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1、JIANGXI NORMAL UNIVERSITY本 科 论 文（20102014年）二组分系统相图的分析和应用Analysis and application of the two component phase diagram 姓名： 冯 蓉 梅 学号：1007032025 学院：化 学 化 工 学 院 专业：化 学 教 育指导老师：熊 丽 华 老 师2014年4月III中文摘要分析和探究二组分系统相图，重点研究完全互溶双液系统，部分互溶双液系统，完全不互溶双液系统，以及简单低共熔二组分系统，形成化合物系统等相图，对这些相图进行分析，总结。从而运用到实际化工生产和生活当中，如在双液系统中寻
2、找到蒸馏和精馏和水蒸气蒸馏的操作原理，在简单低共熔混合物的相图分析中通过步冷曲线的分析找到检查金属纯度的方法，提纯金属，制备低共熔合金，制备低共熔点的熔融电解质的方法等，在二组分盐水系统的相图探究中找到粗盐提纯的方法，和如何制备冷冻剂，等等。二组分系统相图的研究对我们的生活有重大的意义。关键词：二组分系统相图 双液系 最低共熔点 蒸馏 步冷曲线 AbstractPhase diagram analysis and probe into two component system, focuses on complete miscibility double fluid system, parti
3、al miscibility double fluid system, no miscibility double fluid system, and simple eutectic two component system, forming compound system phase diagram, the phase diagram analysis and summary. To apply to the actual chemical production and life, as in double fluid system to find the distillation and
4、 distillation and steam distillation, the operating principle of the simple eutectic phase diagram analysis through the analysis of the cooling curve of the find a way to check the purity of metal, purification of metals, preparation of eutectic alloy, the preparation of low melting point of the mol
5、ten electrolyte, etc., in the two component found in brine system phase diagram into coarse salt purification method, and how the preparation of coolant, etc.Two component system phase diagram of the study is of great significance for our life.Key words：Two component phase diagrams double fluid syst
6、em The minimum total melting point distillation The cooling curve 目 录中文摘要IAbstractII目 录III引 言11 二组分液-液系统相图的分析和运用11.1完全互溶的双液系统11.1.1完全互溶双液系统相图的分析11.1.2完全互溶双液系统相图的应用31.2部分互溶的双液系统51.2.1部分互溶双液系统相图的分析和应用51.3完全不互溶的双液系统51.3.1完全不互溶双液系统相图的分析51.3.2完全不互溶双液系统相图的应用62 二组分固-液系统相图的分析和运用72.1简单低共熔系统72.1.1简单低共熔系统相图的分析
7、72.1.2简单低共熔系统相图的应用92.2有固态化合物生成的固液系统102.2.1生成稳定化合物系统的相图分析102.2.2生成不稳定化合物系统的相图分析102.2.3有固溶体生成的固液系统相图的分析112.2.4有固溶体生成的固液系统相图的应用11结 语13参考文献14致 谢16引 言用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何、不同的相的相对量是多少,以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图叫相图。二组分系统的相图已经得到广泛的研究和应用,主要应用在冶金、化工等部门。相图是从实践中总结出来的，但它反过来又可指导生产实践。在化工、冶金等工业领域有着广泛的用途。在普通物理化学教
