三组分体系的相图及其应用

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1、 上一内容 下一内容 回主目录O返回5.6 三组分体系的相图及其应用三组分体系相图类型当 ，无法用相图表示。当 ，恒压， （或恒温， ），用正 三棱柱体表示，底面正三角形表示组成，柱高表 示温度或压力。当 ，且恒温又恒压， ，可用平面图形表 示。常用等边三角形坐标表示法，两个自由度均为 组成变化。因为 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回三组分体系的相图及其应用Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回等边三角形坐标在等边三角形上，沿 反时针方向标出三个顶点 ，三个顶点表示纯组分A ，B和C，三条边上的点表 示相应两个组分的质量分 数。三角形内任一点都代 表三组分体系。通过三角形内任

2、一点O,引平行于各边的平行线， 在各边上的截距就代表对应顶点组分的含量，即a 代表A在O中的含量，同理b，c分别代表B和C在O 点代表的物系中的含量。显然Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回等边三角形坐标Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回等边三角形表示法的特点：(1) 在平行于底边的任意一 条线上，所有代表物系的点 中，含顶角组分的质量分数 相等。例如，d，e，f 物系点 ，含A的质量分数相同。(2) 在通过顶点的任一条线上，其余两组分之比相 等。例如，AD线上，(3) 通过顶点的任一条线上，离顶点越近，代表顶 点组分的含量越多；越远，含量越少。例如，AD线 上，D中含A多，

3、D中含A少。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回等边三角形表示法的特点：Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回等边三角形表示法的特点：(4) 如果代表两个三个组分体 系的D点和E点，混合成新体系 的物系点O必定落在DE连线上 。哪个物系含量多，O点就靠近那个物系点。O点的位置可用杠杆规则求 算。用 分别代表D和E的质量，则有：Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回等边三角形表示法的特点：(5) 由三个三组分体系D ，E，F混合而成的新体系的物系点，落在这三点组 成三角形的重心位置，即 H点。先用杠杆规则求出D，E混合后新体系的物系点G ，再用杠杆规则求G，F混合后的新体系物

4、系点H，H 即为DEF的重心。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回等边三角形表示法的特点：Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回等边三角形表示法的特点：(6) 设S为三组分液相体系 ，当S中析出A组分，剩余液 相组成沿AS延长线变化，设 到达b 。析出A的质量可以用杠杆规则求算：若在 b 中加入A组分，物系点向顶点A移动。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回部分互溶的三液体体系（1）有一对部分互溶体系 醋酸（A）和氯仿（B）以 及醋酸和水（C）都能无限 混溶，但氯仿和水只能部分 互溶。在它们组成的三组分体系相图上出现一个帽形区 ，在a和b之间，溶液分为两层，一层是在醋酸存

5、在下 ，水在氯仿中的饱和液，如一系列a点所示；另一层 是氯仿在水中的饱和液，如一系列b点所示。这对溶 液称为共轭溶液。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回部分互溶的三液体体系Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回部分互溶的三液体体系在物系点为c的体系中加醋酸， 物系点向A移动，到达 时，对应的 两相组成为 和 。由于醋酸在两 层中含量不等，所以连结线 不 一定与底边平行。继续加醋酸，使B，C两组分互溶度增加，连结线 缩短，最后缩为一点，O点称为等温会溶点（isothermal consolute point），这时两层溶液界面消失，成单相。 组成帽形区的aob曲线称为双结线（bi

6、noal curve）。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回T - x1，x2 图将三液体中有一对部分互 溶的体系画成正三棱柱形立体 图，纵坐标为温度，每个水平 截面为正三角形组成图。温度不断升高，互溶程度 加大，两液相共存的帽形区逐 渐缩小，最后到达K点，成均 一单相。将所有等温下的双结 线连成一个曲面，在这曲面之 内是两相区。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回（2）有两对部分互溶体系乙烯腈(A)与水(B)， 乙烯腈与乙醇(C)只能部分互溶，而水与乙醇可无限混溶，在相图上出现了两个溶液分层的帽形区。帽形区之外是溶液单相区。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回（2）有

7、两对部分互溶体系帽形区的大小会随温度 的上升而缩小。当降低温度时，帽形区扩大，甚至发生叠合。如图的中部区域是两相区 ，是由原来的两个帽形区叠合而成。中部区以上或以下 ，是溶液单相区，两个区中 A含量不等。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回（3）有三对部分互溶体系乙烯腈(A)-水(B)-乙醚(C)彼此都只能部分互溶，因此正三角形相图上有三个溶液分层的两相区。在帽形区以外，是完全互溶单相区。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回（3）有三对部分互溶体系降低温度，三个帽形区扩大以至重叠。靠近顶点的三小块是单相区， 绿色的三小块是三组分彼此部 分互溶的两相区，中间EDF红色区是三个彼此

8、不互溶溶液的 三相区，这三个溶液的组成分 别由D，E，F三点表示。在等温、等压下， D，E ，F三相的浓度有定值，因为：Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回萃取原理对沸点靠近或有共沸现 象的液体混合物，可以用萃 取的方法分离。对芳烃和烷 烃的分离，常用二乙二醇醚 为萃取剂。在相图上可见，芳烃A 与烷烃B完全互溶，芳烃A 与萃取剂S也能互溶，而烷 烃与萃取剂互溶度很小。一般根据分配系数选择合适的萃取剂。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回萃取原理将组成为F的A和B的混合物装 入分液漏斗，加入萃取剂S， 摇动，物系点沿FS线移动，设 到达O点(根据加入S的量，由 杠杆规则计算)，静

