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水盐体系相图及其应用2

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第二章 二元体系相图

第二章 二元体系相图


共晶反应： l(E)
冷却 加热
E
sA(G) + sB(H)
A 水
xB→
盐 B
相图应用
1.盐的精制 ① 理解利用相图原理进 行盐类精制过程; ② 量的关系：
m(B 硫铵) SG m(l 母液) SZ
G
Z
2. 水-盐冷冻液
在化工生产和科学研究中常要用到低温浴，配制合 适的水-盐体系，可以得到不同的低温冷冻液。另外， 冬天里汽车水箱等防冰冻也用这种方法。饱和盐水系统 低共熔温度如下：
编号 1 2 符号 A 温度 0 -5 液相组成 0 7.9 平衡固相 ice ice
3
4 5 6 7 8 9 10 11 Q E
-10
-15 -21.1 -15 -10 -5 0.15 10 20
14.0
18.9 23.3 24.2 24.0 25.6 26.3 26.3 26.4
ice
ice Ice+ NaCl.2H2O NaCl.2H2O NaCl.2H2O NaCl.2H2O NaCl.2H2O+NaCl NaCl NaCl
33.0
40.5 42.3 50.5 54.6 62.3 64.6
ice
Ice+ Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O+ Mn(NO3)2.3H2O Mn(NO3)2.3H2O Mn(NO3)2.3H2O
说明: 水盐体系是凝聚体系，可以不考虑压力的变化，水盐体 系的固液平衡可以在没有水蒸气的情况下实现，所以气 相没有计入相数P中，水盐体系也不研究气相的组成
2-1水盐体系相图及其应用

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
第六章 五元水盐体系相图

第六章 五元水盐体系相图

B（KCl）
C%
D%
M
D（CaCl2）
C（MgCl2）
图6-A 简单五元体系等温干基图坐标
一个简单五元体系包括下列子体系。 四个二元体系，即NaCl-H2O，KCl-
H2O，MgCl2-H2O，CaCl2-H2O体系。
六个三元体系，即NaCl-KCl-H2O，
A（NaCl） B%
NaCl-MgCl2-H2O，NaCl-CaCl2-H2O， KCl-MgCl2-H2O，KCl- CaCl2-H2O ， MgCl2-CaCl2-H2O体系。 四个简单四元体系，即NaCl-KClMgCl2-H2O，NaCl-KCl-MgCl2-H2O， NaCl-MgCl2-CaCl2-H2O，KCl-MgCl2CaCl2-H2O体系。
BM V P R J O3 O1 Q CM
K
BN
H
不存在复分解反应。 （2）交互五元水盐体系： 成盐的正、负离子都是两种或两种以上的体系。 如： Na+，K+，Mg2+ //Cl-，SO42-—H2O体系；
Na+，NH4+// Cl-，OH-， HCO3-—H2O体系
这类体系的单盐间存在着一系列复分解反应。
一、分类
（3） 由一个交互盐对所包含的二正、二负离子和水，再加上另外一种 物质构成的体系。
Na2Cl2 MgSO 4 Na2SO 4 MgCl2
K2Cl2 Na2SO 4 K2SO 4 Na2Cl2
6- 1 6- 2 6- 3
K2Cl2 MgSO 4 K2SO 4 MgCl2
（3）由于交互反应是等当量进行的，故组成盐的正、负离子间也是等 当量的。 （Na22++Mg2++ K22+）的摩尔数=（Cl22- +SO42-）的摩尔数 ①包括六个二元体系，由六种单盐分别与水组成，即Na2Cl2—H2O、 Na2SO4—H2O、K2Cl2—H2O、K2SO4—H2O、MgCl2—H2O、MgSO4—H2O体 系。 ②包括九个三元体系，即Na2Cl2—Na2SO4—H2O、K2Cl2—K2SO4—H2O、 MgCl2—MgSO4—H2O、Na2Cl2—K2Cl2—H2O、Na2Cl2—MgCl2—H2O、 K2Cl2—MgCl2—H2O、 Na2SO4—K2SO4—H2O、Na2SO4—MgSO4—H2O、 K2SO4—MgSO4—H2O体系。 ③包括两个简单四元体系，即Na2Cl2—K2Cl2—MgCl2—H2O、Na2SO4— K2SO4—MgSO4—H2O体系。 ④包括三个交互四元体系，即Na+、K+||Cl-、SO42-—H2O、Na+、 Mg2+||Cl-、SO42-—H2O、K+、Mg2+||Cl-、SO42-—H2O体系。
水盐体系相图及其应用(苍松书屋)

水盐体系相图及其应用(苍松书屋)

