实验三 三组分系统相图
三组分相图.
萃取剂糠醛在塔上部适当位置加入，进料在塔中部适当位置进入， 在糠醛作用下，环乙烷成为易挥发组分，从塔顶获得环乙烷产品。糠 醛和苯从塔底排出，进入第二塔，从塔顶分离出苯产品，塔底回收萃 取剂糠醛，返回前塔循环使用。为避免糠醛进入环乙烷中，在糠醛入 塔上方，也必须保证适宜塔板数，以脱出蒸气中的糠醛。
物系点落在三相区时,三液相共存, 在表观上,将会出现互不相溶的3 个液层.
目前,尚未发现4液相共存的现象.
B 水
l
两相区,f=1 E
三相区,f=0
两相区,f=1
D
F
l
两相区,f=1
l
C 乙醚
三元相图的应用
A:H2O; B: KNO3; C:NaNO3.
A
蓝色:298K的相图;
紫红色:373K的相图.
• 原理是：对于可逆反应，当某一产物的挥发度 大于反应物时，如果将该产物从液相中蒸出， 则可破坏原有的平衡，使反应继续向生成物的 方向进行，因而可提高单程转化率，在一定程 度上变可逆反应为不可逆反应。
• 反应精馏的优点
1.反应产物不断移出反应区，有利于反应 正向进行，使反应转化率和选择性提高。
2.由于反应产物不断离开反应区，反应区 内反应物浓度较高，增加了反应速度， 提高了生产能力。
x: 首先析出B(NH4NO3);
y: 首先析出D(NH4NO3.AgNO3);
z: 首先析出C(AgNO3).
A
y
x
z
E
G
F
H
B
NH4NO3
D (NH4NO3.AgNO3)
C
AgNO3
实验三组分液-液体系相图的绘制
20 D
100
1, C A
（5）
式中
20 D
右上角的“20”表示实验时温度20℃，D是指用钠灯光源D线的波长
（即589nm）,
为测得的旋光度[°]，1为管长度（dm）,CA为浓度
（g/100ml）。
作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度
20 D
=66.63°；生成物中葡萄也是右旋性物
打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴下而降低系 统的压力，毛细管内的液面上受到一个比样品管内 的液面上稍大的压力。
当压力差在毛细管端面上产生的作用稍大于毛 细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口被压 出，这个最大的压力差可由U型管压力计上读出。
毛细管端口形成的半球形气泡承受的最大压力差
p gh 2
测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液 中可含旋光物质的旋光能力、溶剂性质，样品管长度及温度等 均有关系。当其它条件均固定时，旋光度
与反应物浓度c呈线性关系，即
C
（4）
式中比例常数β与物质旋光能力、样品管长度、温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量、比旋光度用下式表示：
r
U形示压计两端汞柱
毛细管曲率半径
的高度差
若用同一支毛细管和压力计，在相同温度下测 定两种液体的表面张力，有
1 h1 0 h0
1
h1 h0
0
K h1
毛细管常数
（3）求正丁醇的分子截面积
饱和吸附量
1
kc kc
1 c 1
k
作
c
～c图，由直线斜率求
三元相图的绘制详解
三元相图的绘制详解在材料科学、化学等领域，三元相图是一种非常重要的工具，它能够直观地展示三种组分在不同条件下的相态变化和平衡关系。
三元相图的绘制并非易事，需要对相关的理论知识有深入的理解，并掌握一定的实验技巧和数据处理方法。
下面，就让我们一起来详细了解三元相图的绘制过程。
要绘制三元相图，首先得明确什么是三元相图。
简单来说，三元相图是表示在恒压和恒温下，由三种组分构成的系统中，各相的状态与成分之间关系的图形。
它通常由等边三角形组成，三角形的三个顶点分别代表三种纯组分。
绘制三元相图的第一步是确定研究的体系和实验条件。
这包括选择要研究的三种物质，设定温度、压力等参数。
在确定了体系和实验条件后，接下来就是进行实验获取数据。
实验方法多种多样，常见的有热分析法、金相法、X 射线衍射法等。
以热分析法为例，我们将不同成分的样品加热或冷却，通过测量样品的温度随时间的变化，来确定相变点。
