三组分体系的相图及其应用(精)

上一内容下一内容回主目录返回2020/5/265.6三组分体系的相图及其应用三组分体系相图类型当，无法用相图表示。1,4fΦ当，恒压，（或恒温，），用正三棱柱体表示，底面正三角形表示组成，柱高表示温度或压力。1Φ3*f3*f当，且恒温又恒压，，可用平面图形表示。常用等边三角形坐标表示法，两个自由度均为组成变化。1Φ2**f3,32CfΦ因为上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26三组分体系的相图及其应用上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26等边三角形坐标在等边三角形上，沿反时针方向标出三个顶点，三个顶点表示纯组分A，B和C，三条边上的点表示相应两个组分的质量分数。三角形内任一点都代表三组分体系。通过三角形内任一点O,引平行于各边的平行线，在各边上的截距就代表对应顶点组分的含量，即a＇代表A在O中的含量，同理b＇，c＇分别代表B和C在O点代表的物系中的含量。显然1'''cbacba上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26等边三角形坐标上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26等边三角形表示法的特点：(1)在平行于底边的任意一条线上，所有代表物系的点中，含顶角组分的质量分数相等。例如，d，e，f物系点，含A的质量分数相同。(2)在通过顶点的任一条线上，其余两组分之比相等。例如，AD线上，''''''bcbc(3)通过顶点的任一条线上，离顶点越近，代表顶点组分的含量越多；越远，含量越少。例如，AD线上，D＇中含A多，D中含A少。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26等边三角形表示法的特点：上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26等边三角形表示法的特点：(4)如果代表两个三个组分体系的D点和E点，混合成新体系的物系点O必定落在DE连线上。哪个物系含量多，O点就靠近那个物系点。O点的位置可用杠杆规则求算。用分别代表D和E的质量，则有：ED,mmOEODEDmm上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26等边三角形表示法的特点：(5)由三个三组分体系D，E，F混合而成的新体系的物系点，落在这三点组成三角形的重心位置，即H点。先用杠杆规则求出D，E混合后新体系的物系点G，再用杠杆规则求G，F混合后的新体系物系点H，H即为DEF的重心。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26等边三角形表示法的特点：上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26等边三角形表示法的特点：(6)设S为三组分液相体系，当S中析出A组分，剩余液相组成沿AS延长线变化，设到达b。析出A的质量可以用杠杆规则求算：ABASbSmm若在b中加入A组分，物系点向顶点A移动。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26部分互溶的三液体体系（1）有一对部分互溶体系醋酸（A）和氯仿（B）以及醋酸和水（C）都能无限混溶，但氯仿和水只能部分互溶。在它们组成的三组分体系相图上出现一个帽形区，在a和b之间，溶液分为两层，一层是在醋酸存在下，水在氯仿中的饱和液，如一系列a点所示；另一层是氯仿在水中的饱和液，如一系列b点所示。这对溶液称为共轭溶液。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26部分互溶的三液体体系上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26部分互溶的三液体体系在物系点为c的体系中加醋酸，物系点向A移动，到达时，对应的两相组成为和。由于醋酸在两层中含量不等，所以连结线不一定与底边平行。1c1a1b11ba继续加醋酸，使B，C两组分互溶度增加，连结线缩短，最后缩为一点，O点称为等温会溶点（isothermalconsolutepoint），这时两层溶液界面消失，成单相。组成帽形区的aob曲线称为双结线（binoalcurve）。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26T-x1，x2图将三液体中有一对部分互溶的体系画成正三棱柱形立体图，纵坐标为温度，每个水平截面为正三角形组成图。温度不断升高，互溶程度加大，两液相共存的帽形区逐渐缩小，最后到达K点，成均一单相。将所有等温下的双结线连成一个曲面，在这曲面之内是两相区。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26（2）有两对部分互溶体系乙烯腈(A)与水(B)，乙烯腈与乙醇(C)只能部分互溶，而水与乙醇可无限混溶，在相图上出现了两个溶液分层的帽形区。帽形区之外是溶液单相区。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26（2）有两对部分互溶体系帽形区的大小会随温度的上升而缩小。当降低温度时，帽形区扩大，甚至发生叠合。如图的中部区域是两相区，是由原来的两个帽形区叠合而成。中部区以上或以下，是溶液单相区，两个区中A含量不等。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26（3）有三对部分互溶体系乙烯腈(A)-水(B)-乙醚(C)彼此都只能部分互溶，因此正三角形相图上有三个溶液分层的两相区。在帽形区以外，是完全互溶单相区。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26（3）有三对部分互溶体系降低温度，三个帽形区扩大以至重叠。**0fCΦ靠近顶点的三小块是单相区，绿色的三小块是三组分彼此部分互溶的两相区，中间EDF红色区是三个彼此不互溶溶液的三相区，这三个溶液的组成分别由D，E，F三点表示。在等温、等压下，D，E，F三相的浓度有定值，因为：上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26萃取原理对沸点靠近或有共沸现象的液体混合物，可以用萃取的方法分离。对芳烃和烷烃的分离，常用二乙二醇醚为萃取剂。在相图上可见，芳烃A与烷烃B完全互溶，芳烃A与萃取剂S也能互溶，而烷烃与萃取剂互溶度很小。一般根据分配系数选择合适的萃取剂。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26萃取原理将组成为F的A和B的混合物装入分液漏斗，加入萃取剂S，摇动，物系点沿FS线移动，设到达O点(根据加入S的量，由杠杆规则计算)，静置分层。