水盐体系相图及其应用ppt课件.ppt
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1、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 1.掌握相图分析的基本方法和理论, 2.全面掌握三元、四元、五元水盐体系的相图绘 制、读图和用图; 3.熟悉利用相图分析问题和解决问题的方法。,第一章 绪 论,第一节 水盐体系 第二节 盐类的溶解度及其影响因素 第三节 相图的性质、作用及学习方法 第四节 相 律 第五节 相图研究的理论依据,第
2、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:KClH2O体系、KClK2SO4H2O体系、NaClKClMgCl2H2O体系 广义:除包括水和盐外,还包含了水与酸或碱组成的体系,另外还包含有水和碱性物及酸性物所构成的体系。 3适用范围: 水盐体系相图适用于酸碱、化肥、无机盐生产,尤其较早地应用于以海水、盐湖水、矿盐及各种地下卤水为原料生产各种盐化工产品的过
3、程。,二.体系与系统,1.体系与系统区别 体系:指明形成体系的物质种类数,是一个大概念。 系统:指体系中若干种物质特定量的组合物叫做系统(物系、复体),是包含在体系中的一个小概念。 体系是一条线或一个面,则系统就是这条直线或平面上的一个点。 Example: NaClH2O体系;0.9%的生理盐水、26%的 饱和盐水都是系统。,2.水盐系统 水盐系统是化肥、盐、碱生产和自然界常见的反应系统,它包括盐类的水溶液、结晶和水蒸汽自然界的海水和盐湖都是典型的水盐系统。水盐系统属于盐系统,其特征是: 它是一个凝聚系统,主要是由液相形成的系统,在这一类系统中,气相可以忽略,一般有一个液相,固相可以有多个。
4、 它是一个多相平衡系统(包括不平衡)。 压力对平衡状态的影响可以忽略不计 所以相律: f=C-P+1,三.系统的组成,1.表示方法 水盐系统的表示方法要便于作图和计算。对于二元、三元、四元、五元体系有图形表示和浓度表示方法。 2.基准 在相图中表示方法和基准是密切相关的。 溶液、溶质(干盐)、溶剂(水)或离子(阳离子、阴离子、阴阳离子)之和为基准表示,表1-1 浓度表示方法与基准,例如:20时,5克NaCl和20克KCl溶解在100克水中,请用重量百分组成、干基重量组成、摩尔百分组成表示。 解:(1)重量百分组成: (2)干基重量组成:,(3)摩尔百分组成:,四. 相图的概念,表格法、解析法、
5、图示法(即用相图)。 相图是用来反映体系平衡规律的几何图形。它的优点是,比其他的方法更集中,更形象,适用范围广泛,因此也就便于用来分析和解决问题。,五.相图理论的意义,相图理论的指导意义在于 (1) 能拟定产品生产的原则性工艺过程及条件; (2) 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; (3) 指导改进生产的方向和途径。,五.相图理论的意义,相图的局限性 (1)任何一个具体的相图,都是以科学实验的 数据为基础作出的。 (2)相图分析的结论与实际之间会存在差距。 (3)相图基于热力学原理,只说明相变过程的始态、终态,不能说明这些变化的机理,也不能说明过程进行的速度。 (4)复杂
6、的多元体系相图还不完善,还只能用一些近似的手段来反映客观事物。,六.相图知识的特点,相图的特点 (1)比较抽象,但并不很深。 (2)系统性较强。 (3)实践性较强。 掌握相图知识的标准 一是会作图,即根据相平衡数据绘制出相图; 二是会识图,即从相图上认识相平衡的规律; 三是会用图,即用相图分析问题并进行量的计算。,第二节 盐类的溶解度及其影响因素,一、溶解度 二、溶质本身性质对溶解度的影响 三、温度对溶解度的影响 四、盐类溶解的相互影响 五、其他因素的影响,一、溶解度,1定义: 溶解度:在一定的温度下,某种盐的饱和水溶液的浓度。 盐及其饱和溶液恰恰处于相平衡的状态。 溶解度物质的溶解程度,它表
7、示物质在溶剂中溶解能力的大小。 盐类在水中的溶解度,首先,由每个物质的本性决定;其次,受温度的影响较大;再者,受体系中其它盐的存在的影响;还有溶剂、沉淀颗粒、化学反应、PH值等其他因素的影响。 2数据来源 溶解度是构成各类相图的核心部分。 数据主要通过计算和实验获得。 由于溶液理论不够完整,所以计算只能获得简单的溶解度数据,而复杂的多组分的相平衡数据还是通过实验来测定。,二、溶质本身性质对溶解度的影响,1离子电荷数的影响 离子电荷数愈高,正负离子之间引力愈大,溶解度就愈小。 2离子半径的影响 经验证明,负、正离子半径之比为1.4时,两种离子之间的引力最大,形成的盐就难溶。负、正离子半径之比远大
8、于或小于1.4时,则水合作用就占优势,形成的盐易溶。 3离子结构的影响 离子的电子层影响着水合作用,水合方式影响着盐的溶解度。 4溶解度规律,三、温度对溶解度的影响,t 图1-1 一些盐在水中的溶解度曲线,四、盐类溶解的相互影响,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 4pH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
9、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,三、相图的局限性,相图数据的来源受限制。 相图反映的是在热力学平衡条件下的规律,这种平衡往往需要几小时、几天甚至更长的时间才能达到。而生产实际中出现的只接近平衡
10、的状态,不是完全的平衡状态。另外,实际过程中还会出现不饱和及过饱和现象、温度的波动、固相转化的不完全、固液分离的不完全等现象,这些都难以在相图中反映。因此,相图分析的结论与实际之间会存在差距。 相图基于热力学原理,只说明相变过程的始态、终态,不能说明过程进行的速度、原因、机理等。 复杂的多元体系相图还不完善,还只能用一些近似的手段来反映客观事物。,四、相图的现状与发展方向,有三种方法: (1)Pitzer的电解质理论; (2)活度系数模型; (3)状态方程。,五、相图的学习方法,1学好相图要注意以下三点: 循序渐进。 深刻理解点、线、面、体等几何要素的意义。 掌握相图基本理论,学会举一反三。
11、2 掌握相图知识的标准有“三会”: 一是会作图,即根据相平衡数据绘制出相图; 二是会识图,即从相图上认识相平衡的规律; 三是会用图,即用相图分析问题并进行量的计算。,第四节 相 律,一、相 二、组分数 三、自由度 四、相律,一、相,凡物理状态和化学组成完全均一的部分,在热力学上称为相。,相与相平衡,二、组分数,组分数是构成平衡体系各相所需要的、可以选择的最少物种数。 组分可以是一个化学元素,也可以是一个化合物。组分数是体系的重要依据,又是绘制相图的重要参数,它可以大致反应出体系的复杂程度。 水盐体系组分数的简捷表达 组分数=体系中组成盐的正、负离子数之和,三、自由度,在自然界和化工生产中,人们
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