9、置分层。萃取相的组成为 ，蒸去S， 物系点沿 移动，直到G点 ，这时含芳烃量比F点明显提 高。萃余相组成为 ，蒸去S，物系点沿 移动，到达 H点，含烷烃量比F点高。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回二次萃取在萃余相 中再加萃取剂，物系点沿 方向移动，设到达O点，再摇动分层，萃取相组成为 ，蒸去萃取剂，芳烃含量更高。萃余相组成为 ，含烷烃则更多。重复多次，可得纯的芳烃和烷烃。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回萃取塔工业上，萃取是在塔中 进行。塔内有多层筛板，萃 取剂从塔顶加入，混合原料 在塔下部输入。依靠比重不 同，在上升与下降过程中充 分混合，反复萃取。最后，芳烃不断溶解在

10、 萃取剂中，作为萃取相在塔 底排出；脱除芳烃的烷烃作 为萃余相从塔顶流出。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回三组分水盐体系这类相图很多，很复杂，但在盐类的重结晶、提纯、分离等方面有实用价值。这里只介绍几种简单的类型，而且两种盐都有一个共同的离子，防止由于离子交互作用，形成不止两种盐的交互体系。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回三组分水盐体系(1)固体盐B，C与水的体系，图中有：一个单相区 ADFE是不饱和溶液单相区 。两个两相区 BDF是B(s )与其饱和溶液两相共存 ； CEF是C(s)与其饱和溶液两相共存 。一个三相区： BFC是B(s),C(s)与组成为F的饱 和溶液

11、三相共存。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回三组分水盐体系(1)固体盐B，C与水的体系，图中有：两条特殊线： DF线是B在含有C的水溶液中的溶 解度曲线； EF 线是C在含有B的 水溶液中的溶解度曲线；一个三相点： F是三相点，饱和溶液与B(s),C(s) 三相共存， 。多条连结线： B与DF以及C与EF的若干连线称为连结线。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回盐类提纯如果B和C两种盐类的混合 物组成为Q点，如何B分离出来?R点尽可能靠近BF线，这样可得尽可能多的纯B(s) 。加入水的合适的量以及能得到B(s)的量都可以用杠 杆规则求算。 如果Q点在AS线右边，用这种方法只能

12、得到纯C(s)。应先加水，使物系点沿QA方向 移动，进入BDF区到R点，C(s) 全部溶解，余下的是纯B(s)，过 滤，烘干，就得到纯的B(s)。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回有复盐生成的体系当B，C两种盐可以生成稳定 的复盐D，则相图上有：一个单相区：AEFGH,为不饱和溶液 三个两相区：BEF，DFG和CGH 两个三相区：BFD，DGC 三条溶解度曲线：EF，FG，GH 两个三相点：F和G如果用AD连线将相图一分为二，则变为两个二盐 一水体系。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回有水合物生成的体系组分B与水(A)可形成水 和物D。对ADC范围内讨论与 以前相同，只是D

13、表示水合物 组成，E点是D(s)在纯水中的 饱和溶解度，当加入C(s)时， 溶解度沿EF线变化。BDC区是B(s)，D(s)和 C(s)的三固相共存区。 属于这种体系的有 ，水合物为大 苏打 。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回利用温差提纯盐类图(a)是 在298 K时的相图。 图(b)是该三组分在373 K时的相图 。 将(a),(b)两张图 叠合，就得到(c)， 利用相图(c)将 与 的混合物分离。显然，升高温度，不饱和区扩大 ，即两种盐的溶解度增加。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回利用温差提纯盐类Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回利用温差提纯盐类（1）设

14、混合物中含 较多， 物系点为x 。在298 K时，加水溶解，物 系点沿xA线向A移动，当进入 MDB区时，全部溶解，剩 下的固体为 。如有泥沙等不溶杂质，将 饱和溶液加热至373 K，这时在 线 之上， 也全部溶解 ，趁热过滤，将滤液冷却可得 纯 。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回利用温差提纯盐类Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回利用温差提纯盐类（2）设混合物中含 较 多，物系点为x。在D溶液中加水并冷却至298 K，使物系点到达y点， 略高于BD线，过滤得和组成为D的饱和溶液 。加少量水，并升温至373 K，使 物系点移至W，略高于 线， 趁热过滤，得 和组成为D 的饱

15、和溶液在D中加组成为x的粗盐，使物系点到达W，如此物 系点在WDyD之间循环，就可把混合盐分开。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回三组分低共熔相图金属Sn、Bi和Pb彼此可形 成三个二元低共熔相图，它们 的低共熔点分别为和 ， 低共熔点在底边组成线上的位 置分别为C，D和B。将平面图向中间折拢，使 代表组成的三个底边Sn-Bi， Bi-Pb和Pb-Sn组成正三角形， 就得到了三维的正三棱柱形的 三组分低共熔相图，纵坐标为 温度。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回三组分低共熔相图一个单相区 在花冠状曲面的 上方是熔液单相区； 三个三相共存点 在每个低共 熔点 处，是三相共存 。三个两相区 在三个曲面上是 熔液与对应顶点物的固体两相 共存区；Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回三组分低共熔相图一个四相点 是Sn(s)，Pb(s) ，Bi(s)和组成为 的熔液四相共 存， 是四相点，这时 ， 的位置在定压下有定值。温度再 降低，液相消失，三固体共存。如果在 点处加入Bi，低共 熔点还会继续下降，到达 时 有金属Bi析出（在 中加Sn， 中加Pb都有类似的情况）。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回三组分低共熔体系的步冷轨迹当组成为A的熔液冷却，与曲面相交时，有Bi(s)析 出，Sn与Pb的相对比例不变，