水盐体系
合集下载
第二章 二元体系相图
共晶反应： l(E)
冷却 加热
E
sA(G) + sB(H)
A 水
xB→
盐 B
相图应用
1.盐的精制 ① 理解利用相图原理进 行盐类精制过程; ② 量的关系：
m(B 硫铵) SG m(l 母液) SZ
G
Z
2. 水-盐冷冻液
在化工生产和科学研究中常要用到低温浴，配制合 适的水-盐体系，可以得到不同的低温冷冻液。另外， 冬天里汽车水箱等防冰冻也用这种方法。饱和盐水系统 低共熔温度如下：
编号 1 2 符号 A 温度 0 -5 液相组成 0 7.9 平衡固相 ice ice
3
4 5 6 7 8 9 10 11 Q E
-10
-15 -21.1 -15 -10 -5 0.15 10 20
14.0
18.9 23.3 24.2 24.0 25.6 26.3 26.3 26.4
ice
ice Ice+ NaCl.2H2O NaCl.2H2O NaCl.2H2O NaCl.2H2O NaCl.2H2O+NaCl NaCl NaCl
33.0
40.5 42.3 50.5 54.6 62.3 64.6
ice
Ice+ Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O Mn(NO3)2.6H2O+ Mn(NO3)2.3H2O Mn(NO3)2.3H2O Mn(NO3)2.3H2O
说明: 水盐体系是凝聚体系，可以不考虑压力的变化，水盐体 系的固液平衡可以在没有水蒸气的情况下实现，所以气 相没有计入相数P中，水盐体系也不研究气相的组成
第六章 五元水盐体系相图
B（KCl）
C%
D%
M
D（CaCl2）
C（MgCl2）
图6-A 简单五元体系等温干基图坐标
一个简单五元体系包括下列子体系。 四个二元体系，即NaCl-H2O，KCl-
H2O，MgCl2-H2O，CaCl2-H2O体系。
六个三元体系，即NaCl-KCl-H2O，
A（NaCl） B%
NaCl-MgCl2-H2O，NaCl-CaCl2-H2O， KCl-MgCl2-H2O，KCl- CaCl2-H2O ， MgCl2-CaCl2-H2O体系。 四个简单四元体系，即NaCl-KClMgCl2-H2O，NaCl-KCl-MgCl2-H2O， NaCl-MgCl2-CaCl2-H2O，KCl-MgCl2CaCl2-H2O体系。
BM V P R J O3 O1 Q CM
K
BN
H
不存在复分解反应。 （2）交互五元水盐体系： 成盐的正、负离子都是两种或两种以上的体系。 如： Na+，K+，Mg2+ //Cl-，SO42-—H2O体系；
Na+，NH4+// Cl-，OH-， HCO3-—H2O体系
这类体系的单盐间存在着一系列复分解反应。
一、分类
（3） 由一个交互盐对所包含的二正、二负离子和水，再加上另外一种 物质构成的体系。
Na2Cl2 MgSO 4 Na2SO 4 MgCl2
K2Cl2 Na2SO 4 K2SO 4 Na2Cl2
6- 1 6- 2 6- 3
K2Cl2 MgSO 4 K2SO 4 MgCl2
（3）由于交互反应是等当量进行的，故组成盐的正、负离子间也是等 当量的。 （Na22++Mg2++ K22+）的摩尔数=（Cl22- +SO42-）的摩尔数 ①包括六个二元体系，由六种单盐分别与水组成，即Na2Cl2—H2O、 Na2SO4—H2O、K2Cl2—H2O、K2SO4—H2O、MgCl2—H2O、MgSO4—H2O体 系。 ②包括九个三元体系，即Na2Cl2—Na2SO4—H2O、K2Cl2—K2SO4—H2O、 MgCl2—MgSO4—H2O、Na2Cl2—K2Cl2—H2O、Na2Cl2—MgCl2—H2O、 K2Cl2—MgCl2—H2O、 Na2SO4—K2SO4—H2O、Na2SO4—MgSO4—H2O、 K2SO4—MgSO4—H2O体系。 ③包括两个简单四元体系，即Na2Cl2—K2Cl2—MgCl2—H2O、Na2SO4— K2SO4—MgSO4—H2O体系。 ④包括三个交互四元体系，即Na+、K+||Cl-、SO42-—H2O、Na+、 Mg2+||Cl-、SO42-—H2O、K+、Mg2+||Cl-、SO42-—H2O体系。
C%
D%
M
D（CaCl2）
C（MgCl2）
图6-A 简单五元体系等温干基图坐标
一个简单五元体系包括下列子体系。 四个二元体系，即NaCl-H2O，KCl-
