三相图的绘制(氯化钾、盐酸、水)
三元相图的绘制(氯仿、盐酸、水)
基础化学实验实验 三相图的绘制——OH HCl CHCl 23--体系三元相图的绘制本实验是综合性实验。
其综合性体现在以下几个方面：1.实验内容以及相关知识的综合本实验涉及到多个基本概念，例如相律、相图、溶解度曲线、连接线、等边三角形坐标等，尤其是在一般的实验中（比如分析化学实验、无机化学实验等）作图都是用的直角坐标体系，几乎没有用过三角坐标体系，因此该实验中的等边三角形作图法就具有独特的作用。
这类相图的绘制不仅在相平衡的理论课中有重要意义，而且对化学实验室和化工厂中经常用到的萃取分离中具有重要的指导作用。
2.运用实验方法和操作的综合本实验中涉及到多种基本实验操作和实验仪器（如电子天平、滴定管等）的使用。
本实验中滴定终点的判断，不同于分析化学中的大多数滴定。
本实验的滴定终点，是在本来可以互溶的澄清透明的单相液体体系中逐渐滴加试剂，使其互溶度逐渐减小而变成两相，即“由清变浑”来判断终点。
准确地掌握滴定的终点，有助于学生掌握多种操作，例如取样的准确、滴定的准确、终点的判断准确等。
一．实验目的1. 掌握相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。
2. 掌握用溶解度法绘制三组分相图的基本原理和实验方法。
二．实验原理三组分体系K = 3，根据相律：f = K–φ+2 = 5–ф式中ф为相数。
恒定温度和压力时：f = 3–φ当：φ= 1则： f = 2因此，恒温恒压下可以用平面图形来表示体系的状态与组成之间的关系，称为三元相图。
一般用等边三角形的方法表示三元相图。
对共轭溶液的三组分体系，即三组分中二对液体AB及AC完全互溶，而另一对BC则不溶或部分互溶的相图，如图5-1所示。
图中EK1K2K3DL3L2L1F是互溶度曲线；K1L1，K2L2是连结线。
互溶度曲线下面是两相区，上面是一相区。
共轭溶液的三元相图（A：醋酸；B：水；C：氯仿）三.实验准备1. 仪 器：具塞磨口锥形瓶，酸式滴定管，碱式滴定管，移液管，分析天平。
三相图的绘制(氯化钾、盐酸、水)
Ⅰ、目的要求1．掌握用三角坐标表示三组分相图的方法；2．能正确利用溶解度方法绘制KCl-HCl-H2O三组分系统的相图；3．了解湿固相法的原理，学会确定溶液中纯固相组成点的方法。
Ⅱ、基本原理为了绘制相图就需要通过实验获得平衡时各相间的组成及二相的连接线，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组成。
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，然后将其移至温度较低的恒温槽中，使之结晶，加速达到平衡。
另外，摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间的扩散速度，加速达到平衡。
由于在不同温度时的溶解度不同，所以系统所处的温度应该保持不变。
湿固相法的基本原理：在等边三角形相图中凡带有饱和溶液的固相组成点，必定处于饱和溶液组成点和纯固相点的连结线上，测定一组饱和溶液和湿固相（饱和溶液所对应的固相）的组成，它们的连结延长线将交于一点，即纯固相组成点。
本实验是测定在一定温度和压力下，KCl-HCl-H2O三组分体系中各组分的质量百分组成，从而绘制出三组分相图（体系中KCl处于饱和状态，溶解的KCl与KCl固体处于平衡状态）。
由KCl、HCl、H2O组成的三组分体系，在HCl的含量不太高时，HCl完全溶于水而成盐酸溶液，与KCl有共同的负离子Cl-。
所以当饱和的KCl水溶液中加入盐酸时，由于同离子效应使KCl的溶解度降低。
本实验即是研究在不同浓度的盐酸溶液中KCl的溶解度，通过此实验熟悉盐水体系相图的构筑方法和一般性质。
为了分析平衡体系各相的成分，可以采取各相分离方法。
如对于液体可以用分液漏斗来分离。
但是对于固相，分离起来比较困难。
