实验三 三组分系统相图

三元相图的绘制详解在材料科学、化学等领域，三元相图是一种非常重要的工具，它能够直观地展示三种组分在不同条件下的相态变化和平衡关系。

三元相图的绘制并非易事，需要对相关的理论知识有深入的理解，并掌握一定的实验技巧和数据处理方法。

下面，就让我们一起来详细了解三元相图的绘制过程。

要绘制三元相图，首先得明确什么是三元相图。

简单来说，三元相图是表示在恒压和恒温下，由三种组分构成的系统中，各相的状态与成分之间关系的图形。

它通常由等边三角形组成，三角形的三个顶点分别代表三种纯组分。

绘制三元相图的第一步是确定研究的体系和实验条件。

这包括选择要研究的三种物质，设定温度、压力等参数。

在确定了体系和实验条件后，接下来就是进行实验获取数据。

实验方法多种多样，常见的有热分析法、金相法、X 射线衍射法等。

以热分析法为例，我们将不同成分的样品加热或冷却，通过测量样品的温度随时间的变化，来确定相变点。

在实验过程中，需要精确控制温度变化的速率，以确保测量结果的准确性。

同时，要对多个不同成分的样品进行测试，以获得足够的数据来绘制相图。

当我们获得了大量的实验数据后，就可以开始着手绘制相图了。

绘制的过程中，需要将实验得到的相变温度和成分数据标注在等边三角形的坐标上。

在标注数据时，要注意坐标的转换和计算。

因为在三元相图中，成分通常用质量分数或摩尔分数来表示，而不是直接用实验中测量得到的数值。

比如说，如果我们知道了三种组分 A、B、C 的质量分数分别为 wA、wB、wC，那么在等边三角形坐标中，对应的坐标点可以通过以下公式计算：对于 A 组分，横坐标 xA ＝ wA ／（wA ＋ wB ＋ wC) ×边长对于 B 组分，纵坐标 yB ＝ wB ／（wA ＋ wB ＋ wC) ×边长通过这样的计算，我们就可以将实验数据准确地标注在相图上。

