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最新三组分相图

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三元相图分析 ppt课件

三元相图分析 ppt课件
单相区与之点接 （水平截面与棱边的交点，表 示三个平衡相成分。）
相率相区的相数差1； 相区接触法则： 单相区/两相区曲线相接；
两相区/三相区直线相接。
三元相图分析 22
三元相图分析 23
合金结晶过程分析； （4）投影图 相组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）
组织组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）
三元相图分析 8
6.2.2 重心定律 在一定温度下，三元合金三相平衡时，合金的成分点为三
个平衡相的成分点组成的三角形的质量重心。（由相率可知， 此时系统有一个自由度，温度一定时，三个平衡相的成分是 确定的。）
平衡相含量的计算：所计算相的成分点、合金成分点和二 者连线的延长线与对边的交点组成一个杠杆。合金成分点为 支点。计算方法同杠杆定律。
三元相图分析 13
6.4 三元共晶相图
6.4.1 组元在固态互不溶，具有共晶转变的相图 1. 相图分析 点：熔点；二元共晶点；三元共晶点。
三元相图分析 14
面： 区：
液相面 固相面 两相共晶面 三相共晶面 两相区：3个 单相区：4个 三相区：4个 四相区：1个
三元相图分析 15
三元相图分析
❖ 投影图
三元相图分析
三元相图的主要特点 （1）是立体图形，主要由曲面构成； （2）可发生四相平衡转变； （3）一、二、三相区为一空间。
三元相图分析 3
6.1三元相图的成分表示法 6.1.1 浓度三角形（等边、等腰、直角三角形） （1）已知点确定成分； （2）已知成分确定点。
等边浓度三角形
三元相图分析 4
三元相图分析 28
6.6 具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割
三元相图分析 29
❖ 6.7 三元合金相图应用举例 6.7.1

三组分体系等温相图的绘制

三组分体系等温相图的绘制

三组分等问题系相图的绘制一、实验原理三组分体系K=3，当体系处于恒温恒压条件，根据相律，体系的条件自由度*f 为 *f =3-φ式中，φ为体系的相数。

体系的最大条件自由度max*f=3-1=2，因此，浓度变量最多只有两个可用平面图表示体系状态和组成间的关系，成、称为三元相图。

通常用等边三角形坐标表示。

等边三角形顶点分别表示纯物A 、B 、C ，AB 、BC 、CA 三条边分别表示A 和B 、B 和A 、C 和A 所组成的二组分体系的组成，三角形内任一点都表示三组分体系的组成。

图中的P 点，其组成表示如下：经P 点作平行于三角形三条边的直线，并交三边于a 、b 、c 三点。

若将三边均分成100等分，则P 点的A 、B 、C 组成分别为：A%=Pa=Cb,B%=Pb=Ac,C%=Pc=Ba.苯-醋酸-水时属于具有一对共轭溶液的三液体体系相图，即三组份体系中两对液体A 和B ，A 和C 完全互溶，而另一对B 和C 只能有限度的混溶，见图2：图2中，E 、K 2、K 1、P 、L 1、L 2、F 点够长城溶解度曲线，K 1L 1、K 2L 2等是连接线。

溶解度曲线内是两相区，即一层时苯在水中的饱和溶液，另一层是水在苯中的饱和溶液。

曲线外是单相区。

因此，利用体系在相变化时清浊现象的出现，可以判断体系中各组分互溶度的大小。

一般由清变浊，肉眼较易分辨。

所以本实验是向均相的苯-醋酸体系滴加水使之变成二相混合物的方法，确定二相的相互溶解度。

二、仪器药品1、仪器具塞锥形瓶（100ml）2只；（25ml）4只；酸式滴定管（20ml）1只；碱式滴定管（50ml）一只；移液管（1ml、2ml）各一只；刻度移液管（10ml、20ml）各一只；锥形瓶（150ml）2只。

2、药品冰醋酸（分析纯）；苯(分析纯)；标准NaOH溶液（0.2mol.dm-3）；酚酞指示剂三、实验步骤1、测定互溶度曲线在洁净的酸式滴定管内装水，用移液管取10.00ml苯及4.00ml醋酸于干燥的100ml具塞锥形瓶中，然后慢慢滴加水，同时不停摇动，至溶液由清变混，即为终点，几下水的体积，再向此瓶中加入5.00ml的醋酸，体系又成均相，再用水滴定至终点，然后一次用同样的方法加入8.00ml、8.00ml醋酸，分别用水滴定至终点，记录每次各组分的用量。

