物理化学电子教案第四章幻灯片.ppt

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1、物理化学电子教案第四章第1页，共41页，编辑于2022年，星期日固固-液体系属于凝聚相体系，一般不考虑蒸液体系属于凝聚相体系，一般不考虑蒸气相。气相。一、简单低共熔混合物固一、简单低共熔混合物固-液体系液体系 简简单单低低共共熔熔混混合合物物体体系系相相图图一一般般有有两两种种形式形式:（1 1）水）水-盐体系；盐体系；（2 2）双金属体系；）双金属体系；第四节第四节 二组分固一液平衡体系二组分固一液平衡体系第2页，共41页，编辑于2022年，星期日1、水、水-盐体系盐体系图中有四个相区LBN以上：以上：溶液单相区；溶液单相区；LAB之内：之内：冰冰+溶液两相区；溶液两相区；第3页，共41页，

2、编辑于2022年，星期日NBC以上：以上：(NH4)2SO4(s)溶液两相区；溶液两相区；BAC线以下：线以下：冰冰(s)(NH4)2SO4(s)两相区。两相区。第4页，共41页，编辑于2022年，星期日图中有三条曲线图中有三条曲线LB线：线：冰点下降曲线；冰点下降曲线；AN线：线：称为盐的饱和溶称为盐的饱和溶解度曲线。解度曲线。BAC线：线：冰冰+(NH4)2SO4(s)+溶液三相平衡共溶液三相平衡共存线。存线。第5页，共41页，编辑于2022年，星期日图中有两个特殊点图中有两个特殊点L点：点：冰的熔点。冰的熔点。B点：点：冰冰+(NH4)2SO4(s)+溶液三相共存点，也溶液三相共存点，也

3、称最低共熔点。称最低共熔点。第6页，共41页，编辑于2022年，星期日B点点是是溶溶液液所所能能存存在在的的最最低低温温度度，亦亦是是冰冰和和(NH4)2SO4(s)能能够够共共同同熔熔化化的的温温度。度。B点称为点称为“最低共熔点最低共熔点”。在。在B点所析出的固点所析出的固体称为体称为“最低共熔混合物最低共熔混合物”第7页，共41页，编辑于2022年，星期日相图绘制方法：溶解度相图绘制方法：溶解度冰点下降法。冰点下降法。以以H2O-(NH4)2SO4体体系为例。系为例。在不同温度下测在不同温度下测定盐的溶解度曲线和定盐的溶解度曲线和冰点下降曲线，根据冰点下降曲线，根据大量实验数据，即可大量

4、实验数据，即可绘制出水绘制出水-盐的盐的T-x图。图。第8页，共41页，编辑于2022年，星期日水水-盐体系相图应用盐体系相图应用（1）配制冷冻液）配制冷冻液水盐体系水盐体系低共熔温度低共熔温度252 K218 K262.5 K257.8K冬天，为防冬天，为防止路面结冰，止路面结冰，撒上盐，实撒上盐，实际用的就是际用的就是冰点下降原冰点下降原理。理。第9页，共41页，编辑于2022年，星期日（2）盐的提取或提纯）盐的提取或提纯例如例如(NH4)2SO4 盐精制。盐精制。方法方法1：将粗：将粗(NH4)2SO4 溶解过滤后直溶解过滤后直接冷却结晶；接冷却结晶；第10页，共41页，编辑于2022年

5、，星期日方法方法2：将粗：将粗(NH4)2SO4 溶溶解过滤后，先进行部分解过滤后，先进行部分蒸发，然后再降温进行蒸发，然后再降温进行部分结晶，得纯的部分结晶，得纯的(NH4)2SO4 晶体；晶体；析出纯盐的质量可由杠杆规则计算。析出纯盐的质量可由杠杆规则计算。第11页，共41页，编辑于2022年，星期日2、合金体系、合金体系首先将二组分系统加热熔化，记录冷却过首先将二组分系统加热熔化，记录冷却过程中温度随时间的变化曲线，即冷却曲线程中温度随时间的变化曲线，即冷却曲线（cooling curve）。）。热分析法绘制低共熔相图热分析法绘制低共熔相图当系统有新相凝聚，放出相变热，步冷曲当系统有新相