标注完数据点后，接下来就是连接这些点，形成相区的边界线。

这需要根据相律和热力学原理来判断。

实验三组分相图的绘制一实验目的绘制苯一醋酸一水体系的互溶度相图。

为了绘制相图就需通过实验获得平衡时，各相间的组成及二相的连结线。

即先使体系达到平衡，然后把各相分离，再用化学分析法或物理方法测定达成平衡时各相的成分。

但体系达到平衡的时间，可以相差很大。

对于互溶的液体，一般平衡达到的时间很快；对于溶解度较大，但不生成化合物的水盐体系，也容易达到平衡；对于一些难溶的盐，则需要相当长的时间，如几个昼夜。

由于结晶过程往往要比溶解过程快得多，所以通常把样品置于较高的温度下，使其较多溶解，然后把它移放在温度较低的恒温槽中，令其结晶，加速达到平衡。

另外摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间扩散速度，加速达到平衡。

由于在不同温度时的溶解度不同，所以体系所处的温度应该保持不变。

二实验原理水和苯的互溶度极小，而醋酸却与水和苯互溶，在水和苯组成的二相混合物中加入醋酸，能增大水和苯之间的互溶度，醋酸增多，互溶度增大。

当加入醋酸到达某一定数量时，水和苯能完全互溶。

这时原来二相组成的混合体系由浑变清。

在温度恒定的条件下，使二相体系变成均相所需要的醋酸量，决定于原来混合物中水和苯的比例。

同样，把水加到苯和醋酸组成的均相混合物中时，当水达到一定的数量，原来均相体系要分成水相和苯相的二相混合物，体系由清变浑。

使体系变成二相所加水的量，由苯和醋酸混合物的起始成分决定。

因此利用体系在相变化时的浑浊和清亮现象的出现，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。

一般由清变到浑，肉眼较易分辨。

所以本实验采用由均相样品加人第三物质而变成二相的方法，测定二相间的相互溶解度。

当二相共存并且达到平衡时，将二相分离，测得二相的成分，然后用直线连接这二点，即得连结线。

一般用等边三角形的方法表示三元相图（图1）。

等边三角形的三个顶点各代表纯组分；三角形三条边AB、BC、CA分别代表A和B、B和C、C和A所组成的二组分的组成；而三角形内任何一点表示三组分的组成。

例如图1-1中的P点，其组成可表示如下：经P点作平行于三角形三边的直线，并交三边于a、b、c三点。

三组分体系液-液平衡相图测绘实验目的 1.掌握等边三角形坐标表示方法。

2.学习测绘室温下乙酸正丁酯 -水-乙醇三组分体系的液-液平衡相图 基本原理 三组分体系的组成可用等边三角形坐标图表示。

设以等边三角形三个顶点分别代表三个纯组分A 、B 和C 。

则AB 线上各点代表 A 和B 组分的混合体系，AC 线上各点代表 A 和C 组成的混合体系，BC 线上各点代表B 和C 组成的混合体系。

将三角形每条边等分为 100等 分，每份表示质量分数 0.01。

按逆时针的方向，每边表示一个组分含量的坐标，构成等边三 角形坐标（如图 S4 -所示）。

若通过三角形内任何一点 0，引平行于各边的 直线。

根据几何原理得： a+b+c=AB =BC =CA =1 a'+b' + c' = AB =BC =CA =1 owcA * .................................................... .... 此 0 03 0 4 OJJ 03 I J O*^因此，0点所代表三组分体系的组成可由 a 'b ' c '线段的长度表示。

若要确定0点所代表体系中B 的质量分数，只需通过0点作顶点B 对边AC 的平 图S4-1等边三角形座标行线，割BC 边于D 点，CD 线段长即相当于 B 组分的质量分数。

其余组分可类推。

如果已 知某三组分体系中两组分的质量分数， 只需在代表此二组分浓度坐标的两条边上找到相应含量的点，通过这两个点分别作代表这二组分的顶点 所对边的平行线，它们的交点就是代表具有此组成 体系的点。

等边三角形坐标有两个性质: （1）通过任一顶点 B 相其对边引直线 BD , 则BD 上的各点所代表的体系中 A 、C 两组分含量 之比相等（见图S4-）。

此性质可由三角形相似定 理证明。

a ‘ a " W A PMccw C（2）如果有两个三组分体系 M 和P ,将其混合后，混合体系组成位于MP 线上（见图S4H3）。

三组分液-液体系的平衡相图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，这种图形即平衡相图，简称相图。

2、试用相律分析一下恒温恒压条件时，三组分液-液体系单相区的条件自由度是几？两相区的条件自由度是几？答：恒温恒压条件时相律表达式为：f﹡=C-Φ，三组分体系C=3，即f*=3-Φ，当Φ=1时，f*=2；当Φ=2时，f*=1。

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B%＝20处做一条顶点B对边的平行线，该线上所有点B的百分组成均为B%＝20，再在C%＝30在处做一条顶点C对边的平行线，该线上所有点C的百分组成均为C%＝30，这两条平行线的交点即为P。

三组分体系等温相图的绘制、实验原理三组分体系C=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 (1)式中，Φ为体系的相数。

体系最大条件自由度f*max =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，称为三元相图。

通常用等边三角形坐标表示，见图所示。

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C、C和A 所组成的二组分体系的组成，三角形内任何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。

本实验讨论的苯—醋酸—水体系属于具有一对共轭溶液的三液体体系，即三组分中二对液体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，见图所示。

图中，E、K2、K1、P、L1、L2、F点构成溶解度曲线，K1L1、K2L2等是连结线。

溶解度曲线内是两相区，即一层是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间互溶度的大小。

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，确定二相间的相互溶解度。

仪器药品1、仪器带塞锥形瓶(100mL) 2只，带塞锥形瓶(25mL) 4只，酸式滴定管(50mL) 1只，碱式滴定管(50mL) 1只，移液管(1mL、2mL) 各1只，刻度移液管(10mL、20mL) 各1只，锥形瓶(150mL)4只2、药品冰醋酸(分析纯)，苯(分析纯)，标准NaOH溶液(0.25mo1/l)，酚酞指示剂。

试验步骤１、测定互溶度曲线(1)、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，至溶液由清变浑，即为终点，记下水的体积。

