《水盐体系相图》(第一章)作业及答案

1、1-1计算下列物料的组成，分别用重量%、摩尔%、克/100克水、克/100克盐表示。(1) 由20克NaSO、30克KSO和150HO克组成的物料；24242(2) 某溶液，含MgCl434.8、NaCl18.3、KCl46.1g/L，比重为1.287。其中：NaSO摩尔质量为142.0，KSO摩尔质量为174.3,HO摩尔质量为18.02,MgCl摩242422尔质量为95.21，NaCl摩尔质量为58.44，KCl摩尔质量为74.55。(1)由20克NaSO、30克KSO和150克HO组成的物料。24242解：a.用重量%表示物料的组SO：:242020+30+150x100%=10.00

2、%KSO:24HO:23020+30+150x100%=15.00%15020+30+150x100%=75.00%b.用摩尔%表示物料组成：NaSO:=0.141(mol)24142.030KSO:=0.172(mol)24174.3150HO:=8.324(mol)218.02物料总摩尔数：0.141+0.172+8.324=8.637(mol)NaSO:0.141x100%=1.63%248.6370.172KSO:x100%=1.99%248.6378.324HO:x100%=96.38%28.637c.用克/100克水表示物料组成:20NaSO:x100=13.33(g/100gHO

3、)24150230KSO:x100=20.00(g/100gHO)241502150HO:x100=100.00(g/100gHO)21502d.用克/100克盐表示物料组成：NaSO24KSO24HO:22050x100=40.00(g/100gS)30x100=60.00(g/100gS)5015050x100=300.00(g/100gS)(2)某溶液，含MgCl434.8g/L、NaCl18.3g/L、KCl46.1g/L，比重为1.287kg/L。2解：由题意，1L溶液中HO的重量为：1287-434.8-18.3-46.1=787.8(g)2a.用重量%表示物料的组成：MgC2:4

4、34.8x100%=33.78%1287NaCl:18.3x100%=1.42%1287KCl:46.1x100%=3.58%1287HO:2787.8x100%=61.21%1287434.8MgCl:434.8=4.567(mol)295.21b.用摩尔%表示物料组成:NaCl:-18=0.313(mol)58.4446.1KCl:46-1=0.618(mol)74.55787.8HO:=43.718(mol)218.02溶液总摩尔数:4.567+0.313+0.618+43.718=49.216(mol)c.用克/100克水表示物料组成:d.用克/100克盐表示物料组成:MgCl:434

5、.8X100=55.19(g/100gHO)2787.82NaCl:18.3x100=2.32(g/100gHO)787.82KCl:46.1x100=5.85(g/100gHO)787.82HO787.8X100=100.00(g/100gHO)2787.82434.8X100=87.10(g/100gS)499.218.3-X100=3.67(g/100gS)499.246.1X100=9.23(g/100gS)499.2787.8X100=157.81(g/100gS)499.2NaCl:KCl:HO:2MgCl:2MgCl:24.567X100%=9.28%49.216NaCl:0.3

6、13x100%=0.64%49.216KCl:°，618x100%=1.26%49.216HO:43.7182x100%=88.83%249.2161-2根据数据绘制50°C时，溶液中有CaCl2存在的KCl的溶解度曲线。50°C溶液中CaCl”含量不同时KC1的溶解度溶液中含CaCl2(wt,%)012.723830939045.748.950.8KCl溶解度(wt,%)2981819.8614.85.76.686解：绘制的KCl的溶解度曲线如下图:HI度解溶d_Up含量（沁覚）图1-1KCl的溶解度曲线1-3分析下列物料所属水盐体系的组分数。（1）海水，主要盐

7、分为NaCl、MgCl、MgSO、KSO、CaSO；24244（2）某天然盐湖卤水，主要盐分为NaCO、NaSO、NaCl；2324（3）某井盐苦卤，其主要成分为KCl、NaCl、MgCl、CaCl、HBO。2233解：（1）的组分数为：C=4+2=6。（2）的组分数为：C=1+3=4。（3）的组分数为：C=5+2=7。第二章二元水盐体系相图2-1标绘下列体系的相图，注明各个区域意义，并用相律分析各区的相数和自由度。（1）KCl-HO体系（相平衡数据见表2-1）。表2-1KCl-H2O体系相平衡数据温度液相KCl重量固相温度液相KCl重量固相°CC00冰6031.4KCl-2.35.

