水盐体系相图及其应用3

第三章三元水盐体系相图第一节图形表示法第二节简单三元水盐体系相图第三节复杂三元水盐体系相图第四节两条规则在相图中的运用第五节等温蒸发过程分析第六节三元水盐体系相图的应用第一节图形表示法一、分类和相律特征二、三元水盐体系组成表示法三、空间立体图一、分类和相律特征组分数为3的体系是三元体系。1.由共同离子的两种盐和水构成的体系——三元水盐体系。如：AM-BM-H2O共同阴离子，或AX-AY-H2O共同阳离子2.一种盐和两种非电介质组成的溶液。如：NaNO3－CH3OH－H2O3.一种酸性氧化物和一种碱性氧化物和水构成的水盐体系如：4.固相有水合物或复盐生成的三元水盐体系称为复杂三元水盐体系。对三元水盐体系，相律公式为F=C-P+1=4-P当P=1时，自由度最大为3。当F=0时，最大相数为4。恒温恒压时，最大相数为3，自由度最大为2。CaOP2O5H2ONH3CO2H2OOtBA二、三元水盐体系组成表示法设有一个三元水盐体系NaCl－KCl－H2O，如果用a％、b％、c％分别表示NaCl、KCl、H2O的质量百分数。则有以下关系：a％+b％+c％=100%在三元水盐体系中，仅有两个组分的浓度是独立变数，另一组分浓度为非独立变数。二、三元水盐体系组成表示法1.正三角形（以溶液为基准）图中M点，通过M点作DE、FG、HL线分别平行于三角形的三条边。从图中可看出以下的关系：HC=EM=GM=GE=LB=a％GC=DM=HM=HD=AF=b％AD=FM=LM=BE=FL=c％这样，可在△ABC任一边上同时读出系统M(M点)的组成。AFLC%BCGEHDa%b%图3-1正三角形坐标M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%。WBAMM1M2（H2O）ba50%30%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）以干盐为基准图3-3两种坐标ABW1020304050601020304050abb‘a＇M1243（a）gA/100gH2OgB/100gH2OABW20406080100200300400500ab1243（b）gB/100gSgH2O/100gSNW二、三元水盐体系组成表示法几种常用坐标之间的转换关系可用图3-4表示。在实际应用上，是通过组成的换算，将有关图形点标在不同坐标图上的。ABA＇AAABBBEEEEA＇A＇A＇B＇B＇B＇B＇拉向∞图3-4各种坐标的关系三、空间立体图1.三棱柱坐标系立体图在平面组成坐标的基础上，再把温度坐标加上去，就组成了三棱柱空间坐标系，如图3-5所示。BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔ＂）图3-5三元立体图三、空间立体图2.直角坐标系的立体图图3-8是简单类型三元水盐体系直角坐标立体图的横向放置。纯盐A、B在无限远处，故相应的A＇、B＇、E3也在无限远处。图中两个较大的曲面表示A盐、B盐的饱和溶液，较小的W＇E1E2W＇面是冰的饱和溶液面、E为低共熔点。A(g/100gH2O)2010304010203040图3-8直角坐标立体图W＇B＇A＇EE2E1E3B(g/100gH2O)t第二节简单三元水盐体系相图一．简单三元水盐体系等温图1．等温图的标绘（1）数据分析主要分析出现的固相是单盐、水合物、复盐、水合复盐或固体溶液，并查取或计算出它们的组成。（2）确定坐标系用正三角形或直角等腰三角形坐标系。在坐标图上标出各组分及各固相的位置，并将复盐的组成点与表示水的W点用点划线相连，这条线叫“复盐射线”，它是判断复盐性质的重要依据。（3）标点按序号将液相组成点逐一标于图中，同时编号，以免混乱。（4）连接溶解度曲线连线原则：具有一个共同平衡固相的液相点可连，如果可连的点只有两个，则只能连成直线，如可连的点有三个以上，则应连成圆滑的曲线。第二节简单三元水盐体系相图一．简单三元水盐体系等温图1．等温图的标绘（5）划分相区①共饱溶液点与平衡的两个固相点分别连直线作为相区划分线，通常每个共饱点能够而且必须引出二条相区划分线，这种连线是主要的相区划分线。②任意二个固相点的连线均可作为相区划分线。③依上述二条原则作出的相区划分线不得相互穿过。第二节简单三元水盐体系相图表3-1NaCl－KCl－H2O体系20℃溶解度序号液相组成平衡固相符号%（wt）g/100gH2Og/100gSNaClKClNaClKClNaClH2O126.4035.90100279NaClA＇223.75.033.27.082.6248NaCl320.710.430.215.266.6222NaCl+KClE415.013.8521.119.552.0247KCl55.021.36.828.919.0280KCl6025.55034.30291KClB＇第二节简单三元水盐体系相图2．点线面的意义（1）点：E点是NaCl、KCl与两个固相平衡的饱和溶液，两盐共饱点。P=3，C=3，F=C-P=0B＇点—B-H2O二元体系中B盐的溶解度；A＇点—A-H2O二元体系中A盐的溶解度；P=2，C=2，F=C-P=2-2=0BAWB＇A＇652L413KClNaClNaCl+KCl+LEKCl+LNaCl+LE1234图3-10NaCl－KCl－H2O体系20℃相图E第二节简单三元水盐体系相图（2）线：•EB＇是KCl的溶解度曲线，它表示KCl的饱和溶液。•EA＇是NaCl的溶解度曲线，它表示NaCl的饱和溶液。P=2，C=3，F=C-P=3-2=1BAWB＇A＇652L413PKClNaClNaCl+KCl+LEKCl+LNaCl+LE1234图3-10NaCl－KCl－H2O体系20℃相图E第二节简单三元水盐体系相图（3）面：•BEB＇是B盐与其饱和溶液共存的两相区；•AEA＇是A盐与其饱和溶液共存的两相区；P=2，C=3，F=C-P=3-2=1•WB＇EA＇是单一液相的不饱和区；P=1，C=3，F=C-P=2•BEA是A盐、B盐与它们的共饱和溶液共存的三相区。P=3，C=3，F=C-P=0BAWB＇A＇652L413PKClNaClNaCl+KCl+LEKCl+LNaCl+LE1234图3-10NaCl－KCl－H2O体系20℃相图E第二节简单三元水盐体系相图小结：（1）凡有一条溶解度曲线就有一个相应的两相区。溶解度曲线越长，两相区（即结晶区）越大，说明其溶解度越小，（易结晶）；溶解度曲线越短，两相区（即结晶区）越小，说明其溶解度越大，（难结晶）。（2）凡有一个共饱点（两盐）就有一个相应的三相区；BAWB＇A＇652L413PKClNaClNaCl+KCl+LEKCl+LNaCl+LE1234图3-10NaCl－KCl－H2O体系20℃相图E第二节简单三元水盐体系相图二．三棱柱坐标系立体图（1）三条棱WW＇、AA＇、BB＇分别代表水、A盐、B盐三个纯组分。（2）三个侧面，表示三个二元体系，每个侧面是一个二元体系，其中W－A，W－B是水盐体系，A－B是盐盐体系。BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图３-5三元立体图第二节简单三元水盐体系相图二．三棱柱坐标系立体图（3）面：三个空间曲面，分别是三个单固相的溶解度曲面，即单固相的饱和面。A盐的饱和溶液面是A'E1EE3A'；B盐的饱和面是B＇E2EE3B＇；冰的饱和面为W＇E1EE2W＇。P=2，C=3，F=C-P+1=3-2+1=2温度te时的三角形平面，如图3-5中的tete‘te“它表示三个固相A盐、B盐、冰和它们的共饱和液共存，其共饱点处在此平面上，温度比冰盐合晶温度（A盐与B盐的两个）都低，已经低到足以使冰和二个盐都析出的程度，如E点是三元体系低共熔点。BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图3-5三元立体图第二节简单三元水盐体系相图二．三棱柱坐标系立体图(4）线：三条空间曲线，分别为三组双固相的共饱溶液线，其中E1E是冰加A盐的，E2E是冰加B盐的，E3E是A盐加B盐的，E1、E2、E3是二元体系中相应的共饱点，在三元相图中，共饱点已由二元体系的点扩展成三元体系的线了。P=3，C=3，F=C-P+1=3-3+1=1BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图３-5三元立体图第二节简单三元水盐体系相图（5）点：E点，是三条空间曲线的交点，表示三个固相（冰、A盐、B盐的共饱溶液，它是三元体系中新出现的。P=4，C=3，F=C-P+1=3-4+1=0BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图３-5三元立体图第二节简单三元水盐体系相图（6）体：三个空间曲面上方的空间体表示不饱和溶液。BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图３-5三元立体图（6）体•三个五面体，由五个平面构成，表示A盐与其饱和溶液的共存的五面体如图3-6(见教材42页)所示。它是有两个平面，即A't1E1A'及A't3E3A'，一个A盐的饱和曲面•A＇E1EE3A＇，和曲面t1E1EDt1以及t3E3EDt3所组成。系统落入该区后，则固相点在A'D线上，液相点在A盐饱和溶液面上。依此类推，另两个五面体表示B盐和冰与饱和溶液共存区。P=2，C=3，F=C-P+1=3-2+1=2BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图3-5三元立体图（6）体三个四面体，它们均有四个面构成，表示两个固相和它们的共饱溶液共存的空间区（三相区）。如对A盐、B盐共饱和四面体见图3-7，是由两个曲面t3E3Etet3和t3'E3Ete＇t3＇及一个长方形t3t3＇te＇te平面，一个三角形teEte＇共同围成，系统落入该区内时处于相应状态，液相点在共饱线E3E上，总固相点在长方形平面上。依此类推，还有类似的另外两个四面体。P=3，C=3，F=C-P+1=3-3+1=1BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图３-5三元立体图（6）体te以下的空间，如图3-6中底部的三棱柱，它表示全固相区。系统点落入该区，则由A盐、B盐和冰三个固相组成，液相完全消失。P=3，C=3，F=C-P+1=3-3+1=1BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图３-5三元立体图（6）体BＡ＇ＷＢ＇Ｗ＇Ｅ３Ｅ２Ｅ１ＥＭ＇ＡＦ（ｔ３）Ｄ（ｔｅ）（ｔｅ＇）Ｋ（ｔ；＇）ＨＨ（ｔe＂）图3-5三元立体图第二节简单三元水盐体系相图三．多温立体相图在组成面上的投影图——简称投影图其特点是：（1）能清楚地看出溶解度曲线随温度变化的规律；（2）实际使用上比多温立体图方便的多；ABOb0b1b2b3a0a1a2a3E1E0E2E3图3-7三元体系投影图第三节复杂三元水盐体系相图一、复杂三元相图分类复杂三元相图可分为五类：水合物Ⅰ型、水合物Ⅱ型、同成分复盐、异成分复盐、固体溶液。第三节复杂三元水盐体系相图二、水合盐存在的二种情况1．水合盐在坐标上的确定三元体系中，两种盐都有可能与水反应，生成一种或多种水合盐。因水合盐只含一种盐和水，故它们在三角坐标上的位置应在水和盐的连线上，根据二者的质量百分组成可确定水合盐在坐标上的位置。第三节复杂三元水盐体系相图二、水合盐存在的二种情况2．水合物Ⅰ型和水合物Ⅱ型（1）水合物Ⅰ型如Na+//Cl-、SO42-－H2O体系15℃相图，见图3-2