水盐体系相图及其应用第三章三元水盐体系相图.

盐的提纯： （1）蒸发（浓缩）法
（2）溶解（稀释）法
（3）变温法 三种方法结合形成循环
C
图中系统点分别为T1温度下的m和E1。
E1 T1→T2 过滤A盐 过滤A盐 过滤B盐 T2→T1 a1
a2
m T1
T2下等温 蒸发至N T1下等温 蒸发至M
T2 L E2
b2 b1
E1
N M
T1＞ T 2
剩余溶液重复上述过程 继续分离AB两种盐
应用此类相图可判断怎样可得固体纯盐?
如有B和C固体盐的混合物, 问能否通过 加水使之部分溶解的方法从其中获取一 种纯盐固体, 能得到哪一种纯盐固体? 可 从相图加以讨论. (1) 稀释法分离提纯盐 设起始物系点为a, 向其中加水,体系的组 成沿aA线向A方向移动. 物系点在BFC区 时, 体系三相平衡共存. 到达b点时,C全部 溶完, 剩下B固体与溶液F共存, 过滤可得 纯B固体盐. 由图知, 混合盐的总组成在B
对三组分系统，由相律 : f = 3－P＋1 = 4 －P
1P4，0f3
当f=3时，这三个独立的强度变量分别是T 及 两种盐的组成。需用三维坐标才能表达该体系的相
图。三个坐标轴分别是T 及两种盐的组成，构成立
体相图，但立体相图对我们考虑问题及处理相图都 比较麻烦。因此我们通常固定T ，讨论其余两个变 量之间的关系，于是可用平面坐标图描述相图（恒 温相图）。（等边三角形、直角三角形或直角坐标
A(H2O)
F
L+C
D
L+B E
B+C
C
三、等腰直角三角形
等边三角形表示法的确方便，唯一 的缺点是必须有专用的正三角形坐标纸。 A 因此我们有必要介绍等腰直角三角 M1 形表示法，这种坐标的读数方法和正三 角形法相同。由于直角等腰三角形有斜 边，其刻度和直角边上不同，因此，读 50％ b 数时可只读直角边上的刻度；这种坐标 可以直接在直角坐标纸上标绘，十分方 便，面且对于近水点处的图形适当地放 W 大。系统M(M点)含B30％．含A为50％， （H2O） 水则自然为20％。
b
T1
c
e1
a e2 e e3
T2 T3
C
B
T1
T2 T3
B C
A
A
第四节 简单三元水盐相图的多温平面图
一、多温平面相图
A(H2O)
比较，与等温三元相图的 区别与联系，掌握图中点 线面的物理意义及自由度 的计算。 E（100℃） E’（25℃）
B
D’
D
F’ E’
E F
C
二、多温平面相图中的操作分析
第三章
三元水盐体系相图
第一节 三元体系相图的组成表示方法及基本规则
简单三元水盐体系：由具有共同离子的两种盐和水构成的体系。 NaCl KCl H 2O
Na2 SO4 ( NH 4 ) 2 SO4 H 2O
复杂三元水盐体系： 不具有共同离子的两种盐和水构成的体系，或是盐和
水生成了结晶水复盐以及两种盐结合形成了新的复盐
C
3、等温蒸发过程分析
A(H2O)
m1
n1 n2 E n3 F
D
m3
m2
E’
G m4 m5 B m6
n4
C
3、向量法则 向量法则是杠杆规则的进一步应用，包括如下几点： 纯体系A中加入B物质时（B物质可以是纯物质也可以是混合物）， 体系的状态点向B点方向变化，向量AB的长度和添加物的数量成正 比。 自体系中减去C物质时，体系状态点背向C点的方向变化，向量AC 的长度和减去C物质的数量成正比。 若体系A中加入B 物质，同时减去 C物质时，体系A的变化是两者的 AC AB AD 向量和，即： 若向量和为零，体系的状态点不变。 应用向量法则可以方便地确定饱和溶液液相 点的移动方向，以及判断共饱和点的稳定性
示出该二组分体系的组成.