H2O，MgCl2-H2O，CaCl2-H2O体系。
六个三元体系，即NaCl-KCl-H2O，
A（NaCl） B%
NaCl-MgCl2-H2O，NaCl-CaCl2-H2O， KCl-MgCl2-H2O，KCl- CaCl2-H2O ， MgCl2-CaCl2-H2O体系。 四个简单四元体系，即NaCl-KClMgCl2-H2O，NaCl-KCl-MgCl2-H2O， NaCl-MgCl2-CaCl2-H2O，KCl-MgCl2CaCl2-H2O体系。
BM V P R J O3 O1 Q CM
K
BN
H
不存在复分解反应。 （2）交互五元水盐体系： 成盐的正、负离子都是两种或两种以上的体系。 如： Na+，K+，Mg2+ //Cl-，SO42-—H2O体系；
Na+，NH4+// Cl-，OH-， HCO3-—H2O体系
这类体系的单盐间存在着一系列复分解反应。
一、分类
（3） 由一个交互盐对所包含的二正、二负离子和水，再加上另外一种 物质构成的体系。
Na2Cl2 MgSO 4 Na2SO 4 MgCl2
K2Cl2 Na2SO 4 K2SO 4 Na2Cl2
6- 1 6- 2 6- 3
K2Cl2 MgSO 4 K2SO 4 MgCl2
（3）由于交互反应是等当量进行的，故组成盐的正、负离子间也是等 当量的。 （Na22++Mg2++ K22+）的摩尔数=（Cl22- +SO42-）的摩尔数 ①包括六个二元体系，由六种单盐分别与水组成，即Na2Cl2—H2O、 Na2SO4—H2O、K2Cl2—H2O、K2SO4—H2O、MgCl2—H2O、MgSO4—H2O体 系。 ②包括九个三元体系，即Na2Cl2—Na2SO4—H2O、K2Cl2—K2SO4—H2O、 MgCl2—MgSO4—H2O、Na2Cl2—K2Cl2—H2O、Na2Cl2—MgCl2—H2O、 K2Cl2—MgCl2—H2O、 Na2SO4—K2SO4—H2O、Na2SO4—MgSO4—H2O、 K2SO4—MgSO4—H2O体系。 ③包括两个简单四元体系，即Na2Cl2—K2Cl2—MgCl2—H2O、Na2SO4— K2SO4—MgSO4—H2O体系。 ④包括三个交互四元体系，即Na+、K+||Cl-、SO42-—H2O、Na+、 Mg2+||Cl-、SO42-—H2O、K+、Mg2+||Cl-、SO42-—H2O体系。
水盐体系
第一章 绪 论
水盐体系相图是用几何学，也就是图形的方 法研究盐类在水中溶解度变化规律。 （或者说是盐类与水所形成的各种物相之间相互 联系和相互转化规律）。
第一章 绪 论
本课程主要讨论两个方面的内容
1．相图分析的基础概念和基础理论； 2．二、三、四、五元水盐体系相图及其应用；
通过这们课程的学习达到的目的
第一节 水盐体系
一.水盐体系的研究对象 二.体系与系统 三.系统的组成 四.相图的概念 五.相图理论的意义 六.相图知识的特点
一.水盐体系的研究对象
1.水盐体系的研究对象：水盐体系。水盐体系相图的研究对 象是水盐体系。
2.水盐体系：
狭义：就是水和盐类组成的体系。
Example：KCl—H2O体系、KCl—K2SO4—H2O体系、NaCl—KCl—MgCl2— H2O体系
五、其他因素的影响
1．溶剂的影响 2．沉淀颗粒与析出形态的影响 3．化学反应的影响 4．pH的影响 5．压力对盐类溶解度的影响
第三节 相图的性质、作用及学习 方法
一．什么是相图 二．相图的作用 三、相图的局限性 四、相图的现状与发展方向 五、相图的学习方法
一．什么是相图
相图是由点、线、面、体等几何要素构成， 它是把不同压力、温度下的平衡体系中的各 个相、相组成及相之间的相互关系反映出来 一种图解，是溶解度数据的图形化。 相图不仅把盐类的溶解度用适当的几何形式 表示出来，而且从中归纳出规律性，使它成 为具有指导性的理论工具。这种特殊的化学 图称为相图，又叫溶解度图或状态图。
二．相图的作用
相图理论的指导意义在于： 能拟定产品生产的原则性工艺路线及条件； 能分析、解决生产工艺中的问题，对现有生 产可查定其合理性，并指导改进生产的方向 和途径； 开发新产品的科学研究； 根据热力学原理，借助于计算机计算平衡时 多元体系的溶解度数据
水盐体系相图是用几何学，也就是图形的方 法研究盐类在水中溶解度变化规律。 （或者说是盐类与水所形成的各种物相之间相互 联系和相互转化规律）。