8、0冰8033.8KCl-5.010.5冰10035.9KCl-7.615.0冰15040.5KCl-10.018.8冰20044.9KCl-10.819.9冰+KCl30054.0KCl-5.020.95KCl40063.4KCl021.95KCl50073.1KCl1023.8KCl60083.0KCl2025.6KCl70093.0KCl4028.7KCl770100.0KCl2）NaNO-HO体系（相平衡数据见表2-2）。表2-2NaNO-HO体系相平衡数据3232温度°C液相NaNO3重量固相温度C液相NaNO3重量固相00冰4051.2NaNO3-513.5冰6055.5N

9、aNO3-1025.0冰8059.8NaNO3-1534.0冰10063.8NaNO3-17.738.0冰+NaNO315073.7NaNO3-1039.7NaNO320083.2NaNO3042.1NaNO325092.0NaNO32044.4NaNO3309100.0NaNO3解：2-1（1）及2-1（2）标绘的相图如下：图2-1（1）KCl-H20体系相图在图2-1（1）KCl-HO体系相图中： 未饱和溶液区域中:P=l,F=CP+1=21+1=2； 冰的结晶（冰+L）区域中：P=2,F=C-P+l=2-2+l=l； KCl的结晶（KCl+L）区域中：P=2,F=C-P+l=2-2+l=

10、l； 三相线CED（不包括C、E两点）中:P=3,F=C-P+l=2-3+l=0； 冰与KCl（冰+KC1）两固相共存区中:P=2,F=C-P+l=2-2+l=l。在图2-1（2）NaNO-HO体系相图中：32900_MMT005解之: 未饱和溶液区域中：P=l,F=C-P+1=2-1+1=2； 冰的结晶（冰+L）区域中:P=2,F=C-P+1=2-2+1=1； NaNO的结晶（NaNO+L）区域中:P=2,33F=C-P+1=2-2+1=1； 三相线CED（不包括C、E两点）中：P=3,F=C-P+1=2-3+1=0； 冰与NaNO（冰+NaNO）两固相共存区33中：P=2,F二C-P+l=

11、2-2+l=l。2-21000公斤含KC15%的溶液，在95°C下蒸发掉900公斤水,计算：（1）蒸发后析出的固相量及母液的量。（2）把蒸发后的母液冷却到15C，在冷却过程析出的固相量及最后的液相量。解法一：用杠杆规则法求解如图2-2,由题意知：原始物料系统点为M。（1）系统M蒸发后,首先应确定蒸发后的新系统点M°M=H+M,因此由杠杆规则有:11900MM=1100HMMM_45，据此可确定出新系统点M，又J11M处在KCl的结晶区，L+S=M，故蒸发后:1111W_x100_1460x100_22.60(kg)51 LS64.6011W_W-W_100-22.60_77

12、.40(kg)L1M1S1(2)母液L冷却后，得到的系统点为皿2，址亦处在KCl的结晶区，L+S=M，故冷却后：222W_L2M2x77.40_1072x77.40_11.02(kg)52 LS75.3222W_W-W_77.40-11.02_66.38（kg）l2m2S2图2-2KJ、-HJZI体系相图解法二：用母液的浓度求解如图2-2，由题意知:原始物料系统点为M。（1）系统M蒸发后，首先应确定蒸发后的新系统点M°M=H+M,因此由杠杆规则11有:需_THM即:需_-T解之：MM1_45，据此可确定出新系统点叫。又TM处在KCl的结晶区，L+S=M，而原始物料中总水量为950kg