在实验过程中，需要精确控制温度变化的速率，以确保测量结果的准确性。
同时，要对多个不同成分的样品进行测试，以获得足够的数据来绘制相图。
当我们获得了大量的实验数据后，就可以开始着手绘制相图了。
绘制的过程中，需要将实验得到的相变温度和成分数据标注在等边三角形的坐标上。
在标注数据时，要注意坐标的转换和计算。
因为在三元相图中，成分通常用质量分数或摩尔分数来表示，而不是直接用实验中测量得到的数值。
比如说，如果我们知道了三种组分 A、B、C 的质量分数分别为 wA、wB、wC，那么在等边三角形坐标中，对应的坐标点可以通过以下公式计算：对于 A 组分，横坐标 xA ＝ wA ／（wA ＋ wB ＋ wC) ×边长对于 B 组分，纵坐标 yB ＝ wB ／（wA ＋ wB ＋ wC) ×边长通过这样的计算，我们就可以将实验数据准确地标注在相图上。
标注完数据点后，接下来就是连接这些点，形成相区的边界线。
这需要根据相律和热力学原理来判断。
三组分相图的绘制
实验三组分相图的绘制一实验目的绘制苯一醋酸一水体系的互溶度相图。
为了绘制相图就需通过实验获得平衡时，各相间的组成及二相的连结线。
即先使体系达到平衡，然后把各相分离，再用化学分析法或物理方法测定达成平衡时各相的成分。
但体系达到平衡的时间，可以相差很大。
对于互溶的液体，一般平衡达到的时间很快；对于溶解度较大，但不生成化合物的水盐体系，也容易达到平衡；对于一些难溶的盐，则需要相当长的时间，如几个昼夜。
由于结晶过程往往要比溶解过程快得多，所以通常把样品置于较高的温度下，使其较多溶解，然后把它移放在温度较低的恒温槽中，令其结晶，加速达到平衡。
另外摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间扩散速度，加速达到平衡。
由于在不同温度时的溶解度不同，所以体系所处的温度应该保持不变。
二实验原理水和苯的互溶度极小，而醋酸却与水和苯互溶，在水和苯组成的二相混合物中加入醋酸，能增大水和苯之间的互溶度，醋酸增多，互溶度增大。
当加入醋酸到达某一定数量时，水和苯能完全互溶。
这时原来二相组成的混合体系由浑变清。
在温度恒定的条件下，使二相体系变成均相所需要的醋酸量，决定于原来混合物中水和苯的比例。
同样，把水加到苯和醋酸组成的均相混合物中时，当水达到一定的数量，原来均相体系要分成水相和苯相的二相混合物，体系由清变浑。
使体系变成二相所加水的量，由苯和醋酸混合物的起始成分决定。
因此利用体系在相变化时的浑浊和清亮现象的出现，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。
一般由清变到浑，肉眼较易分辨。
所以本实验采用由均相样品加人第三物质而变成二相的方法，测定二相间的相互溶解度。
当二相共存并且达到平衡时，将二相分离，测得二相的成分，然后用直线连接这二点，即得连结线。
一般用等边三角形的方法表示三元相图（图1）。
等边三角形的三个顶点各代表纯组分；三角形三条边AB、BC、CA分别代表A和B、B和C、C和A所组成的二组分的组成；而三角形内任何一点表示三组分的组成。
例如图1-1中的P点，其组成可表示如下：经P点作平行于三角形三边的直线，并交三边于a、b、c三点。
实验三--三组分系统相图
5
❖ 等边三角形图示规律：
❖ 1) 在平行于底边的任意一条线上，所有代 表物系的点含顶角组分的质量分数相等。例 如图2中的D，O，Q 物系点，含A的质量分 数相同。
取8只干燥的具塞锥形瓶，按表1中乙酸正丁酯、水、乙醇的体积配制 1-8号溶液，分别往1-2号溶液中滴定乙酸正丁酯至清液变浊，往3-8号溶 液中滴定[1]水至清液变浊，记录相应的滴定体积于表1中。
❖ 2．连接线的测定
按表2 “共轭溶液” 项中的体积将乙酸正丁酯、乙醇、水（H液）置于干 燥的50mL分液漏斗中，充分摇动后静置分层（H液先配好静置待用）， 取水层（下层）约1mL于干燥的50mL具塞锥形瓶并称重（实验前需将空 的具塞锥形瓶称重），可得WG。然后用干燥的滴管逐滴加入表2中乙酸 正丁酯-乙醇溶液（E液），边滴边摇，滴至由浊变清后称重，可得WE， 所有数据记录于表2。
❖ 2) 过某一顶点的直线上，物系中其它两个 顶角组分的含量比相同。例如在图2中通过 顶点A的直线AN上，组分B和C含量之比都 相同。