因为固体上总会带有一些母液，很难分离干净，而且有些固相极易风化潮解，不能离开母液而稳定存在。
三液系相图绘制
三液系（三氯甲烷~醋酸~水）相图的绘制薛念华一．实验目的：1.熟悉相律和用三角形坐标表示三组分相图的方法。
2.用溶解度法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图。
二．实验原理：在定温定压下，三组分体系的状态和组成之间的关系通常可用等边三角形坐标，如下图所示。
等边三角形三顶点分别表示三个纯物A、B、C。
AB、BC、CA三边分别表示A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成。
三角形内任一点则表示三组分体系的组成。
如O点的组成为A%=Cc’，B%=Aa’，C%=Bb’。
具有一对共轭溶液的三组分体系相图，在该三液系中，A和B、A和C完全互溶，而B和C只能有限度的互溶，B和C的浓度在Ba和Cd之间可以完全互溶，介于ad 之间体系分为两层，一层是B在C中的饱和溶液（d点），另一层是C在B中的饱和溶液（a点），这对溶液称为共轭溶液。
曲线abd为溶解度曲线。
曲线外是单相区，曲线内是二相区。
物系点落在两相区内即分成二相，如O点分成组成为E和F的二相，EF 线称为连结线。
绘制溶解度曲线的方法较多。
本实验是先在完全互溶的两个组分（如A和C）以一定的比例混合所成的均相溶液（如图II上的N点）中滴加入组分B，物系点则沿NB 线移动，直至溶液变浑，即为L点，然后加入A，物系点沿LA上升至N’点而变清。
如再滴加B，则物系点又沿N’B移动，当移至L’点时溶液再次变浑。
再滴加A使之变清……。
如此重复，最后连接L，L’，L’’……，即可绘出溶解度曲线。
三．仪器与药品：滴定管（50mL，酸式）×1，滴定管（50mL，碱式）×1，有塞锥形瓶（100mL）×2，有塞锥形瓶（25mL）×4，锥形瓶（100mL）×2，移液管（2mL，胖肚）×4，移液管（5mL，刻度）×2，移液管（10mL，刻度）×1，分液漏斗（60mL）×2，漏斗架×1，氯仿（分析纯），冰醋酸（分析纯），0.5mol/L标准NaOH溶液。
水盐体系相图及其应用4课件
第一节 图形表示法 第二节 相图的绘制和认识 第三节 过程向量法及其应用 第四节 等温蒸发过程分析及含水量界限点的确定 第五节 系统平衡状态的确定 第六节 交互四元体系相图
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第一节 图形表示法
一、分类
1.简单四元体系：由具有一种共同离子的三种盐和水 组成，例如，Na+//Cl-、SO42-、HCO3-—H2O体系 或KCl-NaCl-MgCl2-H2O体系。
相数 恒压下自由 恒温、恒压下
度
自由度 体系的最大相数为5，即四个
1
4
3
固相一个液相。
2
3
3
2
4
1
2
自由度数最大为4（相数最小
为1）。即使在等温时，自由
1
度数最大也为3，即四元等温
0
图是立体图。
5
0
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3
第一节 图形表示法
三、组分间的关系
1.简单四元体系中包含了
三个二元水盐体系：A-W、
①例出一定量的系统（如100g或1L溶液）中各组分的质量；
②查出各组分的分子量，其中的单价盐要加倍，指分子式和分子量；
③算出各组分的摩尔数；
④求出除水之外的各盐的总摩尔数，并以100mol总干盐为基准，求出各 盐及水的摩尔百分数即为J值；
⑤按各盐的J值标于干基正方形上PP，T学习水交的流 J值标于水图上。
要根据其化学式来求g/100g S 值。 例如：MgCl2·12H2O中，含MgCl2100，含 水为22含7.1；光卤石KCl·MgCl2·6H2O中， KCl43.92，MgCl256.08，H2O63.67。 人造光卤石标在干基三角形图上，为M点。
三液系相图的绘制.