三组分相图

三组分相图

A
溶液l ,单相区 E
B(s)+l,f=1
F
H
D(s)+l
G C(s)+l
B
NH4NO3
B(s)+D(s)+l,f=0
D(s)+C(s)+l,f=0
D
P
(NH4NO3.AgNO3)
C
AgNO3
10
三组分相图(例1)
例: x,y,z 分别代表不同的三元体系,在该温度 下恒温蒸发,分别最先析出何种晶体?
若有B,C混合物,其组成由G点表示. 向此体系
加水,物系点将沿GA线向纯水组分A点移动,
D
物系点移动到扇形区CEF区间内,如移动到H
点,体系为两相共存,一相为C(NH4NO3)的饱
和溶液,另一相为纯固态C,通过过滤的方法可
2
以得到纯C
若B,C混合物的初始组成为P点. 加入
水后,物系点将进入扇形区BDF,通过
过滤的方法可得到纯B(NH4Cl).
B
P
A
1 T F 4
E
3 H
C
G
8
生成水合物的体系
水(A),NaCl(B),Na2SO4(C)三元体系相图. 有水合物D(Na2SO4.10H2O)生成.
B,C混合物的组成为P时,用加水的 方法,物系点将进入扇形区EFG,过
A
滤可以获得纯的水合物D,但无法
得到纯盐C.
AB: A,B二元体系的组成; BC: B,C二元体系的组成; AC: A,C二元体系的组成.
C％
G
物系点距离某顶点愈近,则体系中此
E
组分的含量愈多,物系点距离某顶点
愈远,则体系中此组分含量愈少.

三组分相图

三组分相图
同样，还可以得到
n( ) xB ( β ) xB n xB ( β ) xB ( ) n( β ) xB xB ( ) n xB ( β ) xB ( ) (6.2.6a)
(6.2.6b)
二组分系统三相平衡的杠杆规则计算: 根据相律，A、B二组分系统成α，β，γ 三相平衡时，系统 的自由度数 F ＝ 2 – 3 ＋ 2 ＝ 1。在压力p恒定条件下，三相平 衡温度 T 和三个相的组成wB(α)、wB(β)、wB(γ)或 xB(α)、xB(β)、 xB(γ)均各为某恒定值。
例3：在一个密闭抽空的容器中有过量的固体 NH4Cl， 同时存在下列平衡：NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) 2HCl(g) = H2(g) + Cl2(g)， 求：此系统的 S、R、R´ 、C、P、F ？ 解： S = 5，R = 2 p(NH3) = p(HCl) + 2p(H2)； p(H2) = p(Cl2) 因为它们在同一相，浓度又成比例。 R´ =2 ， C= S – R – R´ = 5 – 2 – 2 = 1， P = 2， F=C–P+2=1–2+2=1
自由度数： F= [P (S - 1) + 2 ] - [ S( P - 1) + R + R´ ] = S – R - R´ – P + 2 =C – P + 2 ——Gibbs相律 相律表达式： F=C–P+2 F：自由度数 C：组分数 2：温度、压力（两个变量）
3.组分数(C)
组分数=化学物质数 - 独立化学平衡反应数 - 独立的限制条件数
组分 B 在系统中的总质量为 mB = m · B ; 在 相与 相的 w 质量分别为: mB( ) = m( ) · B( ) ， mB( ) = m( ) · B( )。 w w 因为 B 的总量与计算方法无关，所以：

三组分相图.

三组分相图.