J值
Na2Cl2 49.34 116.9 0.422 57.89
MgSO4 30.58 120.4 0.254 34.84深层分析
MgCl2 5.09 95.21 0.053 7.27
H2O 14.99 18.02 0.832 114.1
总干盐
0.729
12
第一节 图形表示法
四、干基三角形和干基正方形
E1E——表示A、B盐的两盐共饱曲线；
E2E——表示B、C盐的两盐共饱曲线；
A
E3E——表示A、C盐的两盐共饱曲线；
F=C-P=4-3=1
W
A＇
C＇
E3
E1 B＇ E2
E C
B
深层分析
24
第一节 图形表示法
六、等温立体图的解剖
1．简单四元体系立体图的解剖图 3）空间点——三固相共饱溶液
由三条空间曲线交汇而得的 空间点，表示对三个固相共 饱的溶液，简单四元体系中 有一个。 E点——表示A、B、C盐的三盐共饱 A 点。
（3）点的确定 确定系统点在坐标上的位置时，可根据正四面体性质（1）用等高法， 或根据性质（2）用截面法。但最方便的是使用向量和法，如图4-4 中的三个首尾相接的箭头所示。
深层分析
19
第一节 图形表示法
五、等温立体坐标图
2．正四棱锥
（1）组分与几何关系
交互四元体系可用正八面体的一半 表示。锥顶表示水，底面正方形底 四个顶点为AX、BY、AY、BX四种盐。 按干基正方形规定的位置摆放，四 条棱线表示四个二元水盐体系，四 条边线表示四个盐盐二元体系，四 个正三角形表示四个三元水盐体系， 底面正方形表示三元交互盐盐体系， 正四棱锥内部的点才代表真正的四 元水盐体系的点。
水盐体系相图及其应用2

水盐体系相图及其应用2


线，它表示NaNO3的饱和溶液。
250
15
曲线AE是NaNO3溶液的结冰线，也 称为冰的溶解度曲线。
200
14
F=2-P+1=3-P P=2，F=2-2+1=1
150
未饱和溶液L 100
13
12 11
直线CED是固相冰、固相NaNO3及对 冰与NaNO3都饱和的液相，是三相 共存的三相线。
10
50
（W）W
20
40
60
S（S） 80 100
NaNO3，%（wt） 图2-1 NaNO3—H2O体系相图
第二节 复杂二元水盐体系相图
一、稳定水合物和不稳定水合物 二、复杂二元相图的标绘 三、水合盐相图分析 四、转溶现象
一、稳定水合物和不稳定水合物
盐和水生成水合物，又叫水合盐。 1.稳定水合盐
这种水合盐加热至熔点熔化时，固相和液相有相同的组成，即水合盐 无论在固态或熔化后的液态中，都有相同的组成，都能稳定的存在而 不分解，因此，又称为有相合熔点的化合物，或称为同成分水合盐。 2.不稳定水合盐 这种水合盐加热至一定温度时，不是简单的熔化，而是生成无水盐或 含水少的水合盐及同时生成较水合盐含水量多的溶液，因而造成固液 两相组成不一致。这个温度就是固液异组成物的“熔点”，或叫不相 称熔点。这个温度实际上也是水合盐的分解温度，故称这种水合盐为 异成分水合盐或不相称水合盐。 3.判断 稳定水合盐和不稳定水合盐的区别主要在于它们受热时呈现的不同 现象。确定某一水合盐是否稳定，要通过实验来判定。
-40 ④ （W）W 20
5 4 E1 40
K 60 80
Mn(NO3)2 100
Mn(NO3)2，%（wt）
图2-2 Mn(NO3)2—H2O体系相图
第六章 五元水盐体系相图