❖ 3) 通过顶点的任一条线上，离顶点越近， 代表顶点组分的含量越多，反之亦然。例如 图2的M点中含A多；N点中含A少 。
图2 等边三角形图示规律
6
❖ 4) 若把任意两个三组分系统（其物系点分别为图 3中的M和N）混合成一个新的物系（图3中的O点 ），则O点一定在MN的连线上。O点的位置靠近 量多的物系点，可用杠杆规则求算。
❖ 5) 由三个三组分系统D，Q，F混合而成的新系统 的物系点(见图3)，落在这三点组成三角形的重心 位置，即H点。先用杠杆规则求出D，Q混合后新 体系的物系点E，再用杠杆规则求出E，F混合后 的新体系物系点H，H即为三角形DQF的重心。 这一规则称为重心规则 。
三组分体系液-液平衡相图测绘
三组分体系液-液平衡相图测绘实验目的 1.掌握等边三角形坐标表示方法。
2.学习测绘室温下乙酸正丁酯 -水-乙醇三组分体系的液-液平衡相图 基本原理 三组分体系的组成可用等边三角形坐标图表示。
设以等边三角形三个顶点分别代表三个纯组分A 、B 和C 。
则AB 线上各点代表 A 和B 组分的混合体系，AC 线上各点代表 A 和C 组成的混合体系，BC 线上各点代表B 和C 组成的混合体系。
将三角形每条边等分为 100等 分，每份表示质量分数 0.01。
按逆时针的方向，每边表示一个组分含量的坐标，构成等边三 角形坐标（如图 S4 -所示）。
若通过三角形内任何一点 0，引平行于各边的 直线。
根据几何原理得： a+b+c=AB =BC =CA =1 a'+b' + c' = AB =BC =CA =1 owcA * .................................................... .... 此 0 03 0 4 OJJ 03 I J O*^因此，0点所代表三组分体系的组成可由 a 'b ' c '线段的长度表示。
若要确定0点所代表体系中B 的质量分数，只需通过0点作顶点B 对边AC 的平 图S4-1等边三角形座标行线，割BC 边于D 点，CD 线段长即相当于 B 组分的质量分数。
其余组分可类推。
如果已 知某三组分体系中两组分的质量分数， 只需在代表此二组分浓度坐标的两条边上找到相应含量的点，通过这两个点分别作代表这二组分的顶点 所对边的平行线，它们的交点就是代表具有此组成 体系的点。
等边三角形坐标有两个性质: （1）通过任一顶点 B 相其对边引直线 BD , 则BD 上的各点所代表的体系中 A 、C 两组分含量 之比相等（见图S4-）。
此性质可由三角形相似定 理证明。
a ‘ a " W A PMccw C（2）如果有两个三组分体系 M 和P ,将其混合后，混合体系组成位于MP 线上（见图S4H3）。
三组分体系的相图及其应用-48页精选文档
温度不断升高，互溶程度 加大，两液相共存的帽形区逐 渐缩小，最后到达K点，成均 一单相。将所有等温下的双结 线连成一个曲面，在这曲面之 内是两相区。
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2020/5/26
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2020/5/26
（3）有三对部分互溶体系
降低温度，三个帽形区扩大以至重叠。
靠近顶点的三小块是单相区， 绿色的三小块是三组分彼此部 分互溶的两相区，中间EDF红 色区是三个彼此不互溶溶液的 三相区，这三个溶液的组成分 别由D，E，F三点表示。
在等温、等压下， D，E，
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2020/5/26
等边三角形表示法的特点：
(4) 如果代表两个三个组分体 系的D点和E点，混合成新体系 的物系点O必定落在DE连线上。 哪个物系含量多，O点就靠近那 个物系点。
O点的位置可用杠杆规则求 算。用 mD,mE 分别代表D和E的 质量，则有：
mDO DmEOE
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2020/5/26
部分互溶的三液体体系
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2020/5/26