第一章 绪 论
本课程主要讨论两个方面的内容
1．相图分析的基础概念和基础理论； 2．二、三、四、五元水盐体系相图及其应用；
通过这们课程的学习达到的目的
第一节 水盐体系
一.水盐体系的研究对象 二.体系与系统 三.系统的组成 四.相图的概念 五.相图理论的意义 六.相图知识的特点
一.水盐体系的研究对象
1.水盐体系的研究对象：水盐体系。水盐体系相图的研究对 象是水盐体系。
2.水盐体系：
狭义：就是水和盐类组成的体系。
Example：KCl—H2O体系、KCl—K2SO4—H2O体系、NaCl—KCl—MgCl2— H2O体系
五、其他因素的影响
1．溶剂的影响 2．沉淀颗粒与析出形态的影响 3．化学反应的影响 4．pH的影响 5．压力对盐类溶解度的影响
第三节 相图的性质、作用及学习 方法
一．什么是相图 二．相图的作用 三、相图的局限性 四、相图的现状与发展方向 五、相图的学习方法
一．什么是相图
相图是由点、线、面、体等几何要素构成， 它是把不同压力、温度下的平衡体系中的各 个相、相组成及相之间的相互关系反映出来 一种图解，是溶解度数据的图形化。 相图不仅把盐类的溶解度用适当的几何形式 表示出来，而且从中归纳出规律性，使它成 为具有指导性的理论工具。这种特殊的化学 图称为相图，又叫溶解度图或状态图。
二．相图的作用
相图理论的指导意义在于： 能拟定产品生产的原则性工艺路线及条件； 能分析、解决生产工艺中的问题，对现有生 产可查定其合理性，并指导改进生产的方向 和途径； 开发新产品的科学研究； 根据热力学原理，借助于计算机计算平衡时 多元体系的溶解度数据
第三章水盐体系
可得纯C;
若刚好落在AF线上, 则B与C同时析出.
开始有一不饱和溶液, 物系点在AF之
左, 现欲得到纯固体C,可在此不饱和 溶液中加C盐, 待C溶解后仍为不饱和溶 液,但物系点已移至AF之右, 用蒸发法 即可得纯固体C. 欲得C的量最多, 物系 点要尽量靠近AC线，且靠近C点. 同样, 欲 得最大量的固体B, 物系点也要尽
的体系，情况较为复杂，我们称这样的体系为复杂三 元水盐体系。
特殊三元水盐体系： 构成体系的不是两种盐而是一种碱性物和一种酸性物，
如重过磷酸钙的生产，在不考虑磷石中的杂质时，可 表示为： 示为； 体系。 NH3 CO2 H 2O
CaO P2O5体系，碳酸氢铵体系可表 H 2O
一、三组分系统相图
应用此类相图可判断怎样可得固体纯盐?
如有B和C固体盐的混合物, 问能否通过 加水使之部分溶解的方法从其中获取一 种纯盐固体, 能得到哪一种纯盐固体? 可 从相图加以讨论. (1) 稀释法分离提纯盐 设起始物系点为a, 向其中加水,体系的组 成沿aA线向A方向移动. 物系点在BFC区 时, 体系三相平衡共存. 到达b点时,C全部 溶完, 剩下B固体与溶液F共存, 过滤可得 纯B固体盐. 由图知, 混合盐的总组成在B
b
c e1 a
e2
e3 e
E1
B E3
C E2 E A
二、体（区域）的物理意义及自由度 b
各曲面以上的区域为不饱和 区；f =3-1+1=3 Cce1ee2为水的结冰区； Aae2ee3和Bbe1ee3分别为A和B 的单独结晶区；f =3-2+1=2
c
e1 a
ACee2、ABee3和BCee1分别为 AC、AB和BC共晶区；
水盐体系的冷却曲线
水盐体系的冷却曲线
水盐体系的冷却曲线是指在含有盐分的水溶液中，在进行冷却过程中，溶液温度随时间变化的曲线。
一般来说，水盐溶液的冷却曲线可以分为三个阶段：
1. 初始阶段：开始时，溶液的温度高，随着时间的推移，温度迅速下降。
在这个阶段，冷却曲线呈陡峭下降的趋势，因为溶液的热量散失相对较快。
2. 平缓阶段：随着时间的推移，溶液的温度下降速度逐渐减慢，并逐渐进入一个平缓的阶段。
这是因为溶液内部热量的散失减缓，与周围环境的温度差异逐渐减小。
3. 冷却结束阶段：随着时间的推移，溶液的温度逐渐趋向于与周围环境相同的温度。
在这个阶段，冷却曲线变得平直，表明溶液已经与环境达到了热平衡。
需要注意的是，水盐体系的冷却曲线可能还会受到其他因素的影响，例如溶液的浓度、容器的材质和形状等。
因此，具体的冷却曲线可能会有所不同。
水盐体系相图及其应用优秀课件
A M1
b
50%
M
a
W
M2
（H2O） 30%
B
图3-2 直角等腰三角形坐标
二、三元水盐体系组成表示法
3.其他坐标（以局部物质为基准）