实验三氯甲烷—醋酸—水三液系相图的绘制一．实验目的1．掌握用三角坐标表示三组分相图的方法；2．用溶解度法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图。
二．实验原理为了绘制相图就需要通过实验获得平衡时各相间的组成及二相的连接线，即先使体系达到平衡，然后把各相分离，再用化学分析法或者物理方法确定达成平衡时各相的组成。
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，使其溶解较多，然后将其移至温度较低的恒温槽中，使之结晶，加速达到平衡，另外，摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间的扩散速度，加速达到平衡。
水和氯仿的相互溶解度很小，而醋酸却与水、氯仿互溶。
在水和氯仿组成的两相混合物中加入醋酸，能增大水和氯仿间的互溶度，醋酸增多，互溶度越大，当加入醋酸到某一数量时，水和氯仿能完全互溶，原来由两相组成的混合体系由混变清。
在温度恒定的情况下，使两相体系变成均匀的混合物所需要的醋酸量，取决于原来混合物中水和氯仿的比例。
同样，把水加到醋酸和氯仿的均相混合物中时，当水达到一定数量，原来的均相体系变成水相和氯仿相的两相混合体系，体系由清变混。
使体系变成两相所需要的水量，取决于醋酸和氯仿的起始成分。
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。
一般由清到浊，肉眼比较容易分辨。
所以实验由均相样品中加入第三物质使变成二相的方法，测定两相间的相互溶解度。
当二相共存并达到平衡时，将二相分离，测得二相的成分，然后用直线连接这二点，即得连接线。
用等边三角形的方法表示三元相图。
等边三角形的三个定点各代表纯组分，三角形三条边AB、BC和CA分别代表A和B，B和C，C和A所组成的二组分的组成，而三角形内任意一点表示三组分的组成。
三元相图的绘制详解
三元相图的绘制本实验是综合性实验。
其综合性体现在以下几个方面：1.实验内容以及相关知识的综合本实验涉及到多个基本概念，例如相律、相图、溶解度曲线、连接线、等边三角形坐标等，尤其是在一般的实验中（比如分析化学实验、无机化学实验等）作图都是用的直角坐标体系，几乎没有用过三角坐标体系，因此该实验中的等边三角形作图法就具有独特的作用。
这类相图的绘制不仅在相平衡的理论课中有重要意义，而且对化学实验室和化工厂中经常用到的萃取分离中具有重要的指导作用。
2.运用实验方法和操作的综合本实验中涉及到多种基本实验操作和实验仪器（如电子天平、滴定管等）的使用。
本实验中滴定终点的判断，不同于分析化学中的大多数滴定。
本实验的滴定终点，是在本来可以互溶的澄清透明的单相液体体系中逐渐滴加试剂，使其互溶度逐渐减小而变成两相，即“由清变浑”来判断终点。
准确地掌握滴定的终点，有助于学生掌握多种操作，例如取样的准确、滴定的准确、终点的判断准确等。
一.实验目的1. 掌握相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。
2. 掌握用溶解度法绘制三组分相图的基本原理和实验方法。
二.实验原理三组分体系K = 3，根据相律：f = K–φ+2 = 5–ф式中ф为相数。
恒定温度和压力时：f = 3–φ当φ= 1，则f = 2因此，恒温恒压下可以用平面图形来表示体系的状态与组成之间的关系，称为三元相图。
一般用等边三角形的方法表示三元相图。
在萃取时，具有一对共轭溶液的三组分相图对确定合理的萃取条件极为重要。
在定温定压下，三组分体系的状态和组分之间的关系通常可用等边三角形坐标表示，如图1所示：图1 图2等边三角形三顶点分别表示三个纯物质A，B，C。
AB，BC，CA，三边表示A和B，B和C，C和A所组成的二组分体系的组成。
三角形内任一点则表示三组分体系的组成。
如点P 的组成为：A%＝Cb B%=Ac C%=Ba具有一对共轭溶液的三组分体系的相图如图2所示。
该三液系中，A和B，及A和C 完全互溶，而B和C部分互溶。
第三章 水盐相图
a% E
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%。
KCl B NaCl+KCl+LE 4 KCl+L M 2 5 L E P NaCl A
