简单低共溶混合物固液相图

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1、14.4 简单低共熔混合物液-固相图简单低共熔混合物二元系液相完全互溶，而固相完全不互溶，它包括：合金系统的相图和盐水系统的相图。合金系统的相图用热分析法绘制，盐水系统的相图用溶解度法绘制。4.4.1 热分析法绘制简单低共熔混合物的相图1）热分析法当系统在均匀冷却过程中，若不发生相变化，则温度随时间的变化曲线是均匀的，若发生了相变，则因相变热效应，温度随时间的变化率将发生改变。若将温度-时间曲线，称为“步冷曲线”，根据步冷曲线斜率的变化，判断冷却过程所发生的相变，称“为热分析法”。当步冷曲线出现转折点时，则表示发生了相变。结合相律有： f*0平台;f*=1拐点。f*=C-+1C=1，f*=2-

2、，当=2，有相变,f*=0，T不变,步冷曲线为平台。即，单组分系统，一平台表示一相变。C=2 ， f*=3-，当=2，有相变，f*=1 ，T 变，步冷曲线为拐点；当=3，又一相变，f*=0，T不变，步冷曲线为平台。即二组分系统，以拐点表示相变，一平台表示又一相变，即三相共存。（2） 绘制相图在定压下，对不同组分作出不同步冷曲线。根据相变温度和系统组成，在T-x图上标出对应点的位置，得到低共熔混合物的T-x图。此时，相律为f*=C-+14.4.2 举例：以Bi-Cd为例2根据步冷曲线得到了相图中相应的平衡点，连接平衡点A，C, E,得到Bi(s)与熔液两相共存的液相组成线；连接H,F,E点，得到

3、Cd(s)与熔液两相共存的液相组成线；连接D,E,G 点，得到NEM，Bi(s),Cd(s)与熔液共存的三相线，熔液的组成由 E点表示。这样就得到了Bi-Cd 的T-x图。34.4.2 相图分析相图中的点、线、面的 物理意义：（1）面：AEH以上区：单一液相区1， f*=2,双变量区域，温度、组成均可变。AEN以内区： Bi(s)+1两相平衡区，f*=1,单变量区，温度或组成之一可变。HEM以内区： Cd（s+1）两相平衡区，f*=1单变量区，温度或组成之一可变。NEM以下区：Bi(s)+Cd(s) 存在两相面f*=1单变量区，温度或组成之一可变。（2）线：E线-Bi的凝固点曲线或溶解度曲线。

4、在线上，Bi(s) 1两相平衡，f*=1,温度或组成之一可变。HE线-Cd的 凝固点曲线或溶解度曲线。在线上，Bi(s) 1两相平衡，f*=1,温度或组成之一可变。过D、E、G点得到的水平线NEM就是三相线，表示Bi(s)，Cd(s)与熔液的 三相平衡。f*=0,无变量，温度或组成均不可变。（3）点：A点：纯Bi 的熔点，两相平衡S-1,f*=0,无变量，温度不改变。H点：纯Cd的熔点，两相平衡S-1,f*=0,无变量，温度不改变，E点：称为三相点，Cd(s)-Bi(s)- 1三相平衡共存，f*=0,无变量，温度和组成均不能改变。E点是Bi(s)和Cd(s)共同融化的最低温度，也是溶液能够存在

5、的最低温度，成为最低共熔点，由此点析出的混合物成为低共熔混合物。（4）应用：物系点在E点以前，？，在E点以后，？，在E点，?，叙述其相变过程 ，若要提取Bi(s)或 Cd(s)，如何操作？若要得到某组成的合金？4.4.3 溶解度法绘制水盐系统相图大家知道，将盐溶与水将使水的冰点降低，究竟降低多少与盐的浓度有关，若将盐熔液降温，则在0下某温度析出。但当盐的浓度较大时，则在溶液冷却过程中，析出的是固体盐而不是冰，这时的溶液是盐的饱和溶液，盐在水中的浓度称为溶解度，溶解度的大小与温度有关。显然，水-盐系统相图就是确定冰点下降曲线和盐溶解度曲线，即测定不同温度两相(冰/盐- 熔液 )平衡时溶液的浓度：

6、温度 冰/盐+溶液平衡 浓度根据此法绘制得H 2O-(NH4)2SO4系统相图如下:4相图中点、线、面的物理意义：（1）面：LEN以上，不饱和溶液单相区，f*=2,温度、组成都可变。LED之内，冰+溶液两相区，f*=1,文的或组成可变。NEC以内，H 2O-(NH4)2SO4（s）和饱和溶液两相区，f*=1，温度或组成可变。DEC线以下，冰和(NH 4)2SO4（S ）两相区，f*=1，温度或组成。（2）线：LE线，冰+溶液两相共存时溶液组成曲线，称为水的冰点曲线，水的冰点随盐的浓度增加而下降，f*=1,某一盐溶液冰点时确定的。NE线，(NH 4)2SO4（S）+溶液两相共存时溶液组成曲线，盐

7、的溶解度曲线，f*=1,某一温度盐的溶解度是确定的。DEC线，三相线，冰+(NH 4)2SO4（S）+溶液（E点）三相共存线， f*=0，温度、组成均不能变。(3) 点：L点，水的凝固点，冰的熔点。盐的熔点极高，受溶解度和水的沸点限制，在图上无法标出。E点，三相点， 冰+(NH 4)2SO4+饱和溶液三相共存点，-18.3，39.8，f*=0,点是水的凝固点，又是(NH 4)2SO4溶液的最低凝固点，称最低共熔点，该点结晶出来的混合物称为低共熔点混合物，它是由冰和(NH 4)2SO4晶体组成的混合物。若组成在E点以左的溶液冷却，先析出冰；在E点以右冷却线析出(NH 4)2SO4。若组成恰好在E

8、点，当温度下降到E点时，同时析出冰和(NH 4)2SO4晶体，温度不变，直到所有溶液都凝固后，系统由三相变为两相，温度才继续下降。这类水盐系统还有NaCl,KCl,CaCl 2,NH4Cl等。盐水系统的相图对于物质的结晶、分离、5提纯有指导意义。(4) 相图的应用：1）结晶提纯（(NH 4)2SO4）单靠降温？不行！要得到纯的(NH 4)2SO4晶体，可先将稀溶液蒸发浓缩或加粗盐，是物系点右移超过E点到S接近饱和但不饱和的溶液（？） ，过滤除去不溶性的杂质，然后将溶液降温。当冷却到Q时开始析出晶体盐，继续冷却到 R点， （？） ，已有相当量晶体析出。这是将晶体与母液分离便可得到提纯盐晶体，析出晶体的质量可以利用杠杆规则加以计算。此时母液浓度为Y点，加热母液使至温度上升至 0点，又变成不饱和溶液，此时再溶入粗盐，使物系点从0移到，然后再从冷却到R，以此循环，对粗盐进行提纯。等到溶液可溶性杂质多时，便可更换，重新配置溶液。2）水-盐冷冻液在化工生产和科学研究中常用到低温浴，配置合适的水-盐系统，便可得到不同低温冷冻液，如：NaCl-252K；KCl-262.5K； CaCl2-218K；NH 4Cl-257.8K在冬天，为防止路面结冰，撒上盐，实际用的就是冰点下降原理。