（1）以水为基准 （2）以干盐为基准
B
gB/100gH2O
b
50 2
40 4
30 b‘
W
gH2O/100
gS
500
400 a 300
20 1
a 3
10
M
200 2
100
b% D
G a%
M E
AD=FM=LM=BE=FL= c％ A
这样，可在△ABC任一边上 同时读出系统M(M点)的组成。
B
F
L
C%
图3-1 正三角形坐标
二、三元水盐体系组成表示法
2.直角等腰三角形（以溶液为基准）
这种坐标的读数方 法和正三角形法相同。 由于直角等腰三角形有 斜边，其刻度和直角边 上不同，因此，读数时 可只读直角边上的刻度。 这种坐标可以直接在直 角坐标纸上标绘，十分 方便，而且对于近水点 处的图形适当地放大。 系统M（M点）含B30%， 含A为50%，水则自然为 20%。
P=3，C=3，F=C-P=0 B＇B点盐—的B溶-H解2O度二；元体系中 A＇A点盐—的A溶-H解2度O二；元体系中 P=2，C=2，F=C-P=2-2=0
KCl B
NaCl+KCl+LE
4
KCl+L
3
2 B＇6 5
E
L
4
3 2
1
NaCl+LE
A＇ 1
NaCl A
W
第二章水盐体系
溶解度法是绘制水-盐体系相图的一种常用方法
下面对H2O(A)－(NH4)2SO4体系的液、固平衡相图的得来先进行定性解释。
160
（定量方面具体实验数据见上页表）
t/℃
120
N
读图要点：
80
l(A+B)
① 点、线、区的含义
40
l (A+B)+s (B)
② 水平线 CED—三相平衡线
0L l(A+B)+s(A) wE=0.384
T-p图 — 根据实验数据绘制
1． 点、线、面的意义
面：单相区，P=1；f =2 双变量区，
AOB：水蒸气稳定区 AOC：水稳定区 BOC：冰稳定区
pC
冰 F
A 水 R
O 水蒸气
B T1 T2 T
线：两相平衡，为单变量系 — P =2 f =1 OA：液(水)-气(水蒸气)平衡线，水蒸气压曲线
OF ：过冷水-水蒸气平衡 p
M
六、溶解度法绘制水-盐体系相图
不同温度下(NH 4)2SO4在水中的溶解度
温度 t / ℃ 0
-1.99 -5.28 -10.15 -13.99 -18.50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 108.50( 沸点 )
液相组成
[w （ NH 4 ) 2 SO 4 ] 0 0.0652 0.1710 0.2897 0.3447 0.3975 0.4122 0.4211 0.4300 0.4387 0.4480 0.4575 0.4664 0.4754 0.4847 0.4944 0.5042 0.5153
冰点温度比三相点温度低0.01 K是 由两种因素造成的： （1）因外压增加，使凝固点下降
第四章 水盐体系相图
第一节 图形表示法
四、干基三角形和干基正方形 3．耶涅克指数 （3）离子的J值求取（离子浓度） 如将上述体系组成用离子组成表示，则 2 Na 2 为0.422 Mg 为0.254+0.053=0.307 2 Cl 2 为0.422+0.053=0.475 SO 为0.254
2
2 4
总正离子量＝总负离子量＝0.422＋0.307＝0.475＋0.254＝0.729
W A＇ A＇ E3 B＇ C＇ E1 E2 E A C
E3 B＇ E2
W
A＇
E3
C＇
E1
B＇
E2 E
A
C
B
第一节 图形表示法
六、等温立体图的解剖 1．简单四元体系立体图的解剖图 4）空间体： （1）饱和溶液面上方空间——未饱和溶液 这个区正处在含水多、含盐少的区域，包括W点在内，此空间区表示不饱 和溶液。 WA＇E1B＇E2C＇E3E——表示不饱和溶液。 W F=C-P=4-1=3
nNa 2SO 4 : nMgSO 4 : nH 2O 1 : 1 : 4
其中总干盐为1＋1＝2mol，故组成白钠镁矾各盐及水的J值 显然为
4-2干基正方形
Na2SO450，MgSO450，H2O200
标于图4-2中的G点。
第一节 图形表示法
四、干基三角形和干基正方形
3．耶涅克指数 （2）某一组成点的J值求取 [例4-2]求含Na2Cl249.34，MgSO430.58，MgCl25.09，H2O 14.99
2 4 2 2+
[Y-]SO42G
BY(MgSO4) C 80 60 [B+]Mg2+
40
M
20