水盐体系相图及其应用2

13
④连溶解度曲线。
⑤确定有关固相的位置。 ⑥划分相区。
NaNO3+L
A
0 C
冰+L
-50
（ W） W
冰+ NaNO3 80
D S（S） 100
NaNO3，%（wt）
图2-1 NaNO3—H2O体系相图
四、简单相图的点、线、面的意义
（1）纵轴 左纵轴为纯水一元体系， 其中A点为冰点，是液相水 与固相冰处于相平衡状态 的二相点。 右纵轴为NaNO3一元体系， 其中B点为熔点，是液态 NaNO3与固相NaNO3处于平衡 的二相点。 F=1-P+1=2-P 对于A、B两点，P=2，F=2-2＝0
第二章 二元水盐体系相图
第一节 简单二元水盐体系相图
第二节 复杂二元水盐体系相图
第三节 二元水盐相图的化工过程 第四节 二元水盐相图的计算方法
第一节 简单二元水盐体系相图
一、相律特征 二、坐标系 三、简单二元水盐相图的标绘 四、简单相图的点、线、面的意义
一、相律特征
组分数等于2的体系是二元体系。它是由一种单盐和水组成， 是水盐体系中最简单的类型。 例如， KCl－H2O体系或书写为 K＋//Cl-－H2O体系． 二元水盐体系相律公式为： F=2-P+1=3-P
二、复杂二元相图的标绘
（1）分析数据； （2）建立坐标系； （3）标出数据点，并编号标点； （4）连溶解度曲线； （5）确定有关固相的位置，根据水和盐的组成，在图中画一条竖线， 这条竖线叫固相组成竖直线； （6）划分相区。有以下三条原则： ①共饱点与平衡的两个固相点（共三点）连直线作为相区划分线； ②固相组成竖直线作为相区划分线； ③上述两条原则作出的相区划分线不得互相穿过，即只能成T字 形相交。
二、复杂二元相图的标绘
1.稳定水合盐相图实例
表2－2 Mn(NO3)2—H2O体系相平衡数据
编号 1 符号 A 温度 0 液相组成Mn(NO3)2，％（wt） 0 平衡固相 ice
2
3 4 5 E1
-10
-20 -36 -29
21.3
33.0 40.5 24.3
ice
ice ice+ Mn(NO3)2·6H2O Mn(NO3)2·6H2O
第二节 复杂二元水盐体系相图
一、稳定水合物和不稳定水合物 二、复杂二元相图的标绘 三、水合盐相图分析 四、转溶现象
一、稳定水合物和不稳定水合物
盐和水生成水合物，又叫水合盐。 1.稳定水合盐 这种水合盐加热至熔点熔化时，固相和液相有相同的组成，即水合盐 无论在固态或熔化后的液态中，都有相同的组成，都能稳定的存在而 不分解，因此，又称为有相合熔点的化合物，或称为同成分水合盐。 2.不稳定水合盐 这种水合盐加热至一定温度时，不是简单的熔化，而是生成无水盐或 含水少的水合盐及同时生成较水合盐含水量多的溶液，因而造成固液 两相组成不一致。这个温度就是固液异组成物的“熔点”，或叫不相 称熔点。这个温度实际上也是水合盐的分解温度，故称这种水合盐为 异成分水合盐或不相称水合盐。 3.判断 稳定水合盐和不稳定水合盐的区别主要在于它们受热时呈现的不同 现象。确定某一水合盐是否稳定，要通过实验来判定。
3 2 2
二、复杂二元相图的标绘
1.稳定水合盐相图实例
t（℃） 30 ⑥ F 11 10 B8 ⑤ P 9 H E2 7 ① ⑦
（2）点 20 E1它表示冰与Mn(NO3)2·6H2O两个 固相平衡的饱和溶液，是低共熔冰盐 10 A 合晶点（低共熔点），也是无变量点。 0 E2它表示Mn(NO3)2·6H2O与 -10 Mn(NO3)2·3H2O两个固相平衡的饱和 -20 溶液，两盐共饱点。 -30 P=3，F=3-3=0
150 未饱和溶液L 100 12 11 10 50 1 2 3 7 6 E 20 40 60 8 9 45
13
NaNO3+L
A
0 C
冰+L
P=3，F=3-3=0
-50
（ W） W
冰+ NaNO3 80
D S（S） 100
NaNO3，%（wt）
图2-1 NaNO3—H2O体系相图
四、简单相图的点、线、面的意义
6
7 8 9 10 11 F B E2
0
11 25.8 23.5 27 35.5
50.5
54.6 62.3 64.6 65.6 76.8
Mn(NO3)2·6H2O