6、凝聚，放出相变热，步冷曲线的斜率改变。线的斜率改变。f*=1，出现转折点；，出现转折点；f*=0，出现水平线段。据此在出现水平线段。据此在T-x图上标出对应的位图上标出对应的位置，得到低共熔置，得到低共熔T-x图。图。第12页，共41页，编辑于2022年，星期日冷却曲线冷却曲线(以以Bi-Cd系统为例系统为例)将将100Bi的试管加的试管加热熔化，记录步冷热熔化，记录步冷曲线。在曲线。在546K时出时出现水平线段，这时现水平线段，这时有有Bi(s)出现，凝固出现，凝固热抵消了自然散热，热抵消了自然散热，系统温度不变。系统温度不变。纯纯Bi第13页，共41页，编辑于2022年，星期日纯纯Bi当当

7、固固液液两两相相平平衡衡共共存存时时，条条件件自自由由度度f*=C-P+1=1-2+1=0。当当 熔熔融融液液全全部部凝凝固固，温温度度继继续续下下降降。所所以以546 K是是Bi的熔点。的熔点。第14页，共41页，编辑于2022年，星期日含含20Cd的混合物的混合物wB(Cd)0.20第15页，共41页，编辑于2022年，星期日含含40Cd的混合物的混合物wB(Cd)0.40低共熔混合物低共熔混合物(eutectic mixture)；低共熔点低共熔点(eutectic point)第16页，共41页，编辑于2022年，星期日含含70Cd的混合物的混合物wB(Cd)0.70第17页，共41页

8、，编辑于2022年，星期日含含100的纯的纯Cd纯纯Cd在步冷曲线在步冷曲线上，上，596 K是纯是纯Cd的熔的熔点点。第18页，共41页，编辑于2022年，星期日相图的绘制相图的绘制纯纯Bi第19页，共41页，编辑于2022年，星期日wB(Cd)0.20第20页，共41页，编辑于2022年，星期日wB(Cd)0.40第21页，共41页，编辑于2022年，星期日wB(Cd)0.70第22页，共41页，编辑于2022年，星期日纯纯Cd第23页，共41页，编辑于2022年，星期日第24页，共41页，编辑于2022年，星期日第25页，共41页，编辑于2022年，星期日将将A,C,E点连接，得到点连接

9、，得到Bi(s)与熔液两相共存的与熔液两相共存的液相组成线；液相组成线；将将H,F,E点连接，得到点连接，得到Cd(s)与熔液两相共与熔液两相共存的液相组成线；存的液相组成线；将将D,E,G点连接，点连接，得到得到Bi(s),Cd(s)与与熔液三相平衡共存熔液三相平衡共存线；熔液的组成由线；熔液的组成由E点表示。点表示。第26页，共41页，编辑于2022年，星期日第27页，共41页，编辑于2022年，星期日二、有化合物生成的二组分固一液平衡二、有化合物生成的二组分固一液平衡 相相图图 1、生成稳定化合物系统、生成稳定化合物系统稳定化合物：包括稳定的水合物，它们有自己稳定化合物：包括稳定的水合物

10、，它们有自己的熔点，在熔点时液相和固相的组成相同。的熔点，在熔点时液相和固相的组成相同。属于这类系统的有：属于这类系统的有：CuCl(s)-FeCl3(s)；Au(s)-Fe(s)；CuCl2-KCl；酚苯酚；酚苯酚；FeCl3H2O的的4种水合物；种水合物；H2SO4-H2O的的3种水合种水合物；物；第28页，共41页，编辑于2022年，星期日CuCl(A)与与FeCl3(B)可形成化合物可形成化合物C，H是是C的的熔点。熔点。第29页，共41页，编辑于2022年，星期日特点：特点：化合物化合物C熔化时熔化时,液相组成与化合物相同；液相组成与化合物相同；化合物化合物C在其熔点之下不分解；在其

11、熔点之下不分解；第30页，共41页，编辑于2022年，星期日相图可以看作相图可以看作A与与C和和C与与B的两张简单的低共的两张简单的低共熔相图合并而成，所以的相图分析与简单的熔相图合并而成，所以的相图分析与简单的二元低共熔相图类似。二元低共熔相图类似。第31页，共41页，编辑于2022年，星期日 H2SO4与与H2O能形成三种稳定的化合物，即能形成三种稳定的化合物，即H2SO4 H2O(C3)、H2SO4 2H2O(C2)H2SO4 4H2O(C1)，它们都有自己的熔点。它们都有自己的熔点。相图可以看作由相图可以看作由4张简单的二元低共张简单的二元低共熔相图合并而成。熔相图合并而成。第32页，

12、共41页，编辑于2022年，星期日 纯硫酸的熔点纯硫酸的熔点在在283 K左右，左右，而与水合物而与水合物C3的低共熔点在的低共熔点在235 K，所以，所以在冬天用管道在冬天用管道运送硫酸时应运送硫酸时应适当稀释，防适当稀释，防止硫酸冻结止硫酸冻结。纯硫酸的熔点纯硫酸的熔点第33页，共41页，编辑于2022年，星期日2、生成不稳定化合物系统不稳定化合物，没有自己的熔点，在熔点温不稳定化合物，没有自己的熔点，在熔点温度以下就分解为与化合物组成不同的液相和度以下就分解为与化合物组成不同的液相和固相。固相。例如系统：例如系统：第34页，共41页，编辑于2022年，星期日在在CaF2(A)与与 CaC

13、l2(B)相图上相图上,C是是A和和B生成的不稳定化合物。生成的不稳定化合物。第35页，共41页，编辑于2022年，星期日 因因C没有自己没有自己的熔点，将的熔点，将C加热，到加热，到O点点温度时分解成温度时分解成CaF2(s)和组和组成为成为N的熔液，的熔液，所以将所以将O点的点的温度称为转熔温度称为转熔温度温度CaF2CaCl2(s)CaF2(s)+solution 737oC第36页，共41页，编辑于2022年，星期日 FON线也称为三相线线也称为三相线,由由A(s),C(s)和组成为和组成为N的的熔液三相共存，与一般三相线不同的是：组熔液三相共存，与一般三相线不同的是：组成为成为N的熔

14、液在端点，而不是在中间。的熔液在端点，而不是在中间。第37页，共41页，编辑于2022年，星期日通常有两种形状通常有两种形状CABDEFGHI熔液熔液 lA(s)+lB(s)+C(s)B(s)+lA(s)+C(s)C(s)+l第38页，共41页，编辑于2022年，星期日基本要求基本要求1.掌握克拉贝龙方程和克劳修斯掌握克拉贝龙方程和克劳修斯克克拉贝龙方程的应用。拉贝龙方程的应用。2.明确相、组分数和自由度的概念。明确相、组分数和自由度的概念。3.了解相律意义和应用了解相律意义和应用4.掌握二组分体系的相图绘制、相图分掌握二组分体系的相图绘制、相图分析及相图的应用。析及相图的应用。5.熟悉杠杆规测的应用。熟悉杠杆规测的应用。第39页，共41页，编辑于2022年，星期日本章思考题本章思考题 一种物质在各相中分配达平衡时有哪一种物质在各相中分配达平衡时有哪些特征？些特征？60白酒经反复蒸馏能否得到纯乙醇，白酒经反复蒸馏能否得到纯乙醇，为什么？为什么？二组分双液系有哪几种？各自的二组分双液系有哪几种？各自的TX相相图有何特点？图有何特点？第40页，共41页，编辑于2022年，星期日第41页，共41页，编辑于2022年，星期日