8、材中，对相图只重点介绍了看图的知识，对它的应用讨论较少，本文则着重介绍一些典型相图的分析和实际应用。1 二组分液-液系统相图的分析和运用1.1完全互溶的双液系统1.1.1完全互溶双液系统相图的分析两个组分能以任意比例互溶成均匀的一个液相，形成理想的液态混合物，这样的体系叫做完全互溶的双液体系。对于这类体系，我们所有研究的问题一般是分离，提纯，精馏等，这样在所研究的范围内就只会出现气相和液相，所以，又可以叫做二组分气液体系。根据两个组分在结构和性质上是否存在差异，又分为理想二组分和非理想二组分体系的相图。Instead of plotting complete phase diagrams, w
9、e shall usually consider only one portion of the phase diagram at a time .This section deals with the liquid-vapor part of the phase diagram of a two-component system, which is important in laboratory and industrial separations liquids by distillation.本文在这里介绍温度、压力、组成三者之间关系的推导方法,且仅局限于理想的完全互溶双液系（1）蒸气压
10、-组成图（P-X图）当T一定时，设由组分A和B形成理想液态混合物并达到平衡。它们的摩尔分数分别为XA,，XB，由实验测得混合物的饱和蒸气压为P，以组成为横坐标，绘出P-X图如图一所示。由图可知，上边的线是理想液态混合物的总蒸气压P随液相组成XB变化的曲线，叫做液相线。对理想液态混合物中，它是一条直线，线上任意一点的组成表示与气相呈平衡的液相的组成，线上任意一点的压力表示与气相呈平衡的液相受的压力。下面的曲线是理想液态混合物的总蒸气压随气相组成YB变化的曲线，叫气相线。线上的任意一点表示与液相平衡的气相组成，线上任意一点的压力表示与液相平衡的气相的压力。根据道尔顿分压定律有P=PA+PB 式子中
11、的PA，PB分别为A、B两种气体的分压由于溶液为理想溶液组分A与B符合拉乌尔定律，因而有PA=PA* XA, PB=PB* XB 式子中的PA* PB*代表的是在温度为T时纯组分A与B的饱和蒸气压，代入式得P=PA* XA+PB* XB=PA*+(PB*_PA*) XB这说明系统的蒸气压P与XB也是直线的关系。如右图液相线以上的面叫做液相区，用“l”来表示。当系统的压力与组成处于该页面上时，其压力大于对应的蒸气压，应全部凝结为液体，气相不可能稳定存在。气相线以下的面叫做气相区，用“g”来表示。当系统的组成与压力处于气相区时，其压力小于对应的蒸气压，则会全部气化，液相不可能存在。液相线与气相线之
12、间的面叫做气液平衡共存区。用“l-g”表示。（2）沸点-组成图（T-X图）当P一定时，由如右图T-X图。 右图中的TA，TB分别为纯A和纯B的沸点，由图可以看出，溶液的沸点在两个纯组分的沸间之间。如图，下面一条线表示沸点随液相组成的变化。某一定组成的液态混合物加热达到线上温度就可起泡而沸腾。因而液相线有称泡点线，液相线上的点又称为泡点。上面的一条线表示混合物的沸点与气相组成的关系。又称为露点线。一定组成的气体冷却达到线上温度时即开始凝结，就像产生露水一样。属于这种类型的体系有苯一甲苯，甲醇一乙醇，正庚烷一正已烷，三城甲烷一四抓甲烷，异丙醇-环己烷当挥发性的两个组分对拉乌尔定律发生一定偏差，它们
13、的混合物就形成非理想液体混合物。由于蒸气压与液相组成间不呈现性关系，因此P-X图中的液相线不是直线。根据偏差的性质和程度的不同，一般可分为三种类型。各组分对拉乌尔定律的偏差不大（正偏差或负偏差）这类相图可以看出蒸气压线会偏离直线，沸点线则显著下移。属于这类体系的有四氯化碳-苯，三氯甲烷-乙醚等。各组分对拉乌尔定律出现较大正偏差，混合物的总蒸气压曲线上出现最高点。属于这类体系的有水-乙醇，苯-环己烷等。相应的其相图变成如下：各组分对拉乌尔定律出现较大负偏差，混合物的总蒸气压曲线上出现最低点，属于这类体系的有水-盐酸，水-硝酸等。其相图如下：由上图可知，在最大正偏差的系统中，在沸点组成图中出现一个
14、最低点，其相应的温度叫最低恒沸点。在最低恒沸点处，气相线与液相线相切，两相的组成相等。这是个恒沸组成状态。而在有最大负偏差的系统中，出现一个最高点，其相应温度叫最高恒沸点。这两类相图都可看作是两个第一类相图的合并。1.1.2完全互溶双液系统相图的应用互溶的双液系相图的运用之一就是计算共存两相分别的量。在将杠杆规则应用于三相线上时，要求掌握刚刚要达到三相线和刚刚离开了三相线这两种极端情况，这两种情况均只有两相平衡。要计算两相数量之比时，就要以系统总组成点为支点，两个相点为力点，应用两相平衡的杠杆规则。在三相共存的情况下，只有知道一个相的数量之后，再按照组成居两端的两个相按照一定比例生成组成居中间
15、的第三相，或者相反。这一比例是以中间的相点为支点，两端两个相点为力点运用杠杆规则杠杆规则表示两相平衡共存时，两相物质的量与两相点到系统点的距离成反比。相点离系统点距离越短，对应物质的量越大。这类相图的应用常用来指导分离，提纯，精馏等。（1）蒸馏原理tt t1 t2x1 xB2 y1 y2BaX1babatt蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段，如萃取相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂，从而保证不会引入新的杂质。A蒸馏与精馏是分离液体混合物的重要方法，在实验室和实际生产中广泛应用。