Mn(NO3)2·6H2O Mn(NO3)2·6H2O Mn(NO3)2·6H2O＋ Mn(NO3)2·3H2O Mn(NO3)2·3H2O Mn(NO3)2·3H2O
t（℃） B 300 16 15
250
200
14
150 未饱和溶液L 100 12 11 10 50 1 2 3 7 6 E 20 40 60 8 9 45
13
NaNO3+L
A
0 C
冰+L
D S（S） 100
-50
（ W） W
冰+ NaNO3 80
NaNO3，%（wt）
图2-1 NaNO3—H2O体系相图
液相组成NaNO3,%(wt)
51.2 55.5 59.8 63.8
平衡固相
NaNO3 NaNO3 NaNO3 NaNO3
5
-17.7
38.0
ice+ NaNO3
13
150
73.7
NaNO3
6 7 8
-10 0 20
39.7 42.1 44.4
NaNO3 NaNO3 NaNO3
14 15 16
200 250 300
t（℃） B 300 16
250
15
200
14
150 未饱和溶液L 100 12 11 10 50 1 2 3 7 6 E 20 40 60 8 9 45
13
NaNO3+L
A
0 C
冰+L
D S（S） 100
-50
（W）W
冰+ NaNO3 80
NaNO3，%（wt）
图2-1 NaNO3—H2O体系相图
三、简单二元水盐相图的标绘
（1）应从溶解度手册中查出该体系的相平衡数据。
表2-1
编号
1 2 3 4
NaNO3—H2O体系相平衡数据
平衡固相
ice ice ice ice
温度
0 -5 -10 -15
液相组成 NaNO3,%(wt)
0 13.5 25.0 34.0
编号
9 10 11 12
温度
40 60 80 100
四、简单相图的点、线、面的意义
t（℃）
（2）线
曲线BE是NaNO3在水中的溶解度曲 线，它表示NaNO3的饱和溶液。 曲线AE是NaNO3溶液的结冰线，也 称为冰的溶解度曲线。
300 250
16
B
15
200
14
F=2-P+1=3-P P=2，F=2-2+1=1
直线CED是固相冰、固相NaNO3及对 冰与NaNO3都饱和的液相，是三相 共存的三相线。
1
2 3
6 ③ S6 S3
②
R ④ -40 （W）W 20
5 4 K Mn(NO3)2 E1 40 80 100 60 Mn(NO3)2，%（wt）
图2-2 Mn(NO3)2—H2O体系相图
（3）面
• AE1BE2 F曲线上方的区域→不饱和相区。 • 封闭区E1BE2PK → Mn(NO3)2· 6H2O固相与其饱和溶 液共存区，也称为Mn(NO3)2· 6H2O的结晶区。 • 封闭区E2FH → Mn(NO3)2· 3H2O固相与其饱和溶液共 存区，也称为Mn(NO3)2· 3H2O的结晶区。 • 封闭区AE1R→冰与冰的饱和溶液共存区，也称为冰的 结晶区。 • 长方形RKS6W→冰与Mn(NO3)2· 6H2O二种纯固相的混 合共存区，是二相区。 • 长方形PHS3S6→ Mn(NO3)2· 6H2O与Mn(NO3)2· 3H2O二 固相的混合共存区，是二相区。
t（℃）
180 160 140 120wenku.baidu.comW 100 80 60 A 40 20 0 N1 N2 Q M R L
H
S
C B 原 盐 组 成 线
G
H1
D
-20 F
N3
20
E
30 40 50 60
10 -40 （W）W
70
80
90
100
NaCl S（S）
NaCl,%
图2-3 NaCl—H2O体系相图
图中有一种水合盐NaCl· 2H2O生成，水合盐的组成含盐61.86%， 有两个零变点E、Q，数据完整，覆盖了整个体系的图面。
可见，在二元体系中，处于平衡状态的相最多有3个，因相数 最少为1，故体系中可以自由变动的变量有2个，即温度和溶液的 浓度。浓度变量亦可以称为内部变量。
二、坐标系
• 横坐标来表示组 成；纵坐标来表 示温度，温度用 ℃表示。 • 横轴为一定长度， 等分为100份，左 端点W表示纯水， 右端点S（或用其 他符号）表示纯 盐，见图2－1。