第六章 五元水盐体系相图

60
MgCl2
10 Na2SO4 70 P 30 Na2Cl2
图6-1 等温干基坐标系
第二、各个盐的位置是按复分解反应关 系（而不是任意）安排的，这样， 正三角柱的各几何要素恰恰与干 基组成情况一一对应： （ 1 ）六个顶点，安排了六个单盐，表 MgSO 示六个二元水盐体系。
4
K2SO4
Q
K2Cl2
G’’
水图线 150 盐图线 E’
6
4
100
2 E’’
50
0 B (KCl)
0 ( CaCl2) F D E H 4H2O P CaCl2· KCl R Car Bis G K C ( MgCl2) Tac
Q
图6-C Na22+、K22+、Mg2+、Ca2+|| Cl22-—H2O体 系35℃相图（对NaCl饱和）
四、相图运用——等温蒸发过程分析
例6-4 某盐水含NaCl 127.0、KCl 4.8、MgCl2 23.1、CaCl2 3.4、 H2O 946.8（克/升），试用25℃相图分析该盐水等温蒸发过程。
A（KCl） R KCl P Bis D （Car） S Q CaCl2· 6H2O C（CaCl2）
B（KCl）
C%
D%
M
D（CaCl2）
C（MgCl2）
图6-A 简单五元体系等温干基图坐标
体：有四个分别是四种盐的结晶体
AGHKJLFE是A盐结晶区 面：两盐共饱面有六个 交面FGEL是与A、B两盐的共饱面 线：三盐共饱线四条 GE线是与A、B、C三盐共饱线。 点：四盐共饱点一个
B P F L H G N Q K A
过程情况 未饱和溶液浓缩 NaCl析出 NaCl、KCl共析 NaCl、Car共析，KCl溶解至溶完
第二章 二元水盐体系相图

第二章 二元水盐体系相图

第二章 二元水盐体系相图
1、介绍了简单和复杂二元水盐体系相图的相律特征、坐标系以及 相图的标绘。 2、介绍了二元水盐体系相图中相的定性和定量关系；对二元体系 相图的化工过程进行了阐述。 3、二元水盐体系相图的计算方法和实际应用。
主要内容：
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：二元水盐相图的两个规则和化工过程 第四节：二元水盐相图的计算方法和应用
2、共饱点的差异
稳定盐：共饱点位于两平衡固相点之间 不稳定盐：共饱点位于两平衡固相点之外。

2.4 转溶现象
转变点
不稳定水合盐中，在一定温度下发生一种固相“溶解”，另 一种固相“析出”的现象称为转溶现象。发生转溶的原 因是可以用相律解释的，转溶反应是可逆的。
转溶现象是不稳定水合盐相图的显著特点。 当体系中生成多个不稳定水合盐时，将按含结晶水的 多少依次转溶。
第一节 简单二元水盐体系图形表示法
• 1.1 相律特征 组成: 盐+水 F=C-P+1 F=0 Pmax=3
1.2 坐标系
在二元体系相图中，习惯用横坐标来表示组成， 纵坐标来表示温度，温度用℃表示。 通常采用质量百分数和摩尔百分数表示盐在系统 中的百分含量，以利于直读；另一组分水的含量 则用100%减去盐的含量来确定。
⑵固液平衡二相区。稳定水合盐固相竖线两侧各有 一个扇形的该水合盐的饱和结晶区，不饱和水合 盐的结晶区只有一个曲边梯形。
⑶不稳定水合盐相图中出现了多个全固相区。
⑷水合盐相图中的三相线也是由共饱液与其两个平 衡固相连接而成，但不稳定水合盐形成的三相线 上的液相共饱点处于两个平衡固相点的连线之外。 这是不饱和水合盐相图的特征之一。
横轴为一固定长度，等分成100份 左端点W表示纯水，右端点S表示纯盐
水盐体系相图及其应用优秀课件

水盐体系相图及其应用优秀课件


A M1
b
50%
M
a
W
M2
（H2O） 30%
B
图3-2 直角等腰三角形坐标
二、三元水盐体系组成表示法
3.其他坐标（以局部物质为基准）
（1）以水为基准 （2）以干盐为基准
B
gB/100gH2O
b
50 2
40 4
30 b‘
W
gH2O/100
gS
500
400 a 300
20 1
a 3
10
M
200 2
100
b% D
G a%
M E
AD=FM=LM=BE=FL= c％ A
这样，可在△ABC任一边上 同时读出系统M(M点)的组成。
B
F
L
C%
图3-1 正三角形坐标
二、三元水盐体系组成表示法
2.直角等腰三角形（以溶液为基准）
这种坐标的读数方 法和正三角形法相同。 由于直角等腰三角形有 斜边，其刻度和直角边 上不同，因此，读数时 可只读直角边上的刻度。 这种坐标可以直接在直 角坐标纸上标绘，十分 方便，而且对于近水点 处的图形适当地放大。 系统M（M点）含B30%， 含A为50%，水则自然为 20%。
P=3，C=3，F=C-P=0 B＇B点盐—的B溶-H解2O度二；元体系中 A＇A点盐—的A溶-H解2度O二；元体系中 P=2，C=2，F=C-P=2-2=0
KCl B
NaCl+KCl+LE
4
KCl+L
3
2 B＇6 5
E
L
4
3 2
1
NaCl+LE
A＇ 1
NaCl A
W
第二章水盐体系

第二章水盐体系


溶解度法是绘制水-盐体系相图的一种常用方法
下面对H2O(A)－(NH4)2SO4体系的液、固平衡相图的得来先进行定性解释。
160
（定量方面具体实验数据见上页表）
t/℃
120
N
读图要点：
80
l(A+B)
① 点、线、区的含义
40
l (A+B)+s (B)
② 水平线 CED—三相平衡线
0L l(A+B)+s(A) wE=0.384
T-p图 — 根据实验数据绘制
1． 点、线、面的意义
面：单相区，P=1；f =2 双变量区，
AOB：水蒸气稳定区 AOC：水稳定区 BOC：冰稳定区
pC
冰 F
A 水 R
O 水蒸气
B T1 T2 T
线：两相平衡，为单变量系 — P =2 f =1 OA：液(水)-气(水蒸气)平衡线，水蒸气压曲线
OF ：过冷水-水蒸气平衡 p
M
六、溶解度法绘制水-盐体系相图
不同温度下(NH 4)2SO4在水中的溶解度
温度 t / ℃ 0
-1.99 -5.28 -10.15 -13.99 -18.50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 108.50( 沸点 )
液相组成
[w （ NH 4 ) 2 SO 4 ] 0 0.0652 0.1710 0.2897 0.3447 0.3975 0.4122 0.4211 0.4300 0.4387 0.4480 0.4575 0.4664 0.4754 0.4847 0.4944 0.5042 0.5153
冰点温度比三相点温度低0.01 K是 由两种因素造成的： （1）因外压增加，使凝固点下降
水盐体系相图及其应用课件

水盐体系相图及其应用课件


溶质
g
（干盐） mol
g/100g干盐（g/100g·S） mol/100mol干盐（J值）
g 溶剂（水）
mol
g/100gH2O（g/100g水） mol/100molH2O
离子之和
mol
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）
五.相图理论旳意义
相图理论旳指导意义在于
（1） 能拟定产品生产旳原则性工艺过程及条 件；
（2） 能分析、处理生产工艺中旳问题，对既 有生产可查定其合理性；
（3） 指导改善生产旳方向和途径。
五.相图理论旳意义
相图旳不足
（1）任何一种详细旳相图，都是以科学试验旳 数据为基础作出旳。
（2）相图分析旳结论与实际之间会存在差距。 （3）相图基于热力学原理，只阐明相变过程旳
广义：除涉及水和盐外，还涉及了水与酸或碱构成旳体系， 另外还包具有水和碱性物及酸性物所构成旳体系。
3．合用范围： 水盐体系相图合用于酸碱、化肥、无机盐生产，尤其较早地
应用于以海水、盐湖水、矿盐及多种地下卤水为原料生 产多种盐化工产品旳过程。
二.体系与系统
1.体系与系统区别 体系：指明形成体系旳物质种类数，是一种大约念。
2.基准
在相图中表达措施和基准是亲密有关旳。
溶液、溶质（干盐）、溶剂（水）或离子（阳离子、阴离 子、阴阳离子）之和为基准表达
表1-1 浓度表达措施与基准
基准
组分量旳度 量单位
组分旳构成单位
g 溶液
mol
g/100g总物质（重量百分比，%wt） mol/100mol总物质（摩尔百分比，%mol）
水盐体系相图及应用百度云