若有B,C混合物,其组成由G点表示. 向此体系
加水,物系点将沿GA线向纯水组分A点移动,
D
物系点移动到扇形区CEF区间内,如移动到H
点,体系为两相共存,一相为C(NH4NO3)的饱
和溶液,另一相为纯固态C,通过过滤的方法可
2
以得到纯C
A
1
E
T 3
F
H
若B,C混合物的初始组成为P点. 加入
水后,物系点将进入扇形区BDF,通过
两相区,f=1
单相区,f=2
两相区,f=1
BHale Waihona Puke C水乙醇三元液体体系相图
由A(乙烯腈),B(水)和C(乙醚)组成的三元 体系,三者相互之间都不完全互溶,故在相 图中有三个帽形区.
A(乙烯腈)
当体系的温度降低时,溶解度降低, 相图中的帽形区将逐步增大,达到 一定程度时,三个帽形区会互相重 叠,相图中将出现三相区.
于分离热敏性物料。
反应精馏
• 化工生产中，反应和分离两种操作通常 分别在两类单独的设备中进行。若能将 两者结合起来，在一个设备中同时进行， 将反应生成的产物或中间产物及时分离， 则可以提高产品的收率，同时又可利用 反应热供产品分离，达到节能的目的。
• 反应精馏就是在进行反应的同时用精馏方法分 离出产物的过程。 为提高分离效率而将反应与精馏相结合的一 种分离操作；也是为了提高反应转化率而借助 于精馏分离手段的一种反应过程。
(2) 通过某点的任意
直线上各物系点所
A
代表的体系中,另外
两顶点所代表组分
含量之比, 必定相同.
WB/WC=GI/HG=DC/BD
H
WB/WC=DC/BD B
HG
GI I

三组分体系的相图及其应用-48页精选文档

三组分体系的相图及其应用-48页精选文档
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。
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2020/5/26
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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。
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，
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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 mD,mE 分别代表D和E的 质量，则有：
mDO DmEOE
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2020/5/26
部分互溶的三液体体系
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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 c 1 时，对应的 两相组成为 a 1 和 b 1。由于醋酸在两 层中含量不等，所以连结线 a 1b1 不 一定与底边平行。
萃余相组成为 x 1 ，蒸去S，物系点沿 S x1 移动，到达
H点，含烷烃量比F点高。
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液液三组分相图

实验七十六三组分液-液体系的平衡相图预习提问1、什么是平衡相图？答：研究多相系统的状态如何随温度、压力和浓度等条件的改变而发生改变，并用图形表示系统状态的变化，这种图形即为相图即平衡相图，相图即又平衡相图。

2、试用相律分析一下恒温恒压条件时，三组分液-液体系的条件自由度f*为多少？答：相律表达式为：f﹡=c-Q,三组分体系c=3，即f=3- Q。

3、等边三角形坐标的顶点、线上的点、面上的点分别代表几组分的组成？答：三个顶点分别代表三个纯组分A、B和C，ＡＢ线代表（Ａ＋Ｂ）的两组分体系，ＡＣ线代表（Ａ＋Ｃ）的两组分体系，BC线代表（B＋C）的两组分体系，面上的点（三角形内各点）是三组分体系。

4、如何确定等边三角形坐标面上的点的组成？答：通过三角形内任何一点O引平行线于各边的直线，根据几何原理，a+b+c=AB=BC=CA=100%,或者a＇+b＇+c＇=AB=BC=CA=100%。

因此，O点的组成可由a＇、b＇、c＇来表示，即O点所代表的三个组分的百分组成是：B%= b＇，C%= c＇，A%= a＇。

5、通过任一顶点B向其对边引直线BD，则BD线上的各点所表示的组成中，A、C两个组分含量的比值如何？答：A、C两个组分的含量的比值保持不变。

6、如果有两个三组分体系D和E，将其混合之后其组成点会落在哪？答：其成分必定位于D、E两点之间的连线上。

7、对于等边三角形坐标内的任意一组成O，向其加纯B，体系的组成点会落在哪？若蒸发掉B，体系的组成点又会落在哪？答：向其中加入纯B时体系总组成点将沿直线OB向B移动，即落在OB直线上。

蒸发掉B 时体系总组成点将沿直线OB的反方向移动，即落在OB的反向延长线上。

8、已知一三组分体系P的百分组成为：B%＝20，C%＝30，A%＝50，如何在等边三角形坐标上绘制出P点？答：在AB线上确定两个组分的组成点Ｅ，A%＝50%/(50%+20%)=71.4%，即B%＝28.6%,在相图中画出两个组分的所在直线ＥＦ平行于ＡＣ；同样在ＢＣ线上确定两个组分的组成点Ｍ，B%＝40%，C%＝60%，画出两个组分的所在直线ＭＮ平行于ＡＢ，两条直线相交的点即为Ｐ点。