N 3 NaCl+LE A＇ 1
6 B＇
3 4 2 1
W
图3-10 NaCl－KCl－H2O体系20℃相图
第二节 简单三元水盐体系相图
（3）面： • BEB＇是B盐与其饱和溶 液共存的两相区； • AEA＇是A盐与其饱和溶 液共存的两相区； P=2，C=3，F=C-P=3-2=1 • WB＇EA＇是单一液相的 不饱和区； P=1，C=3，F=C-P=2 • BEA是A盐B盐与它们的 共饱和溶液共存的三相 区。 P=3，C=3，F=C-P=0
1.正三角形（以溶液为基准）
三角形的任意一条边表示一
H
C
个二元体系的组成。
b% M D
G
a% E
三角形内部则为由A、B、C
三组分组成的点。
A
B F C% 图3-1 正三角形坐标 L
二、三元水盐体系组成表示法
1.正三角形（以溶液为基准）
图中M点，通过M点作DE、FG、HL 线分别平行于三角形的三条边。 从图可如下关系： HC=EM=GM=GE=LB= a％ GC=DM=HM=HD=AF= b％ AD=FM=LM=BE=FL= c％ 这样，可在△ABC任一边上同时 读出系统M(M点)的组成。
实验06KCl-HCl-H2O三元体系相图
先用0.5ml的吸管分别吸取 0.4~0.5ml的饱和溶液，放于相应 的50ml三角瓶中； 用玻勺分别挖取一勺的湿固体(以 0.2~0.4g为佳)，放于相应的50ml 三角瓶中； 分别称重，记录瓶重、(瓶+样)重。
(样品+100ml蒸馏水) 角瓶中。
250ml的三
⑴用0.1N左右的NaOH滴定H+浓度， 指示剂为酚酞，滴定等当点后酚 酞在OH-的作用下由无色离子变为 红色离子，变色范围为pH=8-10；
数据处理
1.计算各组分的百分组成； 2.列表； 3.作等边三角坐标图； ； 4.确定纯固相组成； 5.文献值。
根据 HCl % =
N1V1 × 36.46 ×100% ω × 1000
( N 1V1 − N 2V2 ) × 74 .55 × 100 % KCl % = ω × 1000
H 2 O % = 100 % − HCl % − KCl %
H2O%
A1A2 A3A4 A5为饱和溶液 B1B2 B3B4 B5为湿固相 O为纯固相组成点 P为蒸馏水 A3 A2 A1
A5
A4
P
B2 B1 B4 B3 B5
HCl%
KCl：0~100%
O
KCl%
从相图可知，KCl纯固相组成点为O， 即KCl= % 或KCl= %；HCl= %；H2O= %。
1.取饱和溶液(0.4~0.5ml)和湿固 相(0.2~0.4g)时，为什么不宜过 多或过少？ 2.滴完NaOH后，为什么要往被测溶 液中逐滴加0.05N HNO3至溶液红色 刚好褪色为止？ 3.如何分析样品中各组分的百分组 成？
思考题
本实验采用滴定法来确定样品 中各组分的百分组成: ⑴用0.1N左右的NaOH滴定H+浓度， 指示剂为酚酞； ⑵用0.1N左右的AgNO3滴定Cl-浓 度，指示剂为K2CrO4水溶液。
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Ⅰ、目的要求
1．掌握用三角坐标表示三组分相图的方法；
2．能正确利用溶解度方法绘制KCl-HCl-H2O三组分系统的相图；
3．了解湿固相法的原理，学会确定溶液中纯固相组成点的方法。
Ⅱ、基本原理
为了绘制相图就需要通过实验获得平衡时各相间的组成及二相的连接线，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组成。
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，然后将其移至温度较低的恒温槽中，使之结晶，加速达到平衡。
另外，摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间的扩散速度，加速达到平衡。
由于在不同温度时的溶解度不同，所以系统所处的温度应该保持不变。
湿固相法的基本原理：在等边三角形相图中凡带有饱和溶液的固相组成点，必定处于饱和溶液组成点和纯固相点的连结线上，测定一组饱和溶液和湿固相（饱和溶液所对应的固相）的组成，它们的连结延长线将交于一点，即纯固相组成点。