水盐体系相图及应用百度云

水盐体系相图及应用百度云水盐体系相图是描述水和盐溶液在不同温度和浓度条件下相态变化的图表。

水盐体系的相图主要包括盐的溶解度曲线和盐的结晶曲线。

盐的溶解度曲线是描述在特定温度下盐在水中的溶解度随盐的质量分数变化的曲线。

溶解度曲线可以反映盐的溶解度与温度和质量分数之间的关系。

在溶解度曲线上，存在一条最高溶解度的曲线，该曲线划分了溶液和饱和溶液的区域。

当溶质在溶剂中溶解的质量达到最高溶解度时，溶液即为饱和溶液。

通过溶解度曲线，可以确定在特定温度下最大可溶解的盐的质量。

盐的结晶曲线是描述在特定温度下盐溶液中盐的结晶质量分数随时间变化的曲线。

结晶曲线可以反映盐在饱和溶液中的结晶速度与温度和质量分数之间的关系。

在结晶曲线上，存在一条最低质量分数的曲线，该曲线划分了结晶和溶解的区域。

当溶液中溶质的质量分数低于最低结晶质量分数时，溶液会发生结晶现象。

通过结晶曲线，可以确定在特定温度下最低结晶质量分数的盐的质量。

水盐体系相图的应用非常广泛。

以下是一些常见的应用领域：1. 化学工业：水盐体系相图可以用于盐的制备和提纯过程的控制。

通过控制盐的溶解度和结晶性能，可以提高盐的纯度。

2. 医药行业：水盐体系相图可以用于药物的溶解性和结晶性能的预测。

这对于药物的生产和制剂过程非常重要。

3. 环境科学：水盐体系相图可以用于研究海水淡化和盐湖水处理等领域。

通过了解盐的溶解度和结晶性能，可以制定合理的海水淡化方案和盐湖水处理方案。

4. 地质学：水盐体系相图可以用于地下水和盐岩地层中盐的溶解和析出现象的研究。

这对于地下水资源的开发和盐岩地层的稳定性评价非常重要。

总之，水盐体系相图在多个领域中具有重要的应用价值。

通过了解盐的溶解度和结晶性能，可以优化工业生产过程，改善环境治理方案，以及深入研究地质和生物过程。

水盐体系相图及其应用第三章三元水盐体系相图.


过 滤 NaCl
过 滤 KCl
其中D、N是从图中读取的，E100
是从溶解度数据表中查的，钾石盐
的组成为已知。计算过程 P17。
待定系数法和比值法自看。
第五节 复杂三元水盐体系相图
一、生成水合物的三元体系
1、一种盐生成一种水合物的相图 G = B· nH2O
BGC是三盐共存区 m5 m5 G盐脱水形成B盐 G N B
C
bb’//BC，bb’上含A%均等。
2. 定比规则 凡位于通过顶点(A)的任一直线上的体系，其中顶 点代表的组元含量不同，其余两组元(B和C)的含量比相 同，即：
cB ( R ) cB ( P ) cB ( Q ) cC( R ) cC( P ) cC( Q )
A
R P Q B
a
C
3. 背向规则 从一个三元体系中不断取走某一组元，那么该 体系的组成点将沿着原组成点与代表被取走组元的 顶点的连线向着背离该顶点的方向移动
的A. (沿逆时针方向表示各组分含量)
证明如下. 由图可见, 线段mF = GC(平行四 边形的两条对应边相 等), 线段 Em = BD (等腰梯形的两腰相 等), 线段 Dm = DG
( ΔABC 相似于ΔmDG,
而 ΔABC为全等三角形, ΔmDG也为全等三角形,
全等三角形的三条边相等)， 所以有:
5．重心规则：直线规则的延伸：由三个三元体系 (O、M和N)混合得到的新三元体系点(H)是△MON 的质量重心。
A
O M G B H N C
•
H点位于△MON的物理质心处；
6.三元水盐体系相图中点、线、面的意义及自由度 ADEF不饱和区；f=3-1=2 BDE为B的单独结晶区；f=3-2=1 CEF为C的单独结晶区;f=3-2=1 BCE为B和C的共晶区； f=3-3=0 DE为B的溶解度曲线； f=3-2=1 CE为C的溶解度曲线； f=3-2=1 E点为三相点； f=3-3=0 BE和CE为三相线；f=3-3=0 B L