物理化学,三元相图


B 10 20 30 40 II
50
C% 60 70 80 90
50 40 ← A%
30
20 10
C
课堂练习
1. 确定合金I、II、 III、IV的成分
III 点： A%=20% B%=20% C%=60% 70 90 80
B 10 20 30
60 B% 50
40 30 20
40
50
C% 60
III
LA
B
e2 E2
L B
e
e3 E3
L C
C
E3
TC
E2
L C
E1 E3
LA+ B
E2
L B +C
LA+ C
EAe1源自Be e2e3
C
E1 E3
LA+ B
E2
L B +C
LA+ C
E TA TB E1
三 相 平 衡 共 晶 线
——
A3 A2 A1
B3 B2
E2 B1
A
E3
TC E C3 C2 C1
C
3. 直线法则与重心法则
1）直线法则 —— 适用于两相平衡的情况
三元合金R分解为 α与 β 两个新相， 这两个新相和原合金 R点的浓度必定 在同一条直线上。 B
投影到任何一边上，按二 元杠杆定律计算
C% B% g’ R
fg f ' g ' R W ef e' f ' R W
三元相图
一、三元相图几何特征
1. 成分表示法
—— 浓度三角形
等边三角型 B%
B
C%
＋ 顺时针坐标

§5.10 三组分系统的相图及其应用(不讲)


部分互溶的三液体系统
在它们组成的三组分系统相图上出现一个帽
形区，在a和b之间，溶液分为两层
8
（1）有一对部分互溶系统 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
9
（1）有一对部分互溶系统 在物系点为c的系统中 加醋酸，物系点向A移动 到达 c1 时，对应的 两相组成为 a1 和 b1 由于醋酸在两层中含 量不等，所以连结线 a1b1 不一定与底边平行。
三组分低共熔系统的相图
39
三组分低共熔系统的相图
金属Sn、Bi和Pb彼此可 形成三个二元低共熔相图 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。 它们的低共熔点分别为l1,l3 和 l2
24
二固体和一液体的水盐系统
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点是饱和溶液与 B(s),C(s)三相共存点 f ** 0 B与DF以及C与EF的若干连线称为连结线。
25
盐类提纯 如果B和C两种盐类的混 合物组成为Q点，如何将B(s) 分离出来? 应先加水，使物系点沿 QA方向移动，进入BDF区, 到达R点
b' ' b'
4
等边三角形坐标表示法
A
(3) 如果代表两个三个组分 系统的D点和E点，混合成新 系统的物系点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 mD , mE 分别代表D和E的 质量，则有：

