水盐体系相图总复习

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
定义：凡物理状态和化学组成完全均一的部
分，在热力学上称为相。
组分数
组分数是构成平衡体系各相所需要的、可以 选择的最少物种数。
组分可以是一个化学元素，也可以是一个化 合物。组分数是体系的重要依据，又是绘 制相图的重要参数，它可以大致反应出体 系的复杂程度。
水盐体系组分数的简捷表达
组分数=体系中组成盐的正、负离子数之和
•
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
子分开。
例如Na＋、K＋／／Cl-、SO42-－H2O体系等。
此外还有写成例如Na＇、K＇／／Cl＇、SO4＂－H2O体系等形式
的。只要前后一致就好，没有十分严格的规定。
第二章 二元水盐体系相图
第一节 简单二元水盐体系图形表示法
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
可以是0、1、2、3等。
通常，自由度用F表示。
相律
F＝C－P＋2 式中F——独立参变量数目，即自由度；. C——独立组分数； P——平衡共存的相的数目； 2——指温度和压力两个变量。
水盐体系属于凝聚体系，一般是处在大气之中，因为 压力对水盐体系平衡影响甚微，所以可以不考虑压力 这一外界变量对平衡的影响。 因而对水盐体系，我们用“减相律”，即凝聚体系相 律。其表达形式为 F＝C－P＋1 式中的1指温度这一变量，式中的P不包括气相在 内， 也不考虑空气的存在。读者在应用时要特别注意。
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
1
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。
自由度
在自然界和化工生产中，人们对体系中各相的存在、消失 和生成十分注意。促使各相生成和消失的内在因素是各种盐 的浓度、外界条件如温度和压力的变化引起的。而温度、压
力和各个盐的浓度是可以独立改变的。有时改变一个变量就
会引起相的变化，有时改变两个变量也不会引起相的变化。 所谓独立变量的改变，都是指在一定范围内的改变，而不是 毫无限制的改变。这个变量的改变不受其他变量的制约，这 是独立的含义。最后强调的是，自由度是指参变量的数目，
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
-50
（W）W
冰+ NaNO3 80
D S（S） 100
NaNO3，%（wt）
图2-1 NaNO3—H2O体系相图
简单相图的点、线、面的意义
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。
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K＋//Cl-－H2O体系． 二元水盐体系相律公式为： F=2-P+1=3-P 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。
MB MB AC M C M A M B AB
由以上三式可以看出，在系统C中，A的含量越多，C点的位置 越接近A点（也就是线段BC越长）。对组合物B来说也是一样的。
分离过程
当从系统C中分离出组合物A，而构成新体系B时，则B点位于AC的 延长线上；A、B、C三点所代表的数量各与其它两点的距离成比 例。 C-A→B
C’ A C
D
B’ B
向量法则
该法则是直线杠杆规则的一个运用,其作用在于指明方向。 （1）当往物系A中加入B物时体系的状态点向着B的方向移动，向量 AB‘的长度和加入组合物B的重量成比例。 （2）从体系A中分离出组合物C时，体系的状态点背着C方向变化， 向量AC‘的长度和分离出C的重量成比例。 （3）在于体系A中加入B，同时分离出C。体系A点的变化是AB‘，AC’ 的向量和 。 （4）如果向量和为0，则体系的状态点不变。
相图研究的理论依据
一、连续原理
二、相应（对应）原理 三、化学变化统一性原理 四、奥斯瓦尔德逐次分段进行规则 五、相区邻接规则
六、直线规则
七、杠杆规则
八、向量法则
九、水盐体系书写的形式及相图绘制要求
直线规则
当把A、B两种物质混合为系统C时，或
者从体系C中分离出组合物A（或B）时，A、
B、C三点位于一条直线上，这就是直线规
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
（4）以100g水为基准：
NaCl KCl HHale Waihona Puke Baidu2O
5 100% 5% 100 20 100% 20% 100 100 100% 100% 100
A MA C MC B MB
A分离出去越多，B离开A点越远。被分离出去A的数量和线段CB的长 度成比例，即 MA MA BC
MB MC M A AC
BC 或 M A BC M B AC MA MB ; AC M C AB M C AB 同样， 在生产中蒸发过程是分离过程的典型例子，它是把水从系统 中分离出来的过程。
则。
杠杆规则
A、B、C三点所代表的物料量各与其它两点间的线段的长度 成比例，这就是杠杆规则。直线规则和杠杆规则，我们统称直 线杠杆规则或称直线反比法则。 如果用MA、MB、MC分别代表A、B、C三点的数量，则可列 出如下的比例式
A MA C MC B MB
MA∶MB∶MC=BC∶AC∶AB • 所谓反比，就是指每点所代表的数量和其它两点间线段的长度 成比例，而不包括本身的那个点。MA和直线BC的长度成比例， MB与直线AC的长度成比例，MC和直线AB的长度成比例。
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。 3种常用基准：溶液(总物质)、溶质（或干盐）、水（或 溶剂）
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
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
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
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
t（℃） B 300 16
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。
水盐体系相图（salt-water system phase diagram）
水盐体系的书写形式
（2）按离子形式写：正离子按H＋、Li＋、Na＋、K＋、NH4＋、Mg2＋、 Ca2＋、Fe2＋等，负离子按OH-、Cl-、Br-、I-、NO3-、SO42-、HCO3-、 CO32-等的顺序写。各离子之间用顿号（或逗号）分开，正负离子 之间用两条斜竖杠分开。水写在最后，并用一横杠与前面的负离
水盐体系书写的形式
水盐体系的书写形式 （1）按组成体系的各盐的分子式的形式来写，盐类可按下面的顺 碳酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐。 如NaCl—KCl－MgCl2－H2O体系或NaNO3－NaCl－KNO3－KCl－H2O 体系。
序排列写：锂盐、钠盐、钾盐、铵盐、镁、钙、氯化物、硝酸盐、
水盐体系书写的形式
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
混合过程
• 当把组合物A、B混合为系统C时，则C点位于AB连线上；A、B、C 三点所代表的数量各与其它两点间线段的长度成比例。 A+B→C
A MA C MC B MB
根据直线反比法则可以得到如下比例式，以进行计算
M A BC M B AC
MA MA BC M C M A M B AB
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
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。
13
NaNO3+L
A 0 C -50
冰+L
冰+ NaNO3 80
D S（S） 100
（W）W
NaNO3，%（wt） 图2-1 NaNO3—H2O体系相图
简单二元水盐相图的标绘
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
坐标系
• 横坐标表示组成； 纵坐标表示温度， 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。
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
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）