水盐体系相图及应用下载

水盐体系相图及应用下载
水盐体系相图是描述水和盐溶液在不同条件下相互间的相变和混合行为的图表。

在水盐体系中，由于水可作为溶剂，可以溶解各种盐类物质。

而不同种类和浓度的盐溶液在温度和压力变化时会发生溶解度、相变、晶体生长等现象，这些现象可以通过相图来展示和解释。

水盐体系相图的主要应用包括以下几个方面：
1. 溶解度研究：水盐体系相图可以直观地显示不同温度和浓度下溶解度的变化规律。

通过相图可以确定在不同条件下某种盐类在水中的溶解度，为溶液的配制提供依据。

2. 结晶过程控制：相图可以分析水盐体系中的结晶行为，并确定结晶温度和浓度的范围。

通过控制温度和浓度，可以实现溶液中盐类的结晶过程，制备纯度较高的盐类晶体产品。

3. 蒸发结晶工艺优化：对于蒸发结晶过程，通过相图可以确定盐溶液的饱和度条件和晶体生长的温度范围，从而优化结晶工艺，提高晶体的产量和质量。

4. 盐类分离与提纯：相图不仅可以分析盐的溶解和结晶行为，还可以指导盐类的分离和提纯过程。

通过调整温度和浓度，可以选择性地溶解或结晶某种盐类，实现盐类的纯化。

5. 结晶过程动力学研究：相图可以提供结晶过程的动力学信息，如结晶速率、晶体生长形态等。

这些动力学参数对于优化结晶工艺、控制产品质量具有重要意义。

综上所述，水盐体系相图是研究水和盐溶液相互间相变和混合行为的重要工具，不仅可以解释水盐体系中的现象和规律，还可以指导实际工艺中的操作和优化。

在水处理、化工、食品加工等领域都有广泛的应用。

第六章 五元水盐体系相图


P
S→M
A（KCl） R KCl P Q
C（CaCl2） CaCl2· H2 O
Tac Bis
D （Car） S
Car M H K L
（MgCl2Biblioteka B阶段 一 二 三 四过程情况 未饱和溶液浓缩 NaCl析出 NaCl、KCl共析 NaCl、Car共析，KCl溶解至溶完
液相点 M M M→K K→H
BM V P R L AM G Q CM J O3 O1 AN
K
BN
H
W
F S U E D
O2
Z M CN
图6-3 等温立体干基图
4.体： （六个两相区） F=5-2=3 AM—HRGQLP是AM盐的结晶区；BM—HRJWKVP是BM盐结晶区； CM—GQZMUWJR是CM盐结晶区；CN—DUMZZES是CN盐结晶区； BN—DUWKVFS是BN盐结晶区； AN—LQZESFVP是AN盐结晶区。
60
MgCl2
10 Na2SO4 70 P 30 Na2Cl2
图6-1 等温干基坐标系
第二、各个盐的位置是按复分解反应关 系（而不是任意）安排的，这样， 正三角柱的各几何要素恰恰与干 基组成情况一一对应： （ 1 ）六个顶点，安排了六个单盐，表 MgSO 示六个二元水盐体系。
4
K2SO4
Q
K2Cl2
第六章 五元水盐体系相图
第一节 简单五元体系相图
第二节 交互五元体系相
一、分类
（1）简单五元水盐体系： 具有共同离子的四种盐和水构成的体系。如：Na+，K+，Mg2+， Ca2+//Cl-—H2O体系、Na+// Cl-，SO42-，HCO3-，CO3-—H2O体系

《水盐体系相图》(第二章)作业及答案

第二章 二元水盐体系相图2-1 标绘下列体系的相图，注明各个区域意义，并用相律分析各区的相数和自由度。

（1）KCl-H 2O 体系（相平衡数据见表2-1）。

表2-1 KCl-H 2O 体系相平衡数据（2）NaNO 3-H 2O 体系（相平衡数据见表2-2）。

图2-1（1） KCl-H 2O体系相图图2-1（2） 体系相图在图2-1（1）KCl-H 2O 体系相图中：①未饱和溶液区域中:P=1，F=C-P+1=2-1+1=2；②冰的结晶（冰+L ）区域中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1； ③KCl 的结晶（KCl+L ）区域中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1； ④三相线CED(不包括C 、E 两点)中:P=3，F=C-P+1=2-3+1=0； ⑤冰与KCl （冰+KCl ）两固相共存区中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1。

在图2-1（2）NaNO 3-H 2O 体系相图中：①未饱和溶液区域中:P=1，F=C-P+1=2-1+1=2； ②冰的结晶（冰+L ）区域中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1；③NaNO 3的结晶（NaNO 3+L ）区域中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1；④三相线CED(不包括C 、E 两点)中:P=3，F=C-P+1=2-3+1=0；⑤冰与NaNO 3（冰+ NaNO 3）两固相共存区中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1。

2-2 1000公斤含KCl5%的溶液，在95℃下蒸发掉900公斤水，计算：（1）蒸发后析出的固相量及母液的量。

（2）把蒸发后的母液冷却到15℃，在冷却过程析出的固相量及最后的液相量。

解法一：用杠杆规则法求解 如图2-2，由题意知：原始物料系统点为M 。

（1）系统M 蒸发后，首先应确定蒸发后的新系统点M 1。

∵M=H+M 1, 因此由杠杆规则有：HMMM 1100900=即：51009001MM = 解之：451=MM ,据此可确定出新系统点M 1，又∵M 1处在KCl 的结晶区，∴L 1+S 1= M 1，故蒸发后：)(60.2210060.6460.1410011111kg S L M L W S =⨯=⨯=)(40.7760.22100111kg W W W S M L =-=-= （2）母液L 1冷却后，得到的系统点为M 2，∵M 2亦处在KCl 的结晶区，∴L 2+S 2= M 2，故冷却后：)(02.1140.7732.7572.1040.7722222kg S L M L W S =⨯=⨯=)(38.6602.1140.77222kg W W W S M L =-=-=图2-2 -体系相图重量％解法二：用母液的浓度求解如图2-2，由题意知：原始物料系统点为M 。