三组分液液平衡相图与萃取


+
v
⎟⎟⎠⎞
=
n⎜⎜⎝⎛
v K Dc,A l
+
v
⎟⎞2 ⎟⎠
(25-13)
依此类推，若每次用体积为 l 的萃取剂连续 m 次萃取，则萃余液中残留的 A 的物质的量 应降为
4
nm
=
n⎜⎜⎝⎛
v K Dc,Al
+
v
⎟⎞m ⎟⎠
(25-14)
或
nm n
=
⎜⎜⎝⎛
v K Dc,Al
+
v
⎟⎞m ⎟⎠
(25-15)
大的结果，图中三角形 αβγ 区域是三相共存区。
A
A
A
A
α
β
γ
B
CB
CB
CB
C
(a)
(b)
(c)
(d)
图 25-6 其它类型的三组分液液部分互溶恒温相图
3. Nernst 分配定律
在明了三组分部分互溶相图后，便可对液液萃取进行讨论。首先，从热力学的角度，不 难了解，当萃取达到平衡时，被萃取物质在萃余液和萃取液中必定有一个平衡分配。若用 A 表示被萃取物质，萃余液用 R 表示，萃取液用 E 表示，则萃取达到平衡时，
n(F ) = CO1 n(C) FO1
(25-16)
萃取的结果使系统分成平衡的两相，其中一相为萃取液，以 E1 代表，它含有较多的芳香烃 A 和萃取剂 C。另一相为萃余液，以 R1 代表，它含有比进料 F 更多的非芳香烃 B，这相当 于图 25-7 中一级萃取所得的结果。其中萃余液与萃取液物质的量之比为
n ( R1 ) = E1O1 n ( E1 ) R1O1
(25-17)
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由混合物P,通过加水的方法可以
得到的纯物质为复盐D.
A
溶液l ,单相区 E
B(s)+l,f=1
F
H
D(s)+l
G C(s)+l
B
NH4NO3
B(s)+D(s)+l,f=0
D(s)+C(s)+l,f=0
D
P
(NH4NO3.AgNO3)
C
AgNO3
三组分相图(例1)
例: x,y,z 分别代表不同的三元体系,在该温度 下恒温蒸发,分别最先析出何种晶体?
有KNO3,NaNO3混合物,物系点为x,利 用相图可找到合理的提纯工艺路线.
在298K下加水使物系点进入BFH两相
区,过滤可得纯KNO3.
滤液组成为H,在373K下等温蒸发,使
物系点到M,过滤可得纯NaNO3.
向母液O中加入原料x,物系点
D
达到N,在298K加水使物系点
移动至P,过滤得纯B.
F E
P
b P’
b’ P’’
P’’’ a’’
B
甲苯
b’’
C
水
三元液体体系相图
由A(乙烯腈),B(水)和C(乙醇)组成的三元 体系,因为水与乙烯腈;乙醇与乙烯腈都不 完全互溶,故在相图中有两个帽形区.
A(乙烯腈)
TT12
当体系的温度降低时,溶解度一 般会降低,相图中的帽形区将逐 步增大,达到一定程度时,两个帽 形区会互相重叠,形成一个大的 两相区,其它区域则为单相区.
P点在单相区,若使体系的物系点沿AP移动, 当进入帽形区后,体系则会分为两相.
如移动到P’,P’’,P’’’点时,体系分为两相,相 的组成分别为:a与b;a’与b’;a’’与b’’.
a,b分别为甲苯层和水层,此两相平衡共存
a
的液层称为共轭溶液(conjugate solution).
a’
A(HAc)
两相区,f=1单相区,f=2两相区,f=1B
C
水
乙醇
三元液体体系相图
由A(乙烯腈),B(水)和C(乙醚)组成的三元 体系,三者相互之间都不完全互溶,故在相 图中有三个帽形区.
A(乙烯腈)
当体系的温度降低时,溶解度降低, 相图中的帽形区将逐步增大,达到 一定程度时,三个帽形区会互相重 叠,相图中将出现三相区.
B,C混合物的组成为P时,用加水的 方法,物系点将进入扇形区EFG,过
A
滤可以获得纯的水合物D,但无法
得到纯盐C.
溶液l ,单相区 F
G
B(s)+l,f=1
D(s)+l
E
H
D B(s)+D(s)+l,f=0
B(s)+D(s)+C(s),f=0
B
C
P
生成复盐的体系
水(A),NH4NO3(B),AgNO3(C)三元体系相图. 有复盐D(NH4NO3.AgNO3)生成.
三组分相图
第六节 三组分相图
• 三组分体系的相律为:
• f = 3－+2 = 5－ (1)
• 要完全地描述三元体系,需要4个独立变量, 要用4维空间才能完全描述,这在现实世界 是无法做到的.
•
f=0,
max=5,
• 三元体系最多可以有5相共存.
生成水合物的体系
水(A),NaCl(B),Na2SO4(C)三元体系相图. 有水合物D(Na2SO4.10H2O)生成.
H2O
Na2SO410H2O
P
NaNO3
P点为含水复盐 有4个三相区; 4个两相区; 1个单相区.
Na2SO4
三 组 分 相 图
三 组 分 相 图
三 组 分 相 图
三 组 分 相 图
三元液体体系相图
三元液体体系的相图有多中类型.
图中所示为HAc,H2O,甲苯三元相图.
水与甲苯不完全互溶,故有分层现象出现.图中 的帽形区是两相区,偏C一方者为水层,偏B一方 者为甲苯层.物系点落在帽形区内时,体系将为 两相共存.
H G
P
O M
重复以上操作可以分离混
B
合盐,得到纯B和纯C.
N x
C
解: 连接Ax,Ay,Az,并将其延长, 其延长线分别进入扇形区BEF, DFH和CHG,故:
x: 首先析出B(NH4NO3);
y: 首先析出D(NH4NO3.AgNO3);
z: 首先析出C(AgNO3).
A
y
x
z
E
G
F
H
B
NH4NO3
D (NH4NO3.AgNO3)
C
AgNO3
三组分相图( 例2 )
物系点落在三相区时,三液相共存, 在表观上,将会出现互不相溶的3 个液层.
目前,尚未发现4液相共存的现象.
B 水
l
两相区,f=1 E
三相区,f=0
两相区,f=1
D
F
l
两相区,f=1
l
C 乙醚
三元相图的应用
A:H2O; B: KNO3; C:NaNO3.
A
蓝色:298K的相图;
紫红色:373K的相图.