大学物理化学经典课件5-3-相图

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1、物理化学BI—第五章2021/6/115.3二元凝聚系相图教学基本要求及教学目标1.了解二组分相图的绘制。2.掌握二组分相图的阅读。包括：明确点、线、区的含义；区分物系点及相点；区分系统的总组成及相组成；会计算相图中各相区的条件自由度；会描述系统条件改变时系统状态的变化情况（例如用步冷曲线表述这种变化）。3.了解二组分相图的应用。2021/6/115.3.1二组元在液态下部分互溶类型例如：H2Ｏ－C6H5ＯH，H2Ｏ－C6H5NH2，H2Ｏ－C4H9ＯH(正丁醇或异丁醇)等系统。以H2Ｏ－C6H5ＯH二元系为例。2021/6/115.3.1.1作图（溶解度

2、法）不同温度下水与酚的互溶度2021/6/11水-酚二元相图的绘制窝头型2021/6/115.3.1.2相图分析（1）几何结构：点、线、区的含义。（2）相态变化。点：在T0时，两层的组成分别为A和B，称为共轭层（conjugatelayers），A和B称为共轭相相点。AB线称为等温连结线（tieline）。2021/6/11相点与物系点相点一定温度，压力下代表某一相组成的点称为相点。物系点（体系点）一定温度，压力下代表体系总组成的点称为物系点。在单相区，物系点与相点重合；在两相区，物系点和相点不重合，物系点只表示体系总组成，两个相的组成由对应的相点表示。2

3、021/6/11水-苯酚系统溶解度图线：（1）溶解度曲线；（2）共轭相相点曲线；（3）相变曲线。区：帽形区外，溶液为单一液相，帽形区内，溶液分为两相。点：会溶点D，TD为会溶温度。D会溶温度的高低反映了一对液体间的互溶能力，可以用来选择合适的萃取剂。2021/6/115.3.1.3两相平衡时相量的确定设：TO时物系点O的质量W，组成为X；相点：A：WA，XAB：WB，XB---杠杆规则（Leverrule）2021/6/11W=WA+WBXW=XAWA+XBWBX（WA+WB）=XAWA+XBWBWA（X-XA）=WB（XB-X）即：WAOA=WBOB杠杆

4、规则由质量守恒原理：2021/6/11杠杆规则说明：a）即力学中的杠杆原理：即以物系点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算液相和气相的物质的量或质量。b）只适用于两相平衡X：摩尔分数或质量百分数W：总摩尔数或总质量由合比定理得：2021/6/11例题pθ、30℃时，有100g由60%H2O及40%ArOH（质量百分数）所组成的液体混合物，平衡时分成上下两层。ArOH层中含有H2O30%，H2O层中含有8%的ArOH，试求两层的质量分别为多少?2021/6/115.3.1.4具有最高会溶温度类型B点温度称为最高临界会溶温度（criticalconsolu

5、tetemperature）。温度高于，水和苯胺可完全互溶。2021/6/11在温度（约为291.2K）以下，两者可按任意比例互溶，升高温度，互溶度下降，出现分层。5.3.1.5具有最低会溶温度类型水-三乙基胺的溶解度图如图所示。以下是单一液相区，以上是两相区。2021/6/115.3.1.6同时具有最高最低会溶温度类型如图所示是水和烟碱的溶解度图。在最低会溶温度(约334K)以下和在最高会溶温度(约481K)以上，两液体可完全互溶，而在这两个温度之间只能部分互溶。形成一个完全封闭的溶度曲线，曲线之内是两相区。2021/6/115.3.1.7不具有会溶温度

6、类型乙醚与水组成的双液系，在它们能以液相存在的温度区间内，一直是彼此部分互溶，不具有会溶温度。2021/6/115.3.2二组元在液态完全互溶、固态完全不溶又称简单共晶型有机化合物体系：苯(A）-萘(B)，联苯(A)-联苯醚(B)，邻硝基苯酚(A)-对硝基苯酚(B)等；无机盐或金属相图：ＫCl(A)-ＡgCl(B)，Bi(A)-Cd(B)，Sb(A)-Pb(B)，Si(A)-Al(B)等系统。以Bi-Cd二元系为例。---生成最低共熔混合物类型2021/6/115.3.2.1作图（热分析法）热分析法是绘制熔点—组成图的最常用的实验方法。原理：常压Pθ下，将

7、样品加热熔化，再令其自行冷却，记录不同时间t的温度T的变化即T-t步冷曲线。将两个组分配制成不同的混合物(包括两个纯组分)，测得一系列步冷曲线，拐点和平台的温度T，标在T-X图上，相点连线——绘制出相图。2021/6/11具体实验步骤（1）配料：将二组分按不同比例放在硬质试管中（2）熔融：将试管放入炉中加热熔融；（3）冷却：将试管拿出，放入保温套中慢慢冷却，同时测定温度与时间的关系，做T-t关系图（叫步冷曲线）。（4）据步冷曲线画出相图。2021/6/11配制合金编号含Cd/(%w)1022034047051002021/6/11Cd-Bi二元相图的绘制1

8、.首先标出纯Bi和纯Cd的熔点将100Bi的试管加热熔化，记录步