И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Вершины треугольника соответствуют чистым компонентам (характерные точки). Двухкомпонентные системы отражаются на соответствующих сторонах равностороннего треугольника. Линии, параллельные стороне треугольника, являются геометрическим местом точек, соответствующим системам с постоянным содержанием компонента, против которого лежит сторона треугольника.
Прямые, проведенные из вершины треугольника до пересечения с противоположной стороной, являются гео- а б Рнс. 37. Изобрансенне составов треккомпонентной снстечм ме- тодом Гиббса (а) н методом Розебума (б) метрическим местом точек, соответствующих системам, в которь!х отношениедвух компоиентовостается постоянным и равным отношению от резков, на которые делится сторона треугольника (характерные ли. ни и). Пусть общий состав двухкомпонентной системы отражается точкой Р (рис. 37, а), состав первой фазы (1) отражается точкой М, состав второй (П) фазы — точкой й/. Тогда, если массовый состав выражен в процентах, то лс /ас1 — МР/РМ, (ХЧ(,1) где и, и ин — масса первой и второй фаз.
Если малярный состав выражен в процентах, то ит/и ! —— 'е/Р/РМ, (Х 1/1.2) где и, и пп — число молей первой и второй фаз. ЗАДАЧИ С РЕШЕНИЯМИ !. ПроанаЛизируйте фазовое состояние неизоморфной трехкомпонентной системы АВС (рис. 38), а также процесс охлаждения системы состава, отраженного на диаграмме точкой /, Ре ш е ни е. Выше поверхностей а!/й~, Ьг/ие и с)йе все системы гомогенные — жидкий расплав. Поверхность аЩ отражает состав расплава, находящегося в равновесии с кристаллами компонента А. Поверхность Гн/ае отражает состав расплава, находящегося в равновесии с кристаллами компонента В.
Поверхность сне отражает состав расплава, находящегося в равновесии с кристаллами компонентаС. Линии пересечения поверхностей 2/а, ф и ед отражают составы расплавов, находя- щихся в равновесии с кристаллами двух / компонентов. Линия г/и — в равновесии находятся расплав и кристаллы А и В, а линия еа — в равновесии находятся расплав и кристаллы В и С, линия с ~й — в равновесии находятся расплав и т~ кристаллы А и С. В точке и пересече- ния линий ф, ейг и ф в равновесии т Т находятся расплав и кристаллы трех 2 компонентов А, В и С. Точки г/, е и 1 эвтектики двухкомпонентных систем. Ниже точки д — тройной эвтектики— все системы гетерогенные, три твердые фазы. Проследим изменение фазового состояния системы при ее охлаждении. При охлаждении системы до температуры Т, система гомогенная, одна жидкая фаза.
При температуре Т, начинается кристаллизация компонента А (точка 2). Так как из расплава в твердую фазу выделяется то,лько компонент А, то соот- гон ен а! ий компонентов В Рнс. 38, Диаграмма илавкосгн НОшеиие ! Ц тр нензоморфной треккомвонент- и С в жидком расплаве не меняется. иой системы Нз плоском треугольнике основания призмы такой процесс отражается ли- нией 1' — 3'. Состав расплава меняется по линии 2 — 3.
В точке 3 Расплав становится насыщенным не только компш!ентом А, но и компонентом В. Точка 3 соответствует температуре, Та. При этой темпеРатуре из расплава начинает кристаллизоваться совместно с компонентом А компонент В. Состав расплава меняется по линии д — й. На плоском треугольнике этот процесс отражается также линией 7 --д'. Тройная эвтектика(точка а) находится при температуре Т,. При температуре Т, вся система кристаллизуется и будет гетерогенной, трехфазной. При дальнейшем охлаждении системы охлаждаются крист !ллы компонентов А, В и С, что отражено иа диаграмме стрелками иа ребрах призмы.
Весь процесс охлаждения системы на рис. 39 отражен стрелками. 2. Определите массу компонента А (рис. 38, точка 1), который выделится в твердую фазу пз 1 кг системы, если ее состав' охлажден до температуры Т,. Проекция изотермы Т, на основание призмы делит отрезок 1' — 3' в соотношении 13.4.
Массовый состав выражен в процентах. Р е ш е н и е, Для определения соотношения массы жидкой и твердой фаз применим правило рычага: ягг (1 — тч ) =4/!3=0,308; лгг 0,308 — 0,308 тч; гн =0,233 кг. Так как из системы состава, изображенного точкой 1, в твердую фазу выделяется только компонент А, то масса кристаллов компонента А при температуре Т, будет 0,235 кг. Масса оставшегося расплава будет 0,765 кг. 3.
Система ХаС! — КС1 — Н,О неизоморфная. Между компонентами не образуется химических соединений. г Исходная система состоит из 10 кг КС1, 20 кг !ч!аС1 и 70 кг Н20. Растворимости в воде при 373 К КС!— 56,2 кг, !ч!аС! — 39,4 кг в 100 кг раствора. Совместная растворимость е У 27,39 кг 5!аС! + 35,16 кг КС! в 100 кг раствора. 1. Постройте диаграмму фазового состояния системы, И20 .2 считая линии растворимости прямы- Р 30 И Рис.
39. Иаотермнческое сечение ми. 2. Определите массу испаРившей- дна/граммы фазового состояния ся воды и состав раствора 'до начала системы !ЧаС! — КС! — Н20 кристаллизации. 3. Какая соль, ХаС1 или КС1, начнет кристаллизоваться из раствора при изотермическом испарении воды из исходной системы? 4.
Какое количество воды испарится до начала кристаллизации обеих солей? 5. Сколько килограммов НаС! и КС! выделится из системы в твердую фазу, если из систе мы испарить 95 % воды, содержащейся в исходной системе? Р е ш е н и е. На основании заданных составов исходной системы, двойных эвтектик НаС! — Н,О и КС! — Н,О и тройной эвтектики ХаС1 — КС! — Н,О и на треугольную плоскую диаграмму наносим соответственно точки р„е,, е, и е,.
Соединим прямыми е, и е„е, и е, (рис. 39). Так как из раствора, состав которого на диаграмме фазового состояния отражен точкой рг, испаряется только вода, то соотношение ЫаС! и КС! в системе остается при этом без изменения. