2-1水盐体系相图及其应用

BM盐的饱和溶解度曲线，即与
液相呈平衡的固相为BM盐。
a点代表AM-H2O二元体 系中AM盐的溶解度，b点代 表BM-H2O二元体系中BM的
溶解度，c点是ac和bc的交点，
代表AM和BM两种盐共同饱 和时的点（共饱和点），即 与液相呈平衡的固相为AM和 BM两种盐。
面积Aca代表AM盐与其饱 和溶液共存的两相区，面积 Bcb代表BM盐与其饱和溶液共
F =C-P=3-1=2
表示该不饱和区为双变量区。
——END Thank you
(2)独立组分
系统中每一个可以单独分离出来并能在体系外长
期存在的物质，称之为组分。组分是构成整个体系的化学物质， 物质间如果没有化学反应，则组分数与独立组分数相等，如物质 间有化学反应，则组分数减去独立化学反应数，即得独立组分数， (3)自由度 在体系中不致引起相的数目发生变化的条件下，可
以随意独立变动的可变因素（如温度、压力、浓度等）的数目。
存的两相区，面积AcB代表AM
盐和BM盐都与饱和溶液c共存 的三相区，面积Dacb代表单一 液相的不饱和区。
下面用相律分析相图中各点、线、面的意义。 对于相图中点a和点b：组分数为2，相数为2，由相律 公式知
F-C-P=2-2=0
自由度F为0，表示在一定温度条件下，这样的点为无 变量点，不论改变那个强度变量都会使体系发生相的变化。 对于c点，组分数为3，相数为3，则 F =C-P=3-3=0 也是无变量点。 对于ac和bc线上的任何点，组分数为3，相数为2，则
ac m bc n
2．三元体系直角等腰三角形 表示法 直角等腰三角形表示法如图2-4
所示。这种示法的优点是可
用普通方格纸作图。体系以l00g （或l00mol）为基准。横坐标表 示A盐的质量分数，纵坐标表示B 盐的质量分数，坐标原点为纯 水点。水的含量不能从图上直接读 出来，但显然是已知的了。如图
制和应用上都很不方便。为便于使用往往把温度固定，从而使自
由度减少一个，就可用平面图表示出三元体系的平衡状态，这种 相图就是恒温相图。
1．等边三角形表示洼 用这种表示法时，体系的组 成常用分数或百分数（质量分数、 摩尔分数）来表示。三角形的三 个顶点分别代表三个纯组分点， 每个边代表相应二个组分构成的 二元体系，三角形内各点代表三 元体系。 三元体系等边三角形表示法 具有以下特点。 ① 由图2-1可见，在平行于 任何一边的线上的体系中，其对 应的顶点所代表物质的组成都是 相等的。
中P点，A盐的质量分数为a，B盐
的质量分数为b，则水的质量 分数为100 -(a+b)。
直角等腰三角形相图的特点是：由两种盐组成的二元体系的坐标的比 例，与另外两个二元体系不同；连线规则和杠杆规则仍然适用于这种相图。 3．三元体系直角坐标表示法 直角坐标表示法如图2-5所示， 该表示法所取的基准与前两种不同。 它以l00g或l000g（或l000mol）水 为基准。横坐标表示l00g或l000g （或l000mol）水中A盐的克数（或 物质的量）。纵坐标表示l00g或 l000g（或l000mol）水中B盐的克数 （或物质的量）。
对于三元体系，组分数c=3，由相律公式得到自由度为 F=C-P+2=3+2-P=5-P 如不考虑气相存在时，压力影响因素不计，上式变为
F=4-P
因为自由度不能为负值，而三元体系中相数最少为1，最多 为4，则自由度最小值为零。当P=l时，自由度最大即F=4-1=3。 自由度为3表示必须同时指定三个独立变量才能确定体系的 平衡状态。这三个独立变量即是温度和两种盐的组成。因此要全 面表达该体系相平衡的变化规律，必须用三维坐标的立体图来表 示，三个坐标轴分别表示温度和两种盐的组成。但立体图形在绘
② 由图2-2可见， 通过三角形顶点（如 A点）的直线(如
AE)上所有的点，组
成中其他两组分（未 作直线的两顶点B和 C）的含量之比一定， 称之为等比线。
③适用于连线规则和杠杆规则。 例如，在图2-3上有两个状态 点a和b，分别表示两个不同的体 系。这种体系可以是单相的，也 可以是多相。设体系a的质量为n 个单位，体系b的质量为m个单位。 当将两个体系混合后，求所得到 的新体系的位置。 由连线规则可知，新体系必然 位于a，b连线之间的c点处， 具体位置由杠杆规则来计算确定。 根据杠杆规则：
