将溶解度数据按要求绘制成便于理解和应用的几何图形，这种图形就是相图。
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。
它具有清晰、直观、形象完整四大特点。
因为任何化工生产都是以实验研究为基础，所以展开对水盐体系平衡研究具有现实指导意义。
水盐体系相图的研究对象是水盐体系。
水是地球表面数量最多的化合物之一。
地球表面三分之一被海洋这一巨大的电解质溶液包围着，还有为数众多的盐湖及地下卤水。
水又是最普遍应用的溶剂。
因为它便宜、容易达到高纯状态及能溶解很多化合物，因此，人类在生活，生产活动中离不开溶液，特别是化工生产中的许多反应和过程都和溶液结下了不解之缘。
以上这些天然和人为形成的溶液构成了水盐体系。
广义的水盐体系除包括水和盐之外，还包含了水与酸或碱组成的体系，因为这些体系在相平衡及相图的特点、规律上看与纯粹的水盐体系大体相同
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。
利用相图可以预先分析当体系在外界条件发生变化时，体系将要发生一系列变化的方向和限度。
可以预知体系中各盐的析出顺序及变化规律，以便使我们需要的某种盐从溶液中析出，另一种（或几种盐）溶液，从而将他们分离，对多元体系更是如此。
应用相图原理和方法，在化工生产中，仅采用蒸发、加水、升温、降温、冷冻、干燥、分离、加入某种物质等这些简单操作单元中的几种方式，即可以经济有效的应用与大规模化工生产，例如食盐、芒硝或无水硝、纯碱、碳铵及各种钾肥等。
二、等压相图在尿素工艺上的应用
化工单元过程中的等压操作确定了等压相图在化工工艺上的重要性。
等压多温相图已经在冶金、无机盐等工业生产上得到广泛使用，并据此确定各工艺的生产条件和实现参数的优
化，这是众所周知的。
尿素工业生产的总体运行是由等压条件下各单元工序组合而成的化工工艺，并且尿素生产的各单元过程是以液相反应为主的。
为了正常运行，人们关注的重点是等压汽液平衡及其变化规律。
同时，也必须掌握液固平衡的规律，以防止固体结晶物的产生而破坏运行。
由此可见，对于尿素工艺来说，必须建立等压条件下，气液固兼备的相图，以供实际流程的需要。
应用等压相图可以确定尿素的工艺条件及参数，它比等温相图或者其他相图更为实用、直观。
以实验测定在等压条件下NH3 CO2 H2O三元系和NH3 CO2 H2OUr四元系的气液平衡和化学平衡数据，确定各压力等级下，各相图的液相等温线、气相等温线、顶脊线、结晶线，以及化学平衡等压线，等曲线的位置和形状。
从而，取得沟通全流程运行的各个基础相围。
将上述各基础相图描述各压力段的实际工况，以确定合成、分离、回收等各单元过程的工艺条件和参数。
串起来，尿素工艺全流程的操作运行情况和相际变化规律可以清晰地展现在我们面前。
由于尿素的合成反应受到化学平衡的限制，原料氨和二氧化碳不能全部转化为尿素，工业反应一般采用50%～100%的氨过量率，因而必须将未反应的甲胺和过剩氨从尿素合成熔融物中分离出来，回收并循环返回尿素合成系统。
不论何种尿素流程（从传统的水溶液全循环法到各种汽提法），分离和回收工序都是尿素工艺的关键组成部分，因而该工序工艺条件的择优选取和设备的合理设计特别重要。
每一级的回收过程是在定压下的回收塔内进行的，只有充分掌握各压力段的NH3 CO2 H2O三元系和NH3 CO2 H2OUr四元系的等压相平衡数据和等压相图，才能进行回收工序的工况分析、操作条件的选取和设备的工艺参数的确定，从而实现上述目标。
三、相图的局限性
相图的应用有一定的局限性。
由于相图反映的是热力学平衡条件下的规律，这种平衡往往需要很长时间才能达到。
而实际生产中，，由于各种因素的影响，会出现不饱和、过饱和、温度波动、固液表面反应不完全、固液分离不彻底等情况，这些问题都难已在相图中考查，导致相图分析结果与实际情况不完全符合。
对复杂的多组分体系，只能从宏观角度反映某些性质之间的联系，还不能反映现象之间的内在联系、原因、机理和转变速度等；此外，多组分相图的表达形式还不够完善。
尽管相图有上述局限性，但它仍然是一种十分有用的理论工具。
因其源于热力学所得出结论有高度的可靠性，因而对实际生产和科学研究都具有重要的指导意义。
参考文献
1 苑庆忠刘金惠《三元水盐体系相图》化学通报 2000，09：36-40
2 赵慕愚康鸿业徐宝琨范小宝傅则钟《恒压相图中对应关系定理的应用》化学通报 1987，04：01-05
3 赵慕愚《恒压相图的边界理论及其应用》化学通报 1992,04:26-31
4 Janecke.Z.EL.ch.译文载于《化肥译丛》（第七辑），中国工业出版社（1965）
5 大连工学院译，《CO2 汽提法尿素装置操作手册》（1976）。