6.7固态不互溶.ppt

1、1,6-7 二组分固态不互溶系统液固平衡相图,由于压力对固液系统相平衡关系影响很小，可以不予考虑。相律为：,二组分凝聚系统：,2,1、液态完全互溶固态完全不互溶系统相图 简单低共熔系统 2、液态完全互溶固态部分互溶系统相图(） 3、液态完全互溶固态完全互溶系统相图(),二组分凝聚系统相图：,3,液态完全互溶而固态完全不互溶,l,A(s) + l,l +B(s),A(s)+B(s),1. 相图的分析,4,P点：组分A的凝固点。,S1 、S2： 平衡时两固相相点； L点：液相点; S1S2线：三相线。,最低共熔点eutectic point,低共熔混合物eutectic mixture,l,A(s

2、) + l,l +B(s),A(s)+B(s),Q点：组分B的凝固点。,PL线A的溶解度曲线 A的凝固点降低曲线,QL线B的溶解度曲线 B的凝固点降低曲线,此温度为液相能够存在的最低温度， 也是两固体能够同时熔化的最低温度,5,ab ：液相降温过程；,b：A(s)开始由液相中析出；,bd ：温度降低，A(s)不断析出。,d：A(s)和B(s)同时析出，系统内三相共存。,系统点为 c 时：,de ： A(s)和B(s)的降温过程。,固态完全不互溶的系统有：铋和镉、锗和锑、水和氯化铵等等。,b,c,d,e,a,S,L,6,凝聚系统相图是根据实验数据绘制的，实验方法主要有: * 热分析法 (重点)

3、* 溶解度法 (),相图的绘制,7,2.热分析法： 将系统加热到熔化温度以上，然后使其徐徐冷却，记录系统的温度随时间的变化，并绘制温度(纵坐标)时间(横坐标)曲线，叫步冷曲线。由一组步冷曲线，可绘制熔点-组成图。,cooling curve,8,Cd-Bi二元相图的绘制,（1）.首先标出纯Bi和纯Cd的熔点,将100Bi的试管加热熔化，记录步冷曲线，如a所示。在546K时出现水平线段，这时有Bi(s)出现，凝固热抵消了自然散热，体系温度不变，,同理，在步冷曲线e上，596 K是纯Cd的熔点。分别标在T-x图上。,这时条件自由度。,当熔液全部凝固，温度继续下降。所以546 K是Bi的熔点。,9,

4、10,(2) 作含20Cd，80Bi的步冷曲线。,将混合物加热熔化，记录步冷曲线如b所示。在C点，曲线发生转折，有Bi(s)析出，降温速度变慢；,至D点，Cd(s)也开始析出，温度不变；,11,Cd-Bi二元相图的绘制,12,(3)作含40Cd的步冷曲线,将含40Cd，60Bi的体系加热熔化，记录步冷曲线如C所示。开始，温度下降均匀，到达E点时， Bi(s)，Cd(s)同时析出，出现水平线段。,当熔液全部凝固，温度又继续下降，,将E点标在T-x图上。,13,Cd-Bi二元相图的绘制,14,Cd-Bi二元相图的绘制,(4) 完成Bi-Cd T-x相图,将A,C,E点连接，得到Bi(s)与熔液两相

5、共存的液相组成线；,将H,F,E点连接，得到Cd(s)与熔液两相共存的液相组成线；,将D,E,G点连接，得到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。,15,%质量,Bi,Cd,20,70,40,根据冷却曲线描绘相图温度组成图,t,b,c,d,a,e,16,17,%质量,Bi,Cd,20,70,40,3. 根据相图绘制冷却曲线,b,a,d,c,e,a,液体Bi 冷却 F=1-1+1=1,两相平衡F=1-2+1=0,Bi(s) 降温F=1-1+1=1,18,%质量,Bi,Cd,20,b,t,b,液相降温,不断析出Bi(s),固相降温,b1

6、点-Bi(s)开始析出F = 2 2 + 1 = 1,b2点-液相消失,b2 点-开始同时析出Bi(s) 与 Cd(s) b1 b2,b2点之后-Bi(s)与 Cd(s) 的降温过程 F= 2 2 + 1 = 1,19,%质量,Bi,Cd,40,c,c,液相降温 F=2-1+1=2,固相降温F=2-1+1=2,20,%质量,Bi,Cd,70,d,e,t,d,液相降温,不断析出Cd(s),d1点-Cd(s)开始析出,d2点-液相消失,d2 点-开始同时析出Bi(s) 与 Cd(s) d1 d2 F = 2 2 + 1 = 1,d2点之后-Bi(s)与 Cd(s) 的降温过程 F= 2 2 + 1

7、 = 1,21,22,23,兄弟三人共吃一支将要融化的冰棍，三人约定： 1）各吃三分之一；2）不许咬；3）按年龄从小到大顺序 甲说很甜，乙说很不甜，丙说适中，兄弟排序？,例，如图，在1atm下，A,B两组分液态完全互溶，固态完全不互溶。 wL=0.60.现有180g含B40%的液体混合物， 问：1）冷却时，最多可得多少纯A？ 2）在三相平衡时，若低共熔混合物的质量为40g,求与其平衡的 A(s)与B(s)分别为多少,24,60%,40%,当系统冷却时，应先析出A(s),只有当温度无限靠近三相线，才 可得最多纯A,a,最多可得60g纯A,还有120g低共熔混合物,25,60%,40%,现在系统已