13、,蒸发掉900kg水1111后，M当中的水量为50kg,亦即L当中的水量为50kg,由图2-2中可读得L的KCl含量11135.40W为35.40%，设L当中的KCl量为Wkg,则：35.-0=亠牛,解之，1Kcii6-.6050W二27.40(kg),W二50+27.40二77.40(kg)，KciL.W=W-W=100-77.40=22.60(kg)S1M1L1(2)母液L冷却后，得到的系统点为M,则W二W二77.40(kg),VM亦处在KCl12M2L12的结晶区，L+S=M，由题意，M当中的水量为50kg，亦即L当中的水量为50kg,由2222224.68W图2-2中可读得L的KCl含

14、量为24.68%,设L当中的KCl量为Wkg,贝V：68=亠，22Kci275.3250解之，W二16.38(kg),W二50+16.38二66.38(kg),Kci2L2W二WW二77.4066.38二11.02kg)。S2M2L23-1标绘NaCl-NaS0-H0体系50°C等温图，注明各区域的意义；试分析含NaCl10%，242NaSO15%，HO75%的系统50C等温蒸发过程。242第三章三元水盐体系242液相(wt,%)固相NaClNaSO26.80240.00NaCl25.003.70NaCl24.205.30NaCl+NaSO20.007.65NaSO15.0012.1

15、0NaSO10.0018.10NaSO5.0024.70NaSO0.0031.80NaSO24NaCl-NaSO-HO体系50C数据解：1.答案如图3-1所示。图3T忖rxC.-NcipSnz-Hp体系5°°c相图2.50°C系统点M等温蒸发过程如图3-2及表3-1图3-3体系50C相图出，继续冷却至20C时会有B1表3-150°C系统点M等温蒸发过程一二三过程情况未饱和溶液浓缩NaSO结晶析出O/|NaSO及NaCl共析至蒸干O/|液相点MLLEE系统点MLLCCD固相点尚无BBD3-2根据图3-3填空：固相B的溶解度随温度升高而加大，固相A的溶解度随

16、温度升高而减小。系统M在60C时状态为未饱和溶液，冷却至40C时有B析3-3有含KCl5%,KS05%,H090%的体系在25C等温蒸发3-3如果系统重100公斤，试计算：1)KS0析出量最大时的蒸发水量，KS0析出量及析出率(2)蒸发水量为60公斤时KS0析出量及析出率；243)KS0析出率为85%时的蒸发水量。选做解：(1)如图3-4-(1)4.78(kg)由题意：MP=60,又TWM=866?WM40解之：MP=12.99，据此可在相a-怙二wx100二磐x100=7569(kg)b.首先求取蒸发后得到的浆料WRW=100-75.69=24.31(kg)RWB=巴x24.31=1750x

17、24.31=EB88.91b(kpsd4)图3-4-图乩5-（iKClKSOHO体体系255c°相相图242）如图3-4-（2）设蒸发后得到的浆料点为P,图中标出P点。LP8.28Wb=Ux40=祗x40二3®(kg)B图3-4-图3)-KClKSO24（3）如图3-4-（3）丁耳=85%':WBx100%二85%'解之：W=4.25（kg）B5B首先确定系统M被蒸发到KSO析出率为85%时，所得到的饱24和母液L点的确定方法。因为由题意知：L母液中KCl量仍为5kg（KCl一直未析出）,KSO之量为0.75（5.00-4.25）kg,所以母液L点在直线24

18、a一丄b注：a、b之取值分别在WA、WB边上取值与饱和曲线b，0.75E之交点上，即直线WL与曲线b，E之交点为L点。其次，知道了L点，连接BL,则直线WM之延长线与直线BL两线之交点，即为系统被蒸发后KSO析出率为85%时所得到的浆24料点Q。bck2sc4)图3-4圏（-5-（3）KClKSOHO体系2芻相图相图2424-1计算下列复盐的耶涅克指数J值。(1) 钾茫硝NaSO3KSO2424(2) 光卤石KClMgCl6HO2解：（1）Na2SO4(2)n:nNa2SO4K2SO41=_X100=254二1：工n=1+3=4(mol)干盐3=-x100=75K2SO44n:n：nK2Cl2

