土木工程材料硅酸盐物化

1、第六章相平衡61 确定下列已达化学平衡体系的独立组元数、相数和度数。（1）加热到 2273.15K 的水蒸汽，气体中还有 H2、O2、OH、O 与 H；（2）HgO（s），Hg（s）和 O2（g）；（3）Fe（s），FeO（s），CO（g）和 CO2（g）。解：（1）水蒸汽加热到 2273.5K，气相中建立的平衡关系为H2O(g) H2(g) 1 O2(g)2体系中能独立存在的物种为 H2O（g），H2（g）和 O2（g），存在浓度关系满足 PH 2 2PO 2 条件，所以体系的独立组元数为 1，相数为 1，度数为 2，如果温度恒定则度数为 1。（2）在 HgO（s），Hg（s）和 O2（g）

2、的体系中存在下面的平衡关系：HgO(s) Hg(g) 1 O2(g)2气相中浓度关系满足 PHg 2PO 2 条件。因此体系的独立组元数为 1，相数为 2，度数为1。（3）在 Fe（s），FeO（s），CO（g）和 CO2（g）体系中存在下面反应：FeO(s) CO(g) Fe(s) CO2(g)因此独立组元数为 3，相数为 3，度数为 2。62 请用相律说明下列结论是否严谨，为什么？（1）纯物质在一定压力下的是一定值；纯物质在一定温度下的蒸气压为定值；纯物质在一定温度下，固、气、液三相可以平衡共存。解：（1）根据相律 FCP2，C1。熔化时 P2，F122，当压力确定后温度就确定了，所以一定

3、压力下的是一定值的结论正确。（2）用同样的分析方法，此体系确定温度时其蒸汽压随之确定，结论也是正确的。（3）固、气、液三相平衡时，度 F0，这时外界条件（温度和压力）都是确定的特定值，不能随意变化，因此温度不能任意指定。题意的结论是错误的。63 求高山上大气压为 66661Pa 时水的沸点。已知水气化热为 40.696kJ/mol。解：因液体的体积比汽化后的气体体积小得多，因此 V 可近似看成气体体积，即V V气 V液 V气 。RT)PdP / dT H /(T V ) H /(TH1 dP pdTRT 2d T积分得：（水在 101325Pa 压力时得沸点为 373K）P( 1 )H1ln1

4、01325R373T6666140 .696 10 311()ln1013258 .314373TT361.5K64 图 61 表示钙长石（CaAl2Si2O8）的一元系统相图。请回答：（1）六方和正交钙长石的各约为多少？（2）三斜与六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？（3）正交晶型是热力学稳定态，还是介稳态？图 61 钙长石单元相图约 1300（B 点），正交钙长石解：（1）六方钙长石约为 1180（C 点）。三斜与六方晶型的转变是可逆的。正交晶型是介稳态。67 （1）请根据下列实验数据画出 KFBaTiO3二元相图。KF 的BaTiO3 的为 850，为 1612，温度为 833。（1）画

5、出下列各组成低共熔体的步冷曲线：0，2，9 摩尔BATiO3。温度（）8331000105011001150120012501300液相中 BATiO3（ 摩尔百分含量）246912.51722.528.5（3）已知一熔体是由 60g BaTiO3 和 135gKF 配成。若用此熔体生长单晶 BaTiO3，应如何控制温度？最多能生长出多少 BaTiO3 单晶？解：（1）KFBaTiO3 相图（见图 64（b）（2）步冷曲线（见图 64（a）MBaTiO3 233.30（3）BaTiO3 分子相对质量MKF 58.1KF 分子相对质量60135nBaTiO3 nKF 0.258 2.32熔体中含

6、 BaTiO3 摩尔数，含 KF 摩尔数，则熔体中的摩233.358.1尔百分数为 BaTiO310，KF90。图 64KFBaTiO3 相图612 试完成图 68 配料点 1，2，3 的结晶路程（表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段系统中发生的相变化）。解：参阅图 68点 1 ：液相：1 LAmBn a LAmBnB E( LE AmBn B C)固相： AmBn AmBnBb AmBnBC1点 2：液相： 2 LA h LAC P( LP A C AmBn )固相： A AC g ACAmBn 2点 3：液相：3 LA c LAAmBn d LAmBn e LAmBnC E (LE A

7、mBn B C)固相：A AAmBnAmBn AmBnC fAmBn BC 3各组成点析晶过程相含量变化图自己画（参考例 613）图 610（a）（b）。图 68 生成不一致熔二元化合物（AmBn）的 ABC 三元相图。613 图 69 表示生成一个三元化合物的三元相图。（1）判断三元化合物 N 的熔融性质。（2）箭头）。（3）无变点 K、L、M 的性质。（4）分析标出边界曲线的温降方向（转容界线点 1、2 的结晶路程（表明液固组成点的变化及各阶段的相变化）。图 69 生成三元化合物 N 的 ABC 三元相图解：参考图 69（1）N 化合物组成点处于初晶区外，为不一致熔融三元化合物。（2）用连

8、线规则（最高温度规则）和切线规则判断边界曲线性质（共熔和转熔）及温度下降方向。（3）用重心位规则判断三元无变点的性质。M 和 L 为低共（4）点 1；液相：1 LN a LNC( L N C B)L。K 为单转。固相： N NC b NCB1点 2液相：2 LB p LAB K (L A N B) LNB L(L N B C)KL固相： B BA d BAN f NB g NBC 2点 1 和点 2 的结晶过程相含量变化由图 610（a）（b）表示。614 图 611 是三元相图 ABC 的 ABS 初晶区部分，试分析 M 点析晶路程，并画出该相图内可能发出穿越相区的组成点范围（用阴影线表示。

9、）解：M 点落在SCB 析晶应在SCB 的无变量点 E1 点结束。晶体析晶路程如下：液相：M L A m L AB R L A B S R L A S 1 L S 2L SC E ( L S B C )1固相： A AB h i AS s SC n SCB MM 点的析晶达到 R 点后，析晶达到由 PE1 和 PE2 两个温度下降界线交汇点。在这个析晶三析晶在 E1 点结束，此时析晶向 RW1 界线移动应该是合理的。但在这交叉路口上，叉，按准确判断析晶趋向应该由固相内二个晶相的相对比例而定。如析晶达 R 点发生相变过程是L+A+BS（F0）四相共存。析晶要继续进行必须一相。固相中 A/B 的相对比例为 Bh/AhA/B，由于 BhAh，因此晶相相量是 AB。必然是 B 晶相首先回吸完。所以析晶是沿RE2 线继续下去，而不走 RE1 线。从图中也可看到，刚达 R 点时，固相组成在 h 点，根据液相组成（原始组成）固相组成为一条围绕原始组成点 M