8、达到a点，处于三相平衡， 除了刚才 60g纯A(s),剩下的120g低共熔 混合物开始转化：lA(s)+B(s)，此时 还有40gl.,a,平衡时与40g低共熔混合物平衡的有92g纯A(s),还有48g纯B(s),26,如有化学反应：A + B DC = 3 1 0=2, 二组分系统,6-8 生成化合物的二组分凝聚系统相图,若反应变为：A + B D + EC =4 1 1=2, 二组分系统,C的数值与生成化合物的个数无关,27,系统的分类生成物质的稳定性,稳定化合物 在液相和固相均可稳定存在的 物质,不稳定化合物 仅在固相稳定存在，加热至熔化时 分解为另一固体化合物和一液体。,特点：融化后液

9、相组成与固相组成相同相合的熔点,特点：融化后液相组成不同于原固相组成不相合的熔点,28,1.生成稳定化合物系统相合熔点R,稳定化合物的熔点叫相合熔点。,苯酚(A)苯胺(B) 稳定化合物苯酚:苯胺=1:1,l+B(s),t,A,B,A(s)+C(s),A(s)+l,l+C(s),C(s)+B(s),C,l+C(s),xB,Mg Si 稳定化合物Mg2Si,l,29,苯酚(A)苯胺(B) 系统,苯酚(A)的熔点P：40； 苯胺(B)的熔点Q：-6；,C的熔点： 31 ,图形特点：有伞状图形（R处）存在，并且有多少个该图形存 在，就表示有几种稳定化合物生成。,xC：50%,R,低共熔点,R点：FCP

10、+1=1 2+1=0 垂线RC代表纯物质C的相变,30,2.生成不稳定化合物系统不相合熔点,不稳定化合物有不相合熔点(转熔温度)。,C,Q,l,P,t,A,B,A(s)+C(s),S1,S2,l+C(s),C(s)+B(s),L,l+B(s),S1,S2,L,如：SiO2 - Al2O3 ( 生成不稳定化合物3 Al2O3 2SiO2 ),加热到固体化合物全部分 解后，温度才开始上升，离开 三相线。,a,LS1S2三相线,图形特点：有“T”字形的图形存在。,31,系统点为 a 的样品的冷却曲线,S1,F=1,F=0,C=1,F=1,F=2,32,系统点为 b 的样品的冷却曲线,S1,F=2,F

11、=0,F=1,F=0,F=1,33,6-9 二组分固态互溶系统液固平衡相图,A和B在固态以分子(原子、离子)混合 条件：A和B大小相近，晶格类似,Sb Bi 系 统,液相线,固相线,AuAg , CoNi AuPt, AgClNaCl,1固态完全互溶系统,34,有些系统具有最低(高)熔点：,具有最低熔点的系统稍多，如CsK，KRb等 具有最高熔点的系统较少,35,2固态部分互溶系统,(1)系统有一低共熔点,三相平衡关系：,实例：SnPb AgCu CdZn等,36,(2) 系统有一转变温度,实例：PtW，AgClLiCl等,三相平衡关系：,37,38,(2) 二组分复杂相图,39,40,例：已

12、知Na2CO3（B)溶于水可形成三种化合物 Na2CO3H2O(s)、Na2CO37H2O(s)和Na2CO3 10H2O(s) 常压下将Na2CO3（s)投入其水溶液中，待三相平衡时，一相 是Na2CO3水溶液，一相是Na2CO3（s)，则另一相,？,Na2CO3H2O(s),xB,41,A,B,B-10A,B-7A,B-A,Na2CO3水溶液,Na2CO3（s),42,单组分系统, p-vs-T 相图 单相区被两相线分隔； 两相线在三相点处相交； 从一单相区变化到另一单相区会发生相应的相变化。相变过程中系统中存在两相平衡，该状态由两相线上的点表示。在三相点处存在三相平衡。 注意： 单组分相

13、图中曲线的斜率由克拉佩龙方程表示：,Summary总结,43,二组分系统, T -vs- x相图,1.单相区： (a)纯物质：温度组成图中的垂线； (b)完全互溶区：分子水平上的混合物，在一定范围内 xA和T 连续变化； 2.两相区： (a)部分互溶区 (b)两相平衡的相变区 二相区的曲线为边界线，标志一区域的结束和另一区域的开始， 而不是对应于系统的状态。,44,3.三相平衡线：三相平衡 三平衡相的组成由三相线的两个端点和该线与垂线或相边界线的交点确定。 4.绘制步冷曲线的规则： 当系统穿过单相区和二相区的边界时，步冷曲线发生突变； 当系统穿过三相线或由一单相区（线或面）进入另一单相区（线或

14、面）时，步冷曲线出现平台。,45,一、判断题： 1在一个给定的系统中，物种数可以因分析问题的角度的不同而 不同，但独立组分数是一个确定的数。 2单组分系统的物种数一定等于1。 3自由度就是可以独立变化的变量。 4相图中的点都是代表系统状态的点。,5在简单低共熔物的相图中，三相线上的任何一个系统点的液相 组成都相同。,46,1下列叙述中错误的是： (A)水的三相点的温度是273.15K，压力是610.62 Pa ； (B)三相点的温度和压力仅由系统决定，不能任意改变 ； (C)水的冰点温度是0(273.15K)，压力是101325 Pa ； (D)水的三相点f = 0，而冰点f = 1 。,二、单选题：,2单组分固液两相平衡的pT曲线如图所示，则：,(A)Vm(l) = Vm(s) ； (B)Vm(l)Vm(s)