2-2水盐体系相图及其应用


图2-16是由三个等温相图重叠起来而得 到的，图中温度T1＞T2＞T3。
由图2-16中可以看出，对于同一组成点 m在不同温度条件下，可能位于不同的相区 内。当温度为T1时，体系点位于不饱和的单 相区；当温度为T2时，B盐刚饱和，但尚未 析出结晶；当温度降到T3时，体系点m处于B 盐与溶液呈平衡的两相区内，B盐结晶出来。 其析出量为
固体 n( B与C混合物 )量 液相E的量

Em3 m3n
而固相中B盐与C盐量之比为
B晶体量 C晶体量

Cn nB
固体n(B与C混合物)量 液相E的量

Em3 m3n
图2-17 生成一个水合物（只有一个 共饱点）的三元体系恒温相图
当体系蒸发到m4 时，游离水蒸干，只 有B'和C两种盐存在， 再蒸发时B'盐脱水成 为B，当蒸发到m5时 B'完全脱水成为B盐。
图2-17 生成一个水合物（只有一个 共饱点）的三元体系恒温相图
图中的b'点代表B'在水中的溶解
度，c'点代表C盐的溶解度，E点代
表B'和C两种盐的共饱和点，曲线
b'E代表B'盐的溶解度曲线，c'E代表
C盐的溶解度曲线。面积Ab'Ec'代表
不饱和区，B'Eb'代表B'盐的结晶区，
CEc'代表C盐结晶区，CEB'代表B'
三、简单三元水盐体系多温立体相图 四、简单三元体系相变过程的分析 1．直角等腰三角形相图中等温蒸发过程 在无机肥料和无机盐的实际生产过程中，常需 要从饱和了一种盐的三元体系中蒸发掉一部分水， 从而使该种盐更多地沉淀出来。这样的工艺问题是 比较容易解决的，只要对体系进行恒温蒸发即可。 下面用直角等腰三角形表示的恒温相图进行分析。
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2.不稳定水合盐相图实例 表2－3 NaCl—H2O体系相图数据
编号
符号
温度(℃)
液相组成NaCl，％（wt）
1
A
2
3
4
5
E
6
7
8
9
Q
10
11 12 13
14 15
16
0 -5 -10 -15 -21.1 -15 -10 -5 0.15 10 20 25 40 50 75 100
0 7.9 14.0 18.9 23.3 24.2 24.0 25.6 26.3 26.3 26.4 26.45 26.7 26.9 27.45 28.25
交。
二、复杂二元相图的标绘
1.稳定水合盐相图实例
表2－2 Mn(NO3)2—H2O体系相平衡数据
编号
符号
温度
液相组成Mn(NO3)2，％（wt）
平衡固相
1
A
0
2
-10
3
-20
4
E1
-36
5
-29
6
0
7
11
8
B
25.8
9
E2
23.5
10
27
11
F
35.5
0 21.3 33.0 40.5 24.3 50.5 54.6 62.3 64.6
共存区，也称为Mn(NO3)2·3H2O的结晶区。 封闭区AE1R→冰与冰的饱和溶液共存区，也称为冰的
结晶区。
长方形RKS6W→冰与Mn(NO3)2·6H2O二种纯固相的 混合共存区，是二相区。
长方形PHS3S6→ Mn(NO3)2·6H2O与 Mn(NO3)2·3H2O二固相的混合共存区，是二相区。
10 A
①
合晶点（低共熔点），也是无变量点。
1 0
E2它表示Mn(NO3)2·6H2O与 Mn(NO3)2·3H2O两个固相平衡的饱和
溶液，两盐共饱点。
2 -10
3 -20 ②
⑥ 10
F 11
B8 ⑤
P 9H E2
7⑦
6
③ S6 S3
P=3，F=3-3=0
-30 R
-40 ④ （W）W 20
5
4
K
P=3，F=3-3=0
-30 R
-40 ④ （W）W 20
5
4
K
E1
40 60 80
Mn(NO3)2 100
Mn(NO3)2，%（wt）
图2-2 Mn(NO3)2—H2O体系相图
二、复杂二元相图的标绘
1.稳定水合盐相图实例
t（℃）
30
（2）点
E1它表示冰与Mn(NO3)2·6H2O两个 20
固相平衡的饱和溶液，是低共熔冰盐
（1）应从溶解度手册中查出该体系的相平衡数据。
编号 温度
1
0
2 -5
3 -10
4 -15
表2-1 NaNO3—H2O体系相平衡数据
液相组成 NaNO3,%(wt)
平衡固相 编号 温度 液相组成NaNO3,%(wt)
0
ice
9 40
51.2
13.5
ice
10 60
55.5
25.0
ice
11 80
59.8
t（℃） 300 250
16 B 15
14 200
150
13
未饱和溶液L
100
12
11
10
50
9 NaNO3+L
12 A
0 C 冰+L
3
78 45 6
E
-50 冰+ NaNO3
（W）W
20
40
60
80
NaNO3，%（wt） 图2-1 NaNO3—H2O体系相图
D 100 S（S）
三、简单二元水盐相图的标绘