实验9 三组分体系等温相图的绘制实验目的1．绘制苯－乙酸－水三组分体系的相图。

2．学会用韦氏天平测密度的方法。

实验原理对于三组分体系的自由度φφφ-=+-=+-=5232k f ，体系中相数最小是１，则最大自由度4=f ，即温度，压力和两个浓度。

对于凝聚体系，压力对平衡的影响不大，可视压力恒定不变。

若固定温度，则此时自由度2=f ，用平面图即可表示。

通常所用的平面图是一个等边三角形。

如图9－1所示，三角形的三个顶点A ，B ，C 分别表示三个纯组分。

三条边AB ，BC ，C A 分别表示A 和B ，B 和C ，C 和A 所组成的二组分体系，在每条边的任一点表示相应的二组分体系的组成。

在三角形内任意一点表示三组分体系的组成。

如图中的P 点的组成可以通过P 点作平行于三条边的直线，分别交三条边于a ，b ，c 三点，Ac 的长度代表P 点的B 组分含量，Ba 的长度代表P 点C 组分的含量，Cb 的长度代表P 点A 组分的含量。

P 点各组分的百分含量分别为W A ％＝Cb ，W B ％＝Ac ，W C ％＝Ba 。

图9－1 用等边三角形表示三元相图 图9－2 共轭溶液的三元相图对于部分互溶的三种液体所组成的体系，三种液体之间互溶的情况可分为三类：① 一对液体部分互溶，② 两对液体部分互溶，③ 三对液体部分互溶。

苯－乙酸－水为一对液体部分互溶体系，其相图如图9－2所示。

即A ，B ，C 三个组分中B 和C 部分互溶，而A 和B 及A 和C 则是完全互溶。

若B 和C 所组成溶液的浓度在BE 和FC 之间时，这两个组分是可以完全互溶的。

组成在E 、F 之间时溶液分为两层，一层是苯在水中的饱和溶液（E 点），另一层是水在苯中的饱和溶液（F 点），这对溶液称为共轭溶液。

如果在E 、F 之间取任意一组成（注意此时体系分为二层），然后往此体系中逐渐滴加HAc ，由于醋酸在两层中分配的量不等，因此代表两层浓度的点的连线不一定和底边平行，如K 1L 1，K 2L 2等等；将这些连线称为连结线。

三组分体系相图实验报告（精品DOC）三组分体系相图的制备一:实验目的制备等温、等压下苯-水-乙酸三组分体系相图。

二、实验原理三组分体系的组成可用等边三角坐标表示。

等边三角形三个顶点分别代表纯组分A、B和C。

则AB线上各点相当于A和B组分的混合体系，BC线上各点相当于B 和C组分的混合体系，AC线上各点相当于A和C组分的混合体系。

在苯-水-乙酸三组分体系中，苯与水是部分互溶的，而乙酸和苯、乙酸和水都是完全互溶的。

设由一定量的苯和水组成一个体系，其组成为K，此体系分为两相:一相为水相，一项为苯相。

当在体系中加入乙酸时，体系的总组成沿AK线移至N 点。

此时乙酸溶于水相及苯相，同时乙酸促进苯与水互溶，故此体系由两个分别含有三个组分的液相组成，但这两个液相的组成不同。

若分别用b1、c1表示这两个平衡的液相的组成，此两点连线称为连接线，这两个溶液称为共轭溶液。

代表液-液平衡体系中所有共轭液相组成的点的连线称为溶解度曲线。

曲线以下区域为两相共存区，其余部分为均相区。

此图称为含一对部分互溶组分的三组分体系液-液平衡相图。

按照相律，三组分相图要画在平面上，必须规定两个独立变量。

本实验中，它们分别是温度(为室温)和压力(为大气压)。

三、实验仪器与药品1、仪器25ml酸式滴定管2支、5ml移液管1支、盖锥形瓶。

2、药品苯(分析纯)、乙酸(分析纯)、蒸馏水。

四、实验步骤1、取8个干燥的5毫升带盖锥形瓶，按照记录表格中的规定提及用滴定管即移液管配制六种不同浓度的苯乙醇溶液，即两种不同浓度的水乙醇溶液。

2、用滴定管向已配好的水-乙醇溶液中滴苯，至清液变浑浊，记录此时每种清液中水的体积。

滴定时必须充分摇荡，同时注意动作迅速，尽量避免由于苯、乙醇的挥发而引起的误差。

3、读取室温。

4、记录表格。

五、实验数据表1-2 溶解度曲线有关数据记录表室温:22?体积(ml) 溶液编号苯水乙醇1 0.20 3.50 1.502 0.25 2.50 2.503 1.00 3.00 5.004 1.50 1.60 4.005 2.50 0.90 3.506 3.00 0.60 2.507 3.50 0.35 1.508 4.00 0.15 1.00六、数据处理将各溶液滴定终点时各组分的体积，根据它们在实验温度下的密度(查附录二和附录三)换算为质量，求出各溶液滴定终点时的质量分数或质量分数的浓度。