部分互溶的三液体体系
在物系点为c的体系中加醋酸，
物系点向A移动，到达 c 1 时，对应的 两相组成为 a 1 和 b 1。由于醋酸在两 层中含量不等，所以连结线 a 1b1 不 一定与底边平行。
萃余相组成为 x 1 ，蒸去S，物系点沿 S x1 移动，到达
H点，含烷烃量比F点高。
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三组分液--液体系相图的绘制ppt
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三组分液－液体系相图的绘制
【目的要求】 熟悉相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。 掌握用溶解度法绘制相图的基本原理。
3. 学习测绘恒温恒压下苯－水－醋酸三组分体系的相 图
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【原理】 三组分体系组分数K=3,如果体系处于恒温恒压状态，按照相
律，体系的自由度f＝3－Ф，式中Ф为体系中的相数。当 体系为均相时，自由度f＝2，因此恒温恒压下三组分体系 中浓度独立变量最多只有2个。这样就可用平面图形来表示 体系的状态和组成的关系。
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2. 连结线的测定 上面所得的两份溶液，经半小时后，
待二层液分清，用干燥的移液管(或 滴管)分别吸取上层液约5mL，下层 液约1mL于已称重的4个25mL具塞锥 形瓶中，再称其重量，然后用水洗入 150mL锥形瓶中，以酚酞为指示剂， 用0.2mol·dm-3标准氢氧化钠溶液滴 定各层溶液中醋酸的含量。
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图1 等边三角形法表示三元相图 图2 共轭溶液的三元相图
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【仪器、试剂】 仪器： 具塞锥形瓶(100mL)2只；(25mL)4只；
酸式滴定管(20mL)1只；碱式滴定 管(50mL)1只； 移液管(1mL、 2mL)各1只；刻度移液管(10mL、 20mL)各1只；锥形瓶(150mL)2只 试剂： 冰醋酸(分析纯)；苯(分析纯)；标准 NaOH溶液(0.2mo1·dm-3)；酚酞指 示剂。
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【数据处理】
2. 连结线的绘制 CNaOH＝
(1) 计算二瓶中最后醋酸、苯、水的重量百分数，标在三角形坐标纸上，即得 相
应 的物系点Q1和Q2。 (2) 将标出的各相醋酸含量点画在溶解度曲线上，上层醋酸含量画在含苯较多 的 一边，下层画在含水较多的一边，即可作出K1L1和K2L2两条连结线，它们 应分别通过物系点Q1和Q2。
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❖ 2．连接线的测定
按表2 “共轭溶液” 项中的体积将乙酸正丁酯、乙醇、水（H液）置于 干燥的50mL分液漏斗中，充分摇动后静置分层（H液先配好静置待用）， 取水层（下层）约1mL于干燥的50mL具塞锥形瓶并称重（实验前需将空 的具塞锥形瓶称重），可得WG。然后用干燥的滴管逐滴加入表2中乙酸 正丁酯-乙醇溶液（E液），边滴边摇，滴至由浊变清后称重，可得WE， 所有数据记录于表2。
个侧边的平行线与底边相交，就将底边分为三段。
中间段的长度表示A组分的含量；右边段表示B 组分的含量；左边段表示C组分的含量。
图1 三角坐标图表示的A、B、C三组分
5
❖ 等边三角形图示规律：
❖ 1) 在平行于底边的任意一条线上，所有代 表物系的点含顶角组分的质量分数相等。例 如图2中的D，O，Q 物系点，含A的质量分 数相同。
从杠杆规则可知，加入的乙酸正丁酯乙醇混合物质质量WE与G液的质量WG之比 符合FG/EF=WE/WG，通过实验数据，即可 知的比值，过E点作互溶度曲线的割线，使 线段符合上式，从而可确定G点得位置， 连接G点与原系统总组成H点并延长交曲线 于点，既得连接线GI。