(3)
体系. 其组成按如下方法确定. 以m点为例:
过m点作AC 、AB的平行线mG、mD, 分 别交于第三边BC的G 、D两点, 则m点组成
为: BD线长度为C的含量; CG线长度为B的
含量; DG线长度即为顶点组分A的含量. 从 图中可直接读出: 40%的C, 40%的B, 20%
b
c e1 e2 a
e3 e
E1
B E A E3
C E2
二、体（区域）的物理意义及自由度 b
各曲面以上的区域为不饱和 区；f =3-1+1=3 Cce1ee2为水的结冰区； Aae2ee3和Bbe1ee3分别为A和B 的单独结晶区；f =3-2+1=2
c
e1 a
ACee2、ABee3和BCee1分别为 AC、AB和BC共晶区；
5．重心规则：直线规则的延伸：由三个三元体系 (O、M和N)混合得到的新三元体系点(H)是△MON 的质量重心。
A
O M G B H N C
•
H点位于△MON的物理质心处；
6.三元水盐体系相图中点、线、面的意义及自由度 ADEF不饱和区；f=3-1=2 BDE为B的单独结晶区；f=3-2=1 CEF为C的单独结晶区;f=3-2=1 BCE为B和C的共晶区； f=3-3=0 DE为B的溶解度曲线； f=3-2=1 CE为C的溶解度曲线； f=3-2=1 E点为三相点； f=3-3=0 BE和CE为三相线；f=3-3=0 B L
过 滤 NaCl
过 滤 KCl
其中D、N是从图中读取的，E100
是从溶解度数据表中查的，钾石盐
的组成为已知。计算过程 P17。
待定系数法和比值法自看。
第五节 复杂三元水盐体系相图
一、生成水合物的三元体系
1、一种盐生成一种水合物的相图 G = B· nH2O
BGC是三盐共存区 m5 m5 G盐脱水形成B盐 G N B
—— 液相蒸发
B B 开始析出B盐 析出B盐
m
a
l
m1 m2 m4
b
m3
m3→m4 m5
E
E ——
A,B，开始析出A盐
A,B， 同时析出A+B盐 A,B，
A
Em 3
m5 s
B
水完全蒸发，只剩下A盐+B盐
M m2 Mm M m4 Mm
mC M B m2l ; m2C M m2 Bl mC M s m4 E M B AS ; ; m4C M m4 SE M s AB
A
B
三、钾石盐加工的相图原理
钾石盐是天然矿物，含NaCl约70％、KCl约30％；近年来在我国 也有发现。该矿物加水后形成NaCl—KCl—H2O三元体系。如图所示， 在不同温度下，该图中不同盐的相区扩缩明显。经分析选取100℃制 取NaCl，25℃时制取KCl。
A（NaCl）
K
a100 a25
D L E25 N E100
f =3-3+1=1
e2 e
e3
ABCe为ABC共晶区； f =34+1=0
B C
A
三、立体图中的冷却过程
m→m1：随温度下降，宏观无现象，各 盐浓度增加。 m1：与B盐饱和面相交，B盐开始饱和。 c m1→m2：B盐单独析出，固相为B点， 液相沿m1→l移动。 m2：液相与B、C盐共饱和线相交，C盐开
的体系，情况较为复杂，我们称这样的体系为复杂三 元水盐体系。
特殊三元水盐体系： 构成体系的不是两种盐而是一种碱性物和一种酸性物，
如重过磷酸钙的生产，在不考虑磷石中的杂质时，可 表示为： 示为； 体系。 NH3 CO2 H 2O
CaO P2O5体系，碳酸氢铵体系可表 H 2O
一、三组分系统相图
M a
M2
30％ 20％ B
等腰直角三角形表示法中点、线、面的意义及自由度
A
a
E
W
（H2O） b B
Baidu Nhomakorabea
四、直角坐标表示法
E
五、各种表示法的关系
第二节 简单三元水盐相图的等温蒸发分析
一、等边三角形中的等温蒸发分析
体系点 液相点 固相点
C(H2O)
m→m1
m1 m1→m2
m→m1
m1 m 1 →E
A(H2O)
m D m3 m4 m5 m6 C m1 m2 L E F
2、单盐生成单一水合物的复杂情况 同一种盐在指定温度下能以水合物的形式结晶出来， 也可以以无水盐的形式结晶。这时相图中出现三条溶解度 曲线。如25℃时，NaCl—Na2SO4—H2O体系相图。
A(H2O)
D
E’ E
F
G
B 25 ℃
C
bb’//BC，bb’上含A%均等。
2. 定比规则 凡位于通过顶点(A)的任一直线上的体系，其中顶 点代表的组元含量不同，其余两组元(B和C)的含量比相 同，即：
cB ( R ) cB ( P ) cB ( Q ) cC( R ) cC( P ) cC( Q )
A
R P Q B
a
C
3. 背向规则 从一个三元体系中不断取走某一组元，那么该 体系的组成点将沿着原组成点与代表被取走组元的 顶点的连线向着背离该顶点的方向移动
W（水）
b25 b100
（KCl） B
四、相平衡计算
可分为三种：图算法、待定系数法和比值法。
1、图算法： 利用杠杆规则来进行计算。
补充水 钾石盐 母液循环
体系 钾石盐 30 21.6 16.2 12.7 组成%（质量） KCl NaCl 70 16.8 38 18.7
100℃ 溶 解
冷却到25℃
E100 D体系 N体系
可得纯C;
若刚好落在AF线上, 则B与C同时析出.