二、三元体系恒温相图表示方法
对水盐体系来说，一种盐与水组成的体系构成二元体系，如 NaCl-H2O。三元体系是由具有共同阳离子或阴离子的两种盐与水
构成的体系。NaCl-KCl-H2O，Na2SO4-(NH4)2SO4-H2O等。在
三元体系中，除两种盐本身外，还可能生成各种水合物盐，也可 能生成各种复盐，因此三元体系要比二元体系复杂得多。 此外还有另外一类三元体系，构成体系的不是两种盐，而是 由 一种碱性物和一种酸性物与水组成的三元体系，如重过磷酸钙生 产，在不考虑磷矿石中的杂质时，可表示为CaO-P2O5-H2O体系， 尿素和碳酸氢铵反应体系可表示为NH3-CO2-H2O体系等。
F=C-P=3-2=1
表示可以自由改变一个强度变量（组成）而不会引起 相的变化。
对于两相区Aca和Bcb组分数为3，相数为2，则 F=C-P-=3-2=1
表示两相区为单变量体系。
对于三相区AcB，组分数为3，相数为3，则 F=C-P=3-3=0
表示三相区为无变量区。因此，一定温度条件下在三
相区内进行的各种过程，液相c的组成总是保持不变。 对于不饱和区Dacb，组分数为3，相数为1，则
工艺条件。
相图是平衡体系各相的组成与条件的关系图，是 以实验测定出来的溶解度数据为基础绘制的图形。 在工业生产上以及在自然界中遇到的水盐体系， 往往不只是一种盐在水中的溶解问题，而总是在水中 同时溶解着几种盐。要处理这类多组分盐水体系，就 需要使用盐水体系相图。
在水盐体系相图研究中经常用来表示溶液组成的方 法有以下几种。 ① l00g溶液中各组分的克数或称质量分数； ② 100g或l000g溶剂(H2O)中含有某一溶质的克数； ③ 每l000g溶剂中含有的某一溶质的物质的量； ④ 100mol干盐含有菜一物质的物质的量。
第二节
简单三元水盐体系相图
一、相图的绘制
要绘制某体系的相图，首
先由文献中查得该体系各组分 的溶解度数据，其次选定合适
的相图表示方法，将这些溶解
度数据标绘在相图上，然后把 每种盐的溶解度数据代表点连 成曲线，就得到了溶解度曲线 或饱和曲线。 如图2-7所示为等边三角形 表示的简单三元水盐体系相图。
图2-8为直角等腰三角形表示
第二章 用
水盐体系相图及其应
在尿素合成过程中，由于二氧化碳转化率不高， 未反应的氨和二氧化碳以及未转化的氨基甲酸铵必
须从液相中分离出来，以氨基甲酸铵水溶液的形式
重新返回合成系统循环使用。为此就必须利用
盐水体系相图分析生产过程中的各种溶液析出氨基
甲酸铵、碳酸盐和尿素结晶体的可能性，分析固液
以及气液相间的平衡等问题，在此基础上拟定生产
第一节
三元体系及其表示法
一、相律
相律是表示平衡体系中，相的数目与其独立
组分数和自由度之间关系的定律，相律的数学
表达式为
F=C-P+2 式中 F-自由度； C-独立组分数； P-相数。
相律中的几个基本概念如下。
(1)相
体系中具有相同物理性质和化学性质的任何一个均匀部
分称之为相。相与相之间有明显的分界面。假如整个体系都是均 一的物质就是单相。
当溶液中该盐的浓度不再变化时，溶液与固体盐之间达到了
液固平衡，这种溶液就是该温度下的饱和溶液。饱和溶液的浓度
就是在指定温度下该物质的溶解度。溶液的浓度低于饱和值时叫 做不饱和溶液。再向其中加入溶质时要继续溶解，溶液的浓度要
增加。溶液的浓度高于饱和值时，称为过饱和溶液。过饱和溶液
是不稳定的，如果向溶液中再投入溶质的晶体（或称之为晶种）， 则所有过剩的溶质都将沉淀出来，溶液的浓度将减少，直到达到 该温度下的饱和值时为止。过饱和溶液虽然是不稳定的，但在一 定情况下确能较长时间存在，把这种状态称为介稳平衡或称之为 介稳状态。
的简单三元水盐体系相图。
二、相图中点、线、面的意义
图2-7和图2-8中ac和bc是
由一定温下的实验数据绘出的 两条溶解度曲线。相图中A、B、
D三个顶点分别代表盐AM、
BM和H2O纯组分点，曲线ac 代表有BM盐存在的条件下AM
盐的饱和溶解度曲线，即与液
相呈平衡的固相为AM盐，曲线 bc代表有AM盐存在的条件下