三相图文档资料

《三相图文档资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相图文档资料（46页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1三三 相相 图图2与相律有关的概念与相律有关的概念1.相和相数相 体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数，用 表示。相数 体系内相的数目叫相数3液体液体，按其互溶程度可以组成一相、两相或，按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。三相共存。固体固体，一般有几种固体便有几个相。两种，一般有几种固体便有几个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。相（固体溶液除外，它是单相）。气体气体，不论有多少种气体混合，只有一个气不论有多少种气

2、体混合，只有一个气相相。4物种数：物种数：化学物质的数目，符号化学物质的数目，符号 S。不同。不同凝聚状态的同一种物质，凝聚状态的同一种物质，S=1。独立组分数独立组分数：在平衡体系所处的条件下，：在平衡体系所处的条件下，能够能够确保各相组成所需的最少独立物种数确保各相组成所需的最少独立物种数称为独立组分数。称为独立组分数。5 对无化学反应的系统，组分数等于物种数。对无化学反应的系统，组分数等于物种数。有化学反应的系统有化学反应的系统:组分数组分数=物种数物种数(S)-独立反应式数独立反应式数(R)-独立浓度独立浓度限制条件限制条件(R)即即 C=S-R-R。独立组分数不因考虑问题的方法不同而

3、变化，如独立组分数不因考虑问题的方法不同而变化，如 NaCl水溶液，不考虑两者电离，水溶液，不考虑两者电离，C=S=2，考虑两者电离时，考虑两者电离时，R=2，即两个电离式，即两个电离式，R=2，即即Na+=Cl-，H+=OH-，故故C=6-2-2=2。6自由度（degrees of freedom）确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母 f 表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其它强度变量数称为条件自由度，用 表示。例如：指定了压力，指定了压力和温度，*f1*ff2*ff7相律（phase rule）相律是相平衡体系中揭示

4、相数，独立组分数C和自由度 f 之间关系的规律，可用上式表示。式中2通常指T，p两个变量。相律最早由Gibbs提出，所以又称为Gibbs相律。如果除T，p外，还受其它力场影响，则2改用n表示，即：2CfnCf81*Cf Cf*若T、P恒定一个若T、P都恒定91C2f 当单相双变量体系1f两相平衡单变量体系0f三相共存无变量体系 单组分体系的自由度最多为2，双变量体系的相图可用平面图表示。单组分体系的相数与自由度3f1232Cf10三个单相区 在三个单相区内，温度和压力独立地有限度地变化不会引起相的改变。三条两相平衡线 ，压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由体系自定。12f21f11OA

5、 是气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能任意延长，终止于临界点。临界点 ，这时气-液界面消失。高于临界温度，不能用加压的方法使气体液化。647 K,T 72.2 10 Pap OB 是气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0 K附近。OC 是液-固两相平衡线，当C点延长至压力大于 时，相图变得复杂，有不同结构的冰生成。82 10 Pa12OD 是AO的延长线，是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。因为在相同温度下，过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压，所以OD线在OB线之上。过冷水处于不稳定状态，一旦有凝聚中心出现，就立即全部变成冰。O点 是三相点（triple point），气-液-固三相共

6、存，三相点的温度和压力皆由体系自定。H2O的三相点温度为273.16 K，压力为610.62 Pa。30f13 三相点是物质自身的特性，不能加以改变，如H2O的三相点273.16 K,610.62 Pa.Tp冰点是在大气压力下，水、冰、气三相共存。当大气压力为 时，冰点温度为 ，改变外压，冰点也随之改变。510 Pa273.15 K14三组分体系相图类型当 ，无法用三维空间表示相图。1,4f当 ，恒压，（或恒温，），用正三棱柱体表示，底面正三角形表示组成，柱高表示温度或压力。13*f3*f当 ，且恒温又恒压，可用平面图形表示。常用等边三角形坐标表示法，两个自由度均为组成变化。12*f3,3 2

7、Cf 因为 15浓度三角形浓度三角形16 CA=Bc=xaCB=Ca=xb CC=Ab=xcabcxxa+xb+xc=AB=BC=CA=100%17abc双线法双线法182.浓度三角形规则浓度三角形规则ABCMN1)等含量规则等含量规则在平行于底边的任意一条线上，所有代表物系的点中，含顶在平行于底边的任意一条线上，所有代表物系的点中，含顶角组分的质量分数相等。例如，角组分的质量分数相等。例如，M,N 物系点，含物系点，含C的质量分的质量分数相同。数相同。192)定比例规则定比例规则ABCMNOEDF在通过顶点在通过顶点C C的任一条线上的体系，其中的任一条线上的体系，其中C C的含量不的含量不