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。
二、坐标系
横坐标来表示组 成；纵坐标来表 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。
第二章 二元水盐体系相图
第一节 简单二元水盐体系相图 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
第一节 简单二元水盐体系相图
一、相律特征 二、坐标系 三、简单二元水盐相图的标绘 四、简单相图的点、线、面的意义
一、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体系或书写为 K＋//Cl-－H2O体系．
A1 0
①
6
F=2-P+1=3-P P=2，F=2-2+1=1 直线RE1K是固相冰、固相Mn(NO3)2·6H2O及 对冰与Mn(NO3)2·6H2O都饱和的液相，是三相共
-10 -20
2 3
②
③ S6 S3
存的三相线。 直线PE2H是固相 Mn(NO3)2·3H2O ,Mn(NO3)2·6H2O及共饱和溶液 共存，是三相共存的三相线。
二、复杂二元相图的标绘
（1）分析数据； （2）建立坐标系； （3）标出数据点，并编号标点； （4）连溶解度曲线； （5）确定有关固相的位置，根据水和盐的组成，在图中画一条竖线，
这条竖线叫固相组成竖直线； （6）划分相区。有以下三条原则：
①共饱点与平衡的两个固相点（共三点）连直线作为相区划分线； ②固相组成竖直线作为相区划分线； ③上述两条原则作出的相区划分线不得互相穿过，即只能成T字形相
17
125
29.0
18
200
31.5
平衡固相
ice ice ice ice ice+NaCl·2H2O NaCl·2H2O NaCl·2H2O NaCl·2H2O NaCl·2H2O＋NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl
NaCl
NaCl
H
t（℃）
180
160
NaNO3 NaNO3 NaNO3
三、简单二元水盐相图的标绘
（2）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。 ④连溶解度曲线。 ⑤确定有关固相的位置。 ⑥划分相区。
t（℃） 300 250
16 B 15
14 200
150
13
未饱和溶液L
和的液相，是三相共存的三相线。
直线QGH是固相NaCl·2H2O、固相NaCl及对NaCl·2H2O与 NaCl都饱和的液相，是三相共存的三相线。
（2）点 E点 表示冰与NaCl·2H2O两个固相平衡的饱和溶液，是低共熔冰
E1
40 60 80
Mn(NO3)2 100
Mn(NO3)2，%（wt）
图2-2 Mn(NO3)2—H2O体系相图
（3）面
AE1BE2 F曲线上方的区域→不饱和相区。 封闭区E1BE2PK → Mn(NO3)2·6H2O固相与其饱和
溶液共存区，也称为Mn(NO3)2·6H2O的结晶区。 封闭区E2FH → Mn(NO3)2·3H2O固相与其饱和溶液
（W）W
20
40
60
80
D S（S）
100
NaNO3，%（wt） 图2-1 NaNO3—H2O体系相图
四、简单相图的点、线、面的意义
t（℃）
（3）E点
它表示冰与NaNO3两个固相平 衡的饱和溶液，是低共熔冰 盐合晶点，也是无变量点。
P=3，F=3-3=0
16 B 300
250
15
14 200
150
100
12
11
10
50
9 NaNO3+L
12 A
0 C 冰+L
3
45
7
8 6
E
-50 冰+ NaNO3
（W）W
20
40
60
80
NaNO3，%（wt） 图2-1 NaNO3—H2O体系相图
D S（S）
100
四、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。
13
未饱和溶液L
100
12
11
10
50
9 NaNO3+L
12 A
0 C 冰+L
3
45
7
8 6
E
-50 冰+ NaNO3
（W）W
20
40
60
80
NaNO3，%（wt） 图2-1 NaNO3—H2O体系相图
D S（S）
100
四、简单相图的点、线、面的意义
（4）区域
t（℃）
AEB曲线上方的区域表示不饱和相区 。 300
34.0
iceΒιβλιοθήκη 12 10063.8
平衡固相
NaNO3 NaNO3 NaNO3 NaNO3
5 -17.7
38.0
ice+ NaNO3 13 150
73.7
NaNO3
6 -10
7
0
8
20
39.7 42.1 44.4
NaNO3 NaNO3 NaNO3
14 200 15 250 16 300
83.2 92.0 100.0