-50
（ W） W
冰+ NaNO3 80
D S（S） 100
NaNO3，%（wt）
图2-1 NaNO3—H2O体系相图
四、简单相图的点、线、面的意义
（4）区域 AEB曲线上方的区域表示不饱和相区 。 F=2-P+1=3-P P=1，F=2-1+1=2 封闭区BEDB是NaNO3固相与其饱和溶液共 存区，也称为NaNO3的结晶区。 封闭区AECA是冰与冰的饱和溶液共存区， 也称为冰的结晶区。 F=2-P+1=3-P P=2，F=2-2+1=1 长方形CDSW是冰与纯NaNO3二种纯固相的 混合共存区，是二相区。 F=2-P+1=3-P P=2，F=2-2+1=1
83.2 92.0 100.0
NaNO3 NaNO3 NaNO3
三、简单二元水盐相图的标绘
（2）相图的标绘完全符合连续原 理和相应原理。 ①分析相平衡数据。 ②建立坐标系。 ③标出数据点，并编号标点。
t（℃） B 300 16
250
15
200
14
150 未饱和溶液L 100 12 11 10 50 1 2 3 7 6 E 20 40 60 8 9 45
2.不稳定水合盐相图实例 表2－3 NaCl—H2O体系相图数据
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 E 符号 A 温度(℃) 0 -5 -10 -15 -21.1 -15 -10 -5 液相组成NaCl，％（wt） 0 7.9 14.0 18.9 23.3 24.2 24.0 25.6 平衡固相 ice ice ice ice ice+NaCl· 2H2O NaCl· 2H2O NaCl· 2H2O NaCl· 2H2O
二、复杂二元相图的标绘
1.稳定水合盐相图实例
t（℃） F （1）线 11 30 10⑤ 曲线AE1是Mn(NO3)2溶液的结冰线，也称为冰的 B8 P 9 H 溶解度曲线。 E2 20 曲线E1BE2是Mn(NO3)2·6H2O在水中的溶解度曲 7 ⑥ 线，它表示Mn(NO3)2·6H2O的饱和溶液。 10 ① 曲线E2F是Mn(NO3)2·3H2O在水中的溶解度曲线， A 1 6 0 它表示Mn(NO3)2·3H2O的饱和溶液。 F=2-P+1=3-P 2 ③ -10 P=2，F=2-2+1=1 S6 S3 3 直线RE1K是固相冰、固相Mn(NO3)2·6H2O及对 -20 ② 冰与Mn(NO3)2·6H2O都饱和的液相，是三相共存 的三相线。 5 -30 4 R K 直线PE2H是固相 Mn(NO3)2 E1 ④ -40 Mn(NO3)2·3H2O ,Mn(NO3)2·6H2O及共饱和溶液共 （W ）W 20 40 80 100 60 存，是三相共存的三相线。 Mn(NO3)2，%（wt） P=3，F=3-3=0 图2-2 Mn(NO ) —H O体系相图
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18
Q
0.15
10 20 25 40 50 75 100 125 200
26.3
26.3 26.4 26.45 26.7 26.9 27.45 28.25 29.0 31.5
NaCl· 2H2O＋NaCl
NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl
t（℃） B 300 16
250
15
200
14
150 未饱和溶液L 100 12 11 10 50 1 2 3 7 6 E 20 40 60 8 9
13
NaNO3+L
A 0 C -50
冰+L
45
D
冰+ NaNO3 80 100 S（S）
（W）W
NaNO3，%（wt） 图2-1 NaNO3—H2O体系相图
t（℃）
（3）E点 它表示冰与NaNO3两个固 相平衡的饱和溶液，是 低共熔冰盐合晶点，也 是无变量点。 P=3，F=3-3=0
300
16
B
250
15
200
14
150 未饱和溶液L 100 12 11 10 50 1 2 3 7 6 E 20 40 60 8 9 45
13
NaNO3+L
A
0 C
冰+L