8、同，但同，但A A和和B B的质量分数之比相等。的质量分数之比相等。203)通过顶点的任一条线上，离顶点越近，代表顶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；越远，含量越少。例如，点组分的含量越多；越远，含量越少。例如，CD线上，线上，D中含中含C多，多，D中含中含C少。少。214.4.杠杆规则：杠杆规则：如果有两个三组分体系如果有两个三组分体系M和和N合并成一新的体系，则新合并成一新的体系，则新体系的组成一定在体系的组成一定在M与与N的连线上。新体系的具体位置的连线上。新体系的具体位置与与M、N的相对量有关，可由杠杆规则决定。的相对量有关，可由杠杆规则决定。225 5）重心规

9、则）重心规则 ABCEDFGH由三个三组分体系D，E，F混合而成的新体系的物系点，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，E混合后新体系的物系点G，再用杠杆规则求G，F混合后的新体系物系点H，H即为DEF的重心。23（1）有一对部分互溶体系醋酸（A）和氯仿（B）以及醋酸和水（C）都能无限混溶，但氯仿和水只能部分互溶。在它们组成的三组分体系相图上出现一个帽形区，在a和b之间，溶液分为两层，一层是在醋酸存在下，水在氯仿中的饱和液，如一系列a点所示；另一层是氯仿在水中的饱和液，如一系列b点所示。这对溶液称为共轭溶液。24 在物系点为c的体系中加醋酸，物系点向A移动，到达 时，对应

10、的两相组成为 和 。由于醋酸在两层中含量不等，所以连结线 不一定与底边平行。1c1a1b11ba 继续加醋酸，使B，C两组分互溶度增加，连结线缩短，最后缩为一点，O点称为等温会溶点（isothermal consolute point），这时两层溶液界面消失，成单相。组成帽形区的aob曲线称为双结线（binoal curve）。25 将三液体中有一对部分互溶的体系画成正三棱柱形立体图，纵坐标为温度，每个水平截面为正三角形组成图。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。26 对沸点靠近或有共沸现象的

11、液体混合物，可以用萃取的方法分离。对芳烃和烷烃的分离，常用二乙二醇醚为萃取剂。在相图上可见，芳烃A与烷烃B完全互溶，芳烃A与萃取剂S也能互溶，而烷烃与萃取剂互溶度很小。一般根据分配系数选择合适的萃取剂。27将组成为F的A和B的混合物装入分液漏斗，加入萃取剂S，摇动，物系点沿FS线移动，设到达O点(根据加入S的量，由杠杆规则计算)，静置分层。萃取相的组成为 ，蒸去S，物系点沿 移动，直到G点，这时含芳烃量比F点明显提高。1y1Sy萃余相组成为 ，蒸去S，物系点沿 移动，到达H点，含烷烃量比F点高。1x1Sx28 乙烯腈(A)与水(B)，乙烯腈与乙醇(C)只能部分互溶，而水与乙醇可无限混溶，在相图

12、上出现了两个溶液分层的帽形区。帽形区之外是溶液单相区。乙烯腈乙烯腈水水乙醇乙醇29 帽形区的大小会随温度的上升而缩小。当降低温度时，帽形区扩大，甚至发生叠合。如图的中部区域是两相区，是由原来的两个帽形区叠合而成。中部区以上或以下，是溶液单相区，两个区中A含量不等。30 乙烯腈(A)-水(B)-乙醚(C)彼此都只能部分互溶，因此正三角形相图上有三个溶液分层的两相区。在帽形区以外，是完全互溶单相区。31 降低温度，三个帽形区扩大以至重叠。*0fC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

13、。在等温、等压下，D，E，F三相的浓度有定值，因为：32 这类相图很多，很复杂，但在盐类的重结晶、提纯、分离等方面有实用价值。这里只介绍几种简单的类型，而且两种盐都有一个共同的离子，防止由于离子交互作用，形成不止两种盐的交互体系。33(1)固体盐B，C与水的体系，图中有：一个单相区ADFE是不饱和溶液单相区。两个两相区BDF是B(s)与其饱和溶液两相共存；CEF是C(s)与其饱和溶液两相共存。一个三相区：BFC是B(s),C(s)与组成为F的饱和溶液三相共存。34两条特殊线：DF线是B在含有C的水溶液中的溶解度曲线；EF 线是C在含有B的水溶液中的溶解度曲线；一个三相点：F是三相点，饱和溶液与

14、B(s),C(s)三相共存，。0*f多条连结线：B与DF以及C与EF的若干连线称为连结线。属于这一类相图的有NH4Cl-NH4NO3-H2O、KNO3-NaNO3-H2O等。35 如果B和C两种盐类的混合物组成为Q点，如何B分离出来?R点尽可能靠近BF线，这样可得尽可能多的纯B(s)。加入水的合适的量以及能得到B(s)的量都可以用杠杆规则求算。如果Q点在AS线右边，用这种方法只能得到纯C(s)。应先加水，使物系点沿QA方向移动，进入BDF区到R点，C(s)全部溶解，余下的是纯B(s)，过滤，烘干，就得到纯的B(s)。36 当B，C两种盐可以生成稳定的复盐D（BmCn)，则相图上有：一个单相区：

