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1、第六章 相平衡和相图6-1 名词解释略6-2 什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？略去6-3 固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？图 6-1 图 6-26-4 如图 6-1 是钙长石（CaAl 2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回答：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？6-5 图 6-2 是具有多晶转变的某物质的相图，其中 DEF 线是熔体的蒸发曲线。 KE 是晶型 I 的升华曲线；GF 是
2、晶型 II 的升华曲线；JG 是晶型 III 的升华曲线，回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为介稳相？（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变？6-6 在 SiO2 系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。6 -7 C2S 有哪几种晶型？在加热和冷却过程中它们如何转变？-C 2S 为什么能自发地转变成 -C2S？在生产中如何防止 -C2S 转变为 -C2S？ 6-8 今通过实验测得如图 6-3 所示的各相图，试判断这些相图的正确性。如果有错，请指出错在何处？并说明理由。图 6-36-9 根
3、据图 6-4 所示的二元系统相图回答：（ 1）注明各相区；（2）写出无变量点的性质及其相平衡关系；（3）写出 M1 和 M2 熔体的平衡冷却析晶过程；（4 ）计算从熔体刚冷至 TP 温度及离开 TP 温度时系统中存在各相的百分含量。6-10 图 6-5 为具有一个不一致熔融化合物的二元系统，在低共熔点 E 发生如下析晶的过程：L AA mBn。E 点 B 含量为 20，化合物 AmBn 含 B 量为 64，今有 C1 和 C2 两种配料，其配料点分置于 E 点两侧。已知 C1 中 B 含量是 C2 中 B 含量的 1.5 倍，且在达低共熔点温度前的冷却析晶过程中，从该二配料中析出的初晶相含量相
4、等。试计算 C1 和 C2 的组成。图 6-4 图 6-56-11 图 6-6 是一个未完成的具有一个不一致熔化合物并形成固溶体的二元系统相图。请根据已给出的诸点完成此相图的草图。 6-12 已知 A 和 B 两组成构成具有低共熔点的有限固溶体的二元系统。试根据下列实验数据绘制粗略相图。已知 A 的熔点为 1000，B 熔点为 700。含 B 为 25mol的试样在 500完全凝固，其中含73.3mol初晶相 SA（B） 和 26.7mol（S A（B） S B（A） ）共生体。含 B 为 50mol的试样在同一温度下凝固完毕，其中含 40mol初晶相 SA（B） 和 60mol（S A（B）
5、 S B（A ） ）共生体，而 SA（B ） 相总量占晶相总量的 50。实验数据均在达到平衡状态时测定。6-13 根据 Al2O3SiO 2 系统相图说明：（ 1）铝硅质耐火材料：硅砖（含 SiO298 ）、粘土砖（含Al2O33550 ）、高铝砖（含 Al2O36090）、刚玉砖（含 Al2O390 ）内，各有哪些主要的晶相？（2）为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么？（3）若耐火材料出现 40的液相便软化不能使用，试计算含 40molAl 2O3 的粘土砖的最高使用温度。6-14 根据 CaOSiO 2 系统相图回答下列问题：（1）若以含 CaO80的熔体 1000g 冷却到 21
6、50以后（温度即将离开 2150时），会获得何种产物？这些产物的量各为多少？（2）若以 CaO、SiO 2 二组元配料，加热至熔融后再冷却，要求产物中只有 C2S 和 C3S，则配料范围应选在哪里？若平衡冷却能达到目的吗？为什么？应采取什么措施？6-15 在 CaO SiO2 和 Al2O3SiO 2 系统中，SiO 2 的液相线都很陡，解释为什么在硅砖生产中可掺入少量 CaO 做矿化剂不会降低硅砖的耐火度，而在硅砖中却要严格防止混入 Al2O3，否则便会使硅砖耐火度大大下降。6-16 加热粘土矿物高岭石（Al 2O32SiO22H2O）至 600时，高岭石分解为水蒸气和 Al2O32SiO2
7、，继续加热到 1595 时会发生什么变化？在该温度下长时间保温达到平衡，系统的相组成如何？当系统生成40液相时，应达到什么温度？在什么温度下该粘土完全熔融？6-17 将含有 MgO 和 Al2O3 的熔体冷却到一定温度，然后滤去析出的晶体并对剩下的液相进行分析，得知液相中含 MgO 为 65，而且知道液相量是物系总量的 70，求原始熔体的组成。图 6-6 6-18 指出图 6-7 所示一些三元系统相图中的错误，并说明理由。图 6-76-19 请划分图 6-8 所示四个相图中的副三角形。图 6-86-20 在浓度三角形中画出下列配料的组成点的位置。M：A10、B70、C20；N：A10、B 20
8、、C70 ；P：A70 、B20、C10。若将 3kgM、2kgN 和 5kgP 混合，试根据杠杆规则用作图法找出新配料 Q 的组成点位置。6-21 如图 6-9 是最简单的三元系统投影图，图中等温线从高温到低温的次序是：t 5t 4t 3t 2t 1，根据此投影图回答：（1）三个组元 A、B、C 熔点的高低次序是怎样排列的？（2）各液相面的陡势排列如何？哪个最陡？哪个最平坦？（3）指出组成为 65A 、15B、20C 的熔体在什么温度下开始析晶？析晶过程怎样？（表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段中发生的变化过程） 图 6-9 图 6-106-22 图 6-10 为 ABC 三元系统相图
9、，根据此相图：（l）判断化合物 K 和 D 的性质；（2）标出各条界线上的温度下降方向；（3）划分副三角形；（4 ）判断各无变量点的性质，并写出相平衡关系式。6-23 试分析图 6-11 上配料点 1、2 、3 的结晶过程，写出结晶过程的相平衡表达式（表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段系统中发生的相变化和自由度数的变化）。图 6-11 图 6-126-24 图 6-12 所示为生成一个三元化合物的三元系统相图。（1）判断三元化合物 N 的性质；（2）标出界线上的温降方向（转熔界线用双箭头）；（3）指出无变量点 K、L、M 的性质，并写出相平衡方程；（4）分析点 l、2 的结晶过程，写出结
10、晶过程的相平衡表达式。6-25 根据图 6-13 三元系统相图：（1）判断无变量点 E、P 的性质，并写出相平衡关系式；（2）分析熔体 M1、M 2 和 M3 的冷却析晶过程，并总结判断结晶产物和结晶结束点的规则；（3 ）加热组成为 M4 的混合物，将于什么温度出现液相？在该温度下出现的最大液相量是多少？在什么温度下完全熔融？写出其加热过程相平衡表达式。图 6-13 图 6-146-26 图 6-14 为一个三元系统相图。根据此图：（1）判断化合物 D 的性质，标出图中各边界和界线温降方向并判断界线性质；（2）判断无变量点 E、F、G 的性质，并写出相平衡关系式；（ 2）写出熔体M1 和 M2
11、 的冷却析晶过程；（3）计算熔体 M2 液相刚到结晶结束点时以及结晶结束后的各相含量。6-27 图 6-15 为生成 2 个一致熔融二元化合物的三元系统，据图回答下列问题： （l）可将其划分为几个副三角形？（2）标出图中各边界及相区界线上温度下降方向。（3）判断各无变量点的性质，并写出相平衡关系式。图 6-15 图 6-166-28 图 6-16 是生成一致熔融二元化合物（BC）的三元系统投影图。设有组成为35A、35B、30C 的熔体，试确定其在图中的位置。冷却时该熔体在何温度下开始析出晶体？ 6-29 根据图 6-17 回答下列问题：（l）说明化合物 S1、S 2 的性质；（2）在图中划分
12、副三角形及用箭头指示出各界线的温度下降方向及性质；（3）指出各无变量点的性质并写出各点的平衡关系；（4）写出1、3 组成的熔体的冷却结晶过程；（5）计算熔体 1 结晶结束时各相百分含量，若在第三次结晶过程开始前将其急冷却（这时液相凝固成为玻璃相），各相的百分含量又如何？（用线段表示即可）；（6）加热组成 2 的三元混合物将于哪一点温度开始出现液相？在该温度下生成的最大液相量是多少？在什么温度下完全熔融？写出它的加热过程。6-30 根据图 6-18 回答下列问题：（1）说明化合物 S 的熔融性质，并分析相图中各界线上温度变化的方向以及界线和无变量点的性质；（2）写出组成点为 1、2、3 及 4
13、各熔体的冷却结晶过程；（3）分别将组成为 5 和组成为 6 的物系，在平衡的条件下加热到完全熔融，说明其固液 相组成的变化途径。图 6-17 图 6-186-31 根据图 6-19 回答下列问题：（1）用箭头标出各界线的温度下降方向并说明界线性质；（2）指出各无变量点 E、P、R、Q 的性质，并写出其相平衡关系；（3）写出熔体 M 的结晶过程，说明液相离开R 点的原因；（4）画出 AB、BC 二元系统相图。图 6-19 6-32 比较各种三元无变量点（低共熔点，单转熔点，双转熔点，过渡点和多晶转变点）的特点，写出它们的平衡关系。6-33 图 6-20 中所示的三元系统相图，有三个二元化合物 S
14、1、S 2、S 3，相应地，在状态图上出现有六个相区。据图回答：（1）化合物 S1、S 2、S 3 的化学式怎样表示？它们各具有什么性质？（2）图中共有五个无变量点，确定它们的性质并写出相平衡方程；（3）分析组成位于 S1S2 连线上，且在组元 B 相区内的熔体的结晶过程？6-34 图 6-21 为一个具有三个二元化合物的三元系统相图据图试画出相应 AB、AC 及 BC 三个二元系统相图（熔点、二元低共熔点、二元转熔点温度自定，但要符合规律）。图 6-20 图 6-216-35 ABC 三元系统相图如图 6-22 所示，图中有一个二元化合物 D（A mBn）和一个三元化合物M（A xByCz）
15、。要求：（l）划分为若干个副三角形，并写出副三角形名称；（2）判断界线性质，标注各界线上温度下降方向（转熔线用双箭头）；（3）写出图中 O、W、U、V 各点相平衡关系式；（4）写出组成点 1 的第一结晶相和最终产物；（5 ）画出 AB 二元系统相图并注明各区相态。 图 6-22 图 6-236-36 某 ABC 三元系统如图 6-23 所示，现有一配方 R，质量 500g，由液相开始冷却析晶。请分析其析晶过程。某研究者在出现第一结晶相后（继续冷却析晶直到）在第二结晶相出现前某一温度时，将此配料经长时间保温，然后将单一的第一析晶相滤出。接着将余下的液相继续冷却，直至析晶结束。请求出最后结晶产物中各相的质量。6-37 图 6-24 所示三元系统相图，在ABC 内有 D1、D 2