9
四 实验步骤
❖ 1．互溶度曲线的测定
三组分系统相图
药学院基化系 2012.4.01
1
一、 实验目的
❖ 1.熟悉相律及三角坐标表示三组分相图的方法 ❖ 2.绘制具有一对共轭溶液的三组分相图
2
二、 基本原理
❖ 对于三组分系统，依相律：f =c–Φ+2,得 f=5 -Φ，当 Φ =1时，f=4。
❖ 说明系统最多有4个独立变量，需用四维立体图型 表示。
8
三组分系统中互溶度曲线和连接线的测定
❖ 2. 原体系（共轭溶液体系）在坐标点为 H点，因在两相区内，故分成两个相点G、 I，将组成为E（质量分数为0.66）的乙酸 正丁酯-乙醇混合溶液滴加到组成为G，其 质量为WG的三组分溶液中，则系统组成将 沿GE线移动（图4），当移至F点时，体系 进入单相区，溶液由浑浊变清亮。
❖ 2) 过某一顶点的直线上，物系中其它两个 顶角组分的含量比相同。例如在图2中通过 顶点A的直线AN上，组分B和C含量之比都 相同。
❖ 3) 通过顶点的任一条线上，离顶点越近， 代表顶点组分的含量越多，反之亦然。例如 图2的M点中含A多；N点中含A少 。
图2 等边三角形图示规律
6
❖ 4) 若把任意两个三组分系统（其物系点分别为图 3中的M和N）混合成一个新的物系（图3中的O 点），则O点一定在MN的连线上。O点的位置靠 近量多的物系点，可用杠杆规则求算。
❖ 对于凝聚系统，为了便于研究，通常恒定T，P，则 剩余两个变量，只需用平面图就可以表示，常采用 等边三角形表示法。
3
二、 基本原理
等边三角形表示法：（如图1所以）
❖ 1.等边三角形的三个顶点分别 表示纯组分A、B和C。
❖ 2.三条边上的点代表相应两个 组分所形成的二组分系统，其 刻度为相应组分的质量分数。
10
五 数据记录及处理
1.由密度公式[2]将体积换算成质量，并算出质量分数，然后在三角坐 标系 中绘制其互溶度曲线。
表1 互溶度曲线测定
编号
1 2 3 4 5 6 7 8
乙酸正 丁酯
0.9 1.7 2.5 2.8 4 5
体积/mL 水
5 10
乙醇
0 3.2 2.85 2.55 2.1 1.6 1 0
2.70
H液
水
4.00
乙醇
1.80
乙酸正丁酯
8.50
E液
Hale Waihona Puke 乙醇5.00空瓶重=
WG= WE= WE /WG =
[1] 滴定时动作要迅速，摇荡要充分。 [2]ρ乙醇=0.80625-8.461×10-4t+1.6×10-7t2
ρ乙酸正丁酯=0.90106-1.02×10-3t+1.5992×10-6t2-1.64352×10-8t3
图1 三角坐标图表示的A、B、C三组分
4
二、 基本原理
等边三角形表示法：（如图1所以）
❖ 3.三角形内部的点代表一个三组分系统，过该点
作平行于各边的平行线，在各边上的截距代表对
应顶点组分的含量，如在D点中，三个组分分别
为wA=0.2，wB=0.5，wC=0.3，且wA+wB+wC=1。
❖ 4.若通过三角坐标图内部的一个物系点分别作两
❖ 1. 在乙酸正丁醇，乙醇和水这三种液 体中，乙酸正丁酯与水只能部分互溶， 而乙酸正丁酯与乙醇、乙醇与水可以 完全互溶。配制不同组分的乙酸正丁 酯和乙醇，在其中逐渐滴加水，当溶 液由清亮变浊时候，该点既是组分由 单向区进入两相区，由此可记录8个点， 可以观察到系统组成由A向C移动(图4)。 通过滴定法确定的这8个点用一条平滑 的曲线连接起来即得互溶度曲线。互 溶度曲线内为两相区，曲线外为单相 区。
12
乙酸正 丁酯
质量/g 水
乙醇
乙酸正 丁酯
质量分数 水
乙醇
11
2. 在三角坐标系中找出E液组成点，过E点作互溶度曲线的割线EG，割 曲线于F点，由FG/EF=WE /WG确定G点，连接G点与H点并延长交互 溶度曲线于I点，则GI为所求的连接线。
表2 连接线的测定
溶液
体积/mL 质量/g 质量分数
乙酸正丁酯
❖ 5) 由三个三组分系统D，Q，F混合而成的新系统 的物系点(见图3)，落在这三点组成三角形的重心 位置，即H点。先用杠杆规则求出D，Q混合后新 体系的物系点E，再用杠杆规则求出E，F混合后 的新体系物系点H，H即为三角形DQF的重心。 这一规则称为重心规则 。
图3 三组分系统的杠杆规则
7
三组分系统中互溶度曲线和连接线的测定