三组分液-液系统相图的绘制一、实验目的1. 熟悉相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。

2. 用溶解度法作出苯-乙酸-水体系的相图。

二、实验原理对于三组分体系C=3，当处于恒温恒压条件时，根据相律，其自由度*f为：*=3f-P式中，P为体系的相数。

体系最大条件自由度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，通常是用等边三角形坐标表示，称之为三元相图。

如图2-6所示。

等边三角形的三个顶点分别表示纯物质A、B、C，三条边AB、BC、CA分别表示A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成，三角形内任何一点都表示三组分体系的组成。

图2-6中，P点的组成表示如下：经P点作平行于三角形三边的直线，并交三边于a、b、c三点。

若将三边均分成100等份，则P点的A、B、C组成分别为：A％=Pa=Cb，B％=Pb=Ac，C％=Pc=Ba。

苯-乙酸-水是属于具有一对共轭溶液的三液体体系，即三组分中二对液体A和B，A和C完全互溶，而另一对液体B和C只能有限度的混溶，其相图如图2-7所示。

图2中，E、K2、K1、P、L1、L2、F点构成溶解度曲线，K1L1和K2L2是连结线。

溶解度曲线内是两相区，即一层是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出现的清浊现象，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。

一般来说，溶液由清变浑时，肉眼较易分辨。

所以本实验是用向均相的苯-乙酸体系中滴加水使之变成二相混合物的方法，确定二相间的相互溶解度。

三、仪器药品仪器：具塞锥形瓶(100mL)1只；酸式滴定管(20mL)1只；移液管(1mL、2mL)各1只；刻度移液管(10mL)1只。

药品：冰乙酸(AR.)；苯(AR.)；去离子水等。

四、实验步骤1. 测定互溶度曲线在洁净的酸式滴定管内装水，用移液管移取10.00mL苯及2.00mL 醋酸，置于干燥的100mL具塞锥形瓶中，然后在不停地摇动下慢慢地滴加水，至溶液由清变浑时，即为终点，记下水的体积。

三液系（三氯甲烷－醋酸－水）相图的绘制班级：11级化二姓名：丁楠学号20115051262 成绩：一：实验目的1、熟悉相律和用三角坐标表示三组分相图的方法2、用溶解法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图二：实验原理在萃取时，具有一对共轭溶液的三组分相图对确定合理的萃取条件极为重要。

在一定温度下，三组分体系的状态和组成之间的关系通常可用等边三角形坐标表示，如图6-1所示C%图6-1 三角形坐标表示法X Axis Title图6-2具有一对共轭溶液的三组分体系相图等边三角形三顶点分别表示三个纯物A、B、C。

AB、BC、CA三边分别表示A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成。

三角形内任一点则表示三组分体系的组成。

如O点的组成为A%=Cc’、B%=Aa’、C%=Bb’。

具有一对共轭溶液的三组分体系的相图如图6-2所示。

该三液系中，A和B 及A和C完全互溶，而B和C部分互溶。

曲线abc为溶解度曲线。

曲线外是单相区，曲线内是两相区。

物系点落在两相区内，即分成两相，如O点分成组成为E和F的两相，EF线成为连接线。

绘制溶解度曲线方法较多。

本实验是先在完全互溶的两个组分（如A和C）以一定的比例混合所成的均相溶液（如图6-2上的N点）中滴加入组分B，物系点则沿NB线移动。

直至溶液变浑，即为L点。

然后加入A，物系点沿LA上升至N’点而变清。

如再加入B，则物系点又沿N’B由N’移到L’可再次变馄。

再滴加A使变浑……。

如此重复，最后连接L、L、’L’’……，即可绘出其溶解度曲线。

四：实验步骤1、在洁净的碱式滴定管内装水移取6mL氯仿及1mL醋酸于干燥洁净的100mL磨口锥形瓶中，然后慢慢加入水，且不停地摇动，至溶液由清变浑，即为终点，记下水的体积。

再向此瓶中加入2mL醋酸，体系又成均相，继续用水滴至终点。

同法再依次加入3.5mL、6.5mL醋酸，并分别再用水滴定，记录各次各组分的用量。

另取一干燥洁净的100mL磨口锥形瓶，用移液管移入1mL氯仿和3mL醋酸。