开始有一不饱和溶液, 物系点在AF之
左, 现欲得到纯固体C,可在此不饱和 溶液中加C盐, 待C溶解后仍为不饱和溶 液,但物系点已移至AF之右, 用蒸发法 即可得纯固体C. 欲得C的量最多, 物系 点要尽量靠近AC线，且靠近C点. 同样, 欲 得最大量的固体B, 物系点也要尽
量靠近AB线及B点.
二、等腰直角三角形中的等温蒸发分析
A
a
E l m1
m4 m3
m5
s
m
m2
b B
W
三、直角坐标系中的等温蒸发分析
A
p2
p3
a
p1 m E
p
W
b
B
第三节 简单三元水盐相图的立体图
一、点、线、面物理意义及自由度
A、B、C分别为三个纯组分； f = 0 △ABC为立体图在底面的投影，属于等温相 图；纵轴代表温度； a，b，c分别为A、B、C的熔点； f = 0 三个侧面为二元体系相图； ae3曲线为A中B的含量增加时A的熔点变化 曲线；be3则相反；ae2和be1分别为A和B的 溶解度曲线； f = 2-2+1=1 ce1 和ce2为水的冰点曲线； f = 1 e1和 e2分别为BC和AC二元水盐体系的三相 点；e3为AB的共熔点； f = 2-3+1=0 ee1、ee2、ee3分别为BC、 AC、 AB的共饱 和线； f = 3-3+1=1 e为ABC共饱和点； f = 3-4+1=0 a e2ee3为A的饱和面; f = 3-2+1=2
A
P
B
C
4. 联线规则：新体系点必落在原体系点连线上，该
点至原体系点的距离和该体系点的量成反比。 杠杆规则：由两个三元体系(M和N)混合得到的新 三元体系点(O)一定在M和N的连线上，且满足 杠杆规则： WM MO WN NO, WO WM WN
A
ON WM MO WN
M O N B C
线段 Dm + mF + mE = BC边 = AB边 = AC边 = 100% . 确定P点的组成为: 20%的C, 20%的B, 60%的A.
三、等边三角形规则
1. 等含量规则：一组体系点同在平行于三角形某一边的 平行线上，则该组体系点所含该平行线对应的顶点组 成的含量相同。
A
b’
B
P Q
R
b
的A. (沿逆时针方向表示各组分含量)
证明如下. 由图可见, 线段mF = GC(平行四 边形的两条对应边相 等), 线段 Em = BD (等腰梯形的两腰相 等), 线段 Dm = DG
( ΔABC 相似于ΔmDG,
而 ΔABC为全等三角形, ΔmDG也为全等三角形,
全等三角形的三条边相等)， 所以有:
始饱和。
m
b
m1
e1 e2 e
l
a
m2→m3： B、C盐共同析出，固相沿 B→S移动，液相沿l → e移动。 m3：液相到达四相共饱和点e，固相为 S点，冰开始析出。 m3→m4： 冰、B、C盐共同析出，固 相沿S →m4移动，液相在 e点。
m2 m3
e3 s
B
C E A
m4
m3：水分完全蒸干。
四、等温面切割立体图
与M之间, 加水可得纯B固体盐; 在M与C 之间时加水得纯C固体盐. 若正好在M点, 则加水不能得纯盐, 因为B与C同时溶完.
(2) 蒸发法分离提纯盐
与稀释法相反. 先有一不饱和溶液,
通过等温蒸发也可得到一种纯盐. 如图 所示, 物系点在AF之左, 等温蒸发去水
可得纯B固体; 在AF之右,
(3) 加盐法
图）。
缺点：难以表达清楚
解决办法： 1.投影平面图 2.等温截面图 A
A
e1
B
E
e3
C
B 投影平面图
e2
C
二、等边三角形表示法
如图所示, 设三组分体系由A 、B 、C 三种物质组成. 三角坐标图用以下方法表示体系的组成. (1) 三个顶点分别表示三个纯组分, 即单组分单相体系.
(2)
三条边分别表示三个二组分体系, 边上的每一点可表 三角形内部如何一点代表一个三组分