19、MgCl2H2O=05x100=33.333K2Cl21.5=0.5：:6工n=0.5+1=1.5(mol)干盐=x100=66.67MgCl21.5J二6xlOO二400H2O1.54-2标绘下列体系的干基图，注明各区域的意义，判断水合物、复盐及零变点的类型。(1) Na+,K+,Mg+|SO=-HO体系，25°C；42Na+,K+,Mg+1|SO=-HO体系25C数据符号42|液相克/100克盐固相NaSOKSOHO12476.862423.14248.00S+Gla263.2516.65201.0010S+GlaE52.3012.00168.0010S+Gla+Ast353.8

20、00.00191.0010S+AstP43.7012.80167.0010Gla+Ast+Pic437.5315.27189.00Gla+Pic523.2528.51246.00Gla+PicR17.0037.00288.00Gla+Pic+KSO624.1553.25367.0024Gla+KSO733.5066.50501.0024Gla+KSO832.7012.40174.0024Ast+PicQ30.5611.53172.50Ast+Pic+Eps937.600.00189.00Ast+Eps100.0046.50327.00Pic+KSO110.0013.34229.0024Pic+

21、Eps注：SNaSO1OHO；GlaNaSO3KSO；AstNaSOMgSO4HO；10242242424242PicKSOMgSO6HO；EpsMgSO7HO。24242242(2) Na+，K+|Cl-，SO=-HO体系，25C；42Na+,K+|Cl-,SO=-HO体系数据25C421符号421液相J固相Na+cSO=HOc1100.0019.901590.00NaCl+NaSOR85.2020.901460.0024NaCl+NaSO+Gla280.0013.601460.0024NaCl+Gla375.009.401465.00NaCl+GlaH70.506.501465.00NaC

22、l+Gla+KCl470.000.001525.00NaCl+KCl586.2030.001540.00NaSO+Gla687.5050.001650.0024NaSO+GlaQ87.8057.001660.0024NaSO+S+Gla7100.0046.501730.00NaSO+S2410887.3060.001690.00S+Gla984.4080.001880.0010S+Gla1081.30100.002070.00S+Gla1160.006.201600.0010Gla+KCl1240.005.501855.00Gla+KClP32.505.401940.00Gla+KCl+KSO

23、1334.0020.002930.0024Gla+KSO1435.7040.003740.0024Gla+KSO1537.6060.004160.0024Gla+KSO1638.8080.004370.0024Gla+KSO1739.10100.004445.0024Gla+KSO1820.004.602085.0024KCl+KSO190.003.502285.0024KCl+KSO24解：4-2（1）1.标绘的干基图如图4-1所示。2.各区域的意义如图4-1所示。3.各相关问题判断：（1）经判断Eps及S0为I型水合物;（2）对复盐Gla、Ast及Pic的判断：首先应在图4-1中标绘出此三

24、种复盐点的位置，复盐Gla、Ast及Pic在图4-1中标绘出的位置分别为D、F及H三点。Mg+图4-1Na+，K+，SO=-HO体系25°C相图42(3) 对零变点E、P、Q及R的判断：经判断零变点E、P、Q均为相称零变点，零变点R为第一种不相称零变点。解：4-2(2)1.标绘的干基图如图4-2所示。2. 各区域的意义如图4-2所示。3. 各相关问题判断：(1) 经判断si0为II型水合物；(2) 对复盐Gla判断：首先应在图4-2中标绘出此种复盐点的位置，复盐Gla在图4-2标绘出的位置为G点。经判断复盐Gla为异成分复盐。42(3) 对零变点R、H、P及Q的判断：经判断零变点R及

25、H均为相称零变点;零变点P及Q均为非相称零变点,其中P为第一种非相称零变点，Q为第二种非相称零变点。4-3判断图4-3中系统R及N两点等温蒸发的析盐顺序，已知R及N两点均2解：经过图4-3(1)及图4-3(2)的相图分析，系统R及N两点等温蒸发的析盐顺序如表4-1及表4-2。图4-3(1)ABHO2图4-3(2)ABHO2表4-1系统R点等温蒸发的析盐顺序阶段一二三四析盐顺序过程情况未饱和溶液浓缩A析出(A+X)共析（A+X+Y）共析，直至蒸干 A X Y系统点RRRR液相点RRKKPP（干点）固相点尚无AA-CCP表4-2系统N点等温蒸发的析盐顺序阶段一二三四析盐顺序过程情况未饱和溶液浓缩X

26、析出(X+B)共析（X+B+Y）共析，直至蒸干 X B Y系统点NNNN液相点NNLLQQ（干点）固相点尚无XXDDN第六章五元水盐体系6-1计算下列物料在Na+、K+、Mg+C1-、SO4=H2O五元体系中耶乃克指数J值。其中:MgSO摩尔质量为120.4、MgCl摩尔质量为95.21、Na2Cl2摩尔质量为116.9、K2Cl2摩尔质量为149.1、KSO摩尔质量为174.3、HO摩尔质量为18.02。22242注:在做作业时，所用到的物质的摩尔质量，严格按照题目所给的摩尔质量进行计算。作业的计算结果均取三位小数。（1）某苦卤，其组成（g/L）如表6-1。MgSO4MgCl2Na2Cl2比

27、086.17161.4312O.5O21.2O872.4O表6-1某苦卤组成（g/L）解：从1L苦卤出发，算出各盐及水的摩尔数:MgCl2161.43二1.69695.21Na2Cl2120.501O31116.921.2OK2Cl20142丄r厶149.1H2O872.4048.41318.O2进而求出各个离子的摩尔数：K2+2O.142Mg2+O.716+1.696=2.412SO24O.716Na22+1.O31Cl221.696+1.O31+O.142=2.869MgSO48617二°'716计算出K22+Mg2+SO42-三种离子摩尔数之和（简写为工三离子），作为基

28、准:工三离子=0.142+2.412+0.716=3.270按照J'值含义，计算出J'值：°.142K2+xlOOK22+3.27°4.343Mg2+2.412x1OO二73.7613.27OSO24Na2+2°x1OO二21.8963.27°1.O31一x1OO二31.5293.27OCl22-2869x1OO二87.7373.27OH2O48.413x1OO二148O.52O3.27OMgSO4MgCl2Na2Cl2比02.530.58.021.0'38.0（2）某人造光卤石，其组成（wt,%）如表6-2。表6-2某人造光卤石

29、组成（wt,%）解：从1OOg人造光卤石出发，算出各盐及水的摩尔数:MgSO42.5二O.O2112O.4MgCl2竺5二O.32O95.218.0Na2Cl2-0.06822116.9K2Cl221.0-01411491H2O38.0-2.10918.02进而求出各个离子的摩尔数：K2+20.141Mg2+0.021+0.320=0.341SO240.021Na2+20.068Cl220.320+0.068+0.141=0.529计算出K22+Mg2+SO42-三种离子摩尔数之和(简写为工三离子)，作为基准:工三离子=0.141+0.341+0.021=0.503按照J'值含义，计算

30、出J'值:K22+0.1410.503x100二28.032Mg2+空41x100二67.7930.503SO2-4Na2+20.0210.5030.0680.503x100二4.175x100二13.5190.529Cl22-H2Ox100二105.1680.5032.109x100二419.2840.503(3) 固相Lan(K2SO42MgSO4)解：Lan(K2SO42MgSO4)中总干盐的摩尔数为：1+2=3mol,其中K2+=1mol、Mg+=2mol、SO4=3mol计算出K2+、Mg+及SO4=三种离子摩尔数之和(简写为刀三离子)，作为基准：刀三离子=1+2+3=6(mol)按照J'值含义，计算出J'值：1K+x100二16.66726Mg+-x100二33.33363SO1=x100二50.00046其J&