本实验是测定在一定温度和压力下，KCl-HCl-H2O三组分体系中各组分的质量百分组成，从而绘制出三组分相图（体系中KCl处于饱和状态，溶解的KCl与KCl固体处于平衡状态）。
由KCl、HCl、H2O组成的三组分体系，在HCl的含量不太高时，HCl完全溶于水而成盐酸溶液，与KCl有共同的负离子Cl-。
所以当饱和的KCl水溶液中加入盐酸时，由于同离子效应使KCl的溶解度降低。
本实验即是研究在不同浓度的盐酸溶液中KCl的溶解度，通过此实验熟悉盐水体系相图的构筑方法和一般性质。
为了分析平衡体系各相的成分，可以采取各相分离方法。
如对于液体可以用分液漏斗来分离。
但是对于固相，分离起来比较困难。
因为固体上总会带有一些母液，很难分离干净，而且有些固相极易风化潮解，不能离开母液而稳定存在。
这时，常常采用不用分离母液，而确定固相组成的湿固相法。
这一方法就是根据带有饱和溶液的固相的组成点，必定处于饱和溶液的组成点和纯固相的组成点的连接线上。
因此同时分析几对饱和溶液和湿固相的成分，将它们连成直线，这些直线的交点即为纯固相成分。
本实验就是采用这种方法
求取固相组成。
Ⅲ、仪器试剂
1．电热恒温振荡水槽2．玻璃仪器气流烘干器3．恒温水浴锅4．酸式滴定管、碱式
滴定管
5．250 ml三角瓶、100ml、50ml磨口锥形瓶各6个，2ml移液管、量筒、玻勺
6．KCl（AR）、HCl（1、2、4、6、8）mol·dm-3
7．AgNO3溶液（0.1mol·dm-3），NaOH溶液（0.1mol·dm-3）
8．1%酚酞、5%K2CrO4指示剂
Ⅳ、实验步骤
1．用电子天平直接在6个100 ml磨口锥形瓶中称取12g 左右的KCl。
2．在含有KCl的6个100ml磨口锥形瓶中分别加入25 ml蒸馏水、25 ml 1 mol·L-1 HCl、
25 ml 2 mol·L-1 HCl、25 ml 4 mol·L-1 HCl、25 ml 6 mol·L-1 HCl、25 ml 8 mol·L-1 HCl。
编号 1 2 3 4 5 6 KCl / g 12 12 12 12 12 12
试样/25ml 蒸馏水
1 mol·L-1
HCl 2 mol·L-1
HCl
4 mol·L-1
HCl
6 mol·L-1
HCl
8 mol·L-1
HCl
3．打开恒温振荡器总开关，设定温度（高于室温10~15℃），升至恒温，打开振荡器开关，设定中速，振荡15分钟。
4．打开恒温水浴锅开关，设定温度（高于室温5℃左右），升至恒温，恒温30分钟。
5．先用0.5 ml吸管吸取0.4 ~0.5 ml的饱和溶液，放于相应的50 ml磨口锥形瓶中。
6．用玻勺分别挖取一勺湿固体（以0.2 ~0.4 g为佳），入于相应的50 ml磨口锥形瓶中。
7．分别称重，记录瓶重、（瓶+样）重。
8．样品+100 ml蒸馏水→250ml三角瓶中。
9．用0.1 mol·L-1NaOH滴定H+浓度，指示剂为酚酞，滴定等当点后酚酞在
OH-的作用下，由无色离子变为红色离子，变色范围为pH=8~10。
10．用0.1 mol·L-1AgNO3滴定Cl-浓度，指示剂为K2CrO4水溶液。
由于AgCl
的溶解度比Ag2CrO4小，因此在用AgNO3溶液滴定过程中，白色先沉淀出
来，过量的AgNO3即与K2CrO4反应，形成砖红色的Ag2CrO4沉淀，即到
达终点。
Ⅴ、数据处理
样品重/g 溶液浓度（mol/L)
0.8 -53 -66 0.05 -71
0.24 2.06 3.06 0.01 -107
0.005 -125
0.2 -50 -68 0.001 -164
0.22 1.82 2.36 0.0005 -181
0.0001 -202
0.267 -69 -58
0.2425 1.95 2.26
0.477 -35 -62
0.1923 1.37 1.84
0.5138 -29 -46
0.3198 1.16 1.61
1．计算各组分的百分组成。
2．列表。
3．作等边三角坐标图。
4．确定纯固相组成。
5．文献值。
根据：
KCl-HCl-H2O三元体系各组分百分组成
样品
1 2 3 4 5 6 2固3/固4/固5/固6/固编号
HCl%
KCl%
H2O%
Ⅵ、思考题
1．为什么根据体系由清变浑的现象即可测定相界？
2．本实验中根据什么原理求出KCl-HCl-H2O体系的连接线？
3．湿固相法的原理怎样？。