萃取相的组成为，蒸去S，物系点沿移动，直到G点，这时含芳烃量比F点明显提高。1y1Sy萃余相组成为，蒸去S，物系点沿移动，到达H点，含烷烃量比F点高。1x1Sx上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26二次萃取在萃余相中再加萃取剂，物系点沿方向移动，设到达O’点，再摇动分层，萃取相组成为，蒸去萃取剂，芳烃含量更高。萃余相组成为，含烷烃则更多。重复多次，可得纯的芳烃和烷烃。1xS1x2y2x上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26萃取塔工业上，萃取是在塔中进行。塔内有多层筛板，萃取剂从塔顶加入，混合原料在塔下部输入。依靠比重不同，在上升与下降过程中充分混合，反复萃取。最后，芳烃不断溶解在萃取剂中，作为萃取相在塔底排出；脱除芳烃的烷烃作为萃余相从塔顶流出。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26三组分水盐体系这类相图很多，很复杂，但在盐类的重结晶、提纯、分离等方面有实用价值。这里只介绍几种简单的类型，而且两种盐都有一个共同的离子，防止由于离子交互作用，形成不止两种盐的交互体系。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26三组分水盐体系(1)固体盐B，C与水的体系，图中有：一个单相区ADFE是不饱和溶液单相区。两个两相区BDF是B(s)与其饱和溶液两相共存；CEF是C(s)与其饱和溶液两相共存。一个三相区：BFC是B(s),C(s)与组成为F的饱和溶液三相共存。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26三组分水盐体系(1)固体盐B，C与水的体系，图中有：两条特殊线：DF线是B在含有C的水溶液中的溶解度曲线；EF线是C在含有B的水溶液中的溶解度曲线；一个三相点：F是三相点，饱和溶液与B(s),C(s)三相共存，。0**f多条连结线：B与DF以及C与EF的若干连线称为连结线。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26盐类提纯如果B和C两种盐类的混合物组成为Q点，如何B分离出来?R点尽可能靠近BF线，这样可得尽可能多的纯B(s)。加入水的合适的量以及能得到B(s)的量都可以用杠杆规则求算。如果Q点在AS线右边，用这种方法只能得到纯C(s)。应先加水，使物系点沿QA方向移动，进入BDF区到R点，C(s)全部溶解，余下的是纯B(s)，过滤，烘干，就得到纯的B(s)。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26有复盐生成的体系当B，C两种盐可以生成稳定的复盐D，则相图上有：一个单相区：AEFGH,为不饱和溶液三个两相区：BEF，DFG和CGH两个三相区：BFD，DGC三条溶解度曲线：EF，FG，GH两个三相点：F和G如果用AD连线将相图一分为二，则变为两个二盐一水体系。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26有水合物生成的体系组分B与水(A)可形成水和物D。对ADC范围内讨论与以前相同，只是D表示水合物组成，E点是D(s)在纯水中的饱和溶解度，当加入C(s)时，溶解度沿EF线变化。BDC区是B(s)，D(s)和C(s)的三固相共存区。属于这种体系的有，水合物为大苏打。OH-NaClSONa242O)H10SONa(242上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26利用温差提纯盐类图(a)是在298K时的相图。图(b)是该三组分在373K时的相图。OHKNONaNO233将(a),(b)两张图叠合，就得到(c)，利用相图(c)将与的混合物分离。3NaNO3KNO显然，升高温度，不饱和区扩大，即两种盐的溶解度增加。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26利用温差提纯盐类上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26利用温差提纯盐类（1）设混合物中含较多，物系点为x。3KNO在298K时，加水溶解，物系点沿xA线向A移动，当进入MDB区时，全部溶解，剩下的固体为。3NaNO3KNO如有泥沙等不溶杂质，将饱和溶液加热至373K，这时在线之上，也全部溶解，趁热过滤，将滤液冷却可得纯。3KNO3KNO'DM'上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26利用温差提纯盐类上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26利用温差提纯盐类（2）设混合物中含较多，物系点为x'。3NaNO在D'溶液中加水并冷却至298K，使物系点到达y点，略高于BD线，过滤得和组成为D的饱和溶液。s)(KNO3加少量水，并升温至373K，使物系点移至W，略高于线，趁热过滤，得和组成为D'的饱和溶液CD'3NaNO在D中加组成为x'的粗盐，使物系点到达W，如此物系点在WD'yD之间循环，就可把混合盐分开。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26三组分低共熔相图金属Sn、Bi和Pb彼此可形成三个二元低共熔相图，它们的低共熔点分别为和，低共熔点在底边组成线上的位置分别为C，D和B。31E,E2E将平面图向中间折拢，使代表组成的三个底边Sn-Bi，Bi-Pb和Pb-Sn组成正三角形，就得到了三维的正三棱柱形的三组分低共熔相图，纵坐标为温度。上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26三组分低共熔相图一个单相区在花冠状曲面的上方是熔液单相区；三个三相共存点在每个低共熔点处，是三相共存。123,,EEE三个两相区在三个曲面上是熔液与对应顶点物的固体两相共存区；上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26三组分低共熔相图一个四相点是Sn(s)，Pb(s)，Bi(s)和组成为的熔液四相共存，是四相点，这时，的位置在定压下有定值。温度再降低，液相消失，三固体共存。0*f4E4E4E如果在点处加入Bi，低共熔点还会继续下降，到达时有金属Bi析出（在中加Sn，中加Pb都有类似的情况）。2E4E3E1E上一内容下一内容回主目录返回2020/5/26三组分低共熔体系的步冷轨迹当组成为A的熔液冷却，与曲面相交时，有Bi(s)析出，Sn与Pb的相对比例不变，物系点