15、AEFGH,为不饱和溶液三个两相区：BEF，DFG和CGH两个三相区：BFD，DGC三条溶解度曲线：EF，FG，GH两个三相点：F和G 如果用AD连线将相图一分为二，则变为两个二盐一水体系。属于这一类相图的有NH4Cl-AgNO3-H2O、Na2SO4-K2SO4-H2O等。37 组分B与水(A)可形成水和物D。对ADC范围内讨论与以前相同，只是D表示水合物组成，E点是D(s)在纯水中的饱和溶解度，当加入C(s)时，溶解度沿EF线变化。BDC区是B(s)，D(s)和C(s)的三固相共存区。属于这种体系的有 ，水合物为大苏打 。OH-NaClSONa242O)H10SONa(24238图(a)是

16、在298 K时的相图。图(b)是该三组分在373 K时的相图。OHKNONaNO233将(a),(b)两张图叠合，就得到(c)，利用相图(c)将 与 的混合物分离。3NaNO3KNO显然，升高温度，不饱和区扩大，即两种盐的溶解度增加。39（1）设混合物中含 较多，物系点为x。3KNO 在298 K时，加水溶解，物系点沿xA线向A移动，当进入MDB区时，全部溶解，剩下的固体为 。3NaNO3KNO 如有泥沙等不溶杂质，将饱和溶液加热至373 K，这时在线 之上，也全部溶解，趁热过滤，将滤液冷却至298K可得纯 。3KNODM3KNO40（2）设混合物中含 较多，物系点为x。3NaNO在D溶液中加

17、水并冷却至298 K，使物系点到达y点，略高于BD线，过滤得和组成为D的饱和溶液。s)(KNO3加少量水，并升温至373 K，使物系点移至W，略高于 线，趁热过滤，得 和组成为D的饱和溶液CD3NaNO在D中加组成为x的粗盐，使物系点到达W，如此物系点在WDyD之间循环，就可把混合盐分开。41 在纳米乳处方中必须含有在纳米乳处方中必须含有乳化剂、油、乳化剂、油、水水和和助乳助乳化剂化剂四种成分。四种成分。常用的乳化剂有：常用的乳化剂有：吐温、司盘、磷脂，吐温、司盘、磷脂，F68等，等，常用的助乳化剂有：常用的助乳化剂有：乙醇、乙二醇、丙二醇、甘乙醇、乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇（油、聚乙二醇

18、（PEG）等。等。油相有油相有豆蔻酸异丙酯豆蔻酸异丙酯(IPM)、油酸乙酯、大豆油、油酸乙酯、大豆油、蓖麻油蓖麻油等。等。42 制备方法：制备方法：一共四相分别为一共四相分别为A、B、C、D。先确定先确定A（油）相，配制不同比例的（油）相，配制不同比例的B（乳（乳化剂）化剂）:C（助乳化剂）（助乳化剂）（1：9，2：8，3：7，4：6，5：5，6：4，7：3，8：2，9：1），再滴加），再滴加D（水）相，做三元相图，寻（水）相，做三元相图，寻找增溶水量最大的即可。找增溶水量最大的即可。43 由于纳米乳需要大量的乳化剂，因此经常由于纳米乳需要大量的乳化剂，因此经常带来毒性，处方研究应摸索出乳化剂

19、的最带来毒性，处方研究应摸索出乳化剂的最小用量。一般通过以下三个相图完成：小用量。一般通过以下三个相图完成：1、首先确定乳化剂与助乳化剂的比例、首先确定乳化剂与助乳化剂的比例 2、确定水与助乳化剂的比例、确定水与助乳化剂的比例 3、确定乳化剂的最小用量、确定乳化剂的最小用量44 假设乳化剂为磷假设乳化剂为磷脂，助乳化剂为脂，助乳化剂为乙醇。先确定油乙醇。先确定油相为相为50%50%，其余，其余组分组分50%50%。当磷脂当磷脂/乙醇乙醇=1.12=1.12附近可得附近可得到纳米乳（到纳米乳（M M区）区）45 以磷脂以磷脂/乙醇乙醇=1.12=1.12为一个组为一个组分，可得到相分，可得到相图如下。在纳图如下。在纳米乳区水米乳区水/醇的醇的范围在范围在0.60.6或或0.80.8。（经典三。（经典三元相图）元相图）46 再以再以水水/醇的范围醇的范围在在0.60.6为一个组分，为一个组分，乳化剂和油各作为乳化剂和油各作为一个组分，可制得一个组分，可制得相图如下。计算在相图如下。计算在纳米乳的范围内，纳米乳的范围内，乳化剂的用量为乳化剂的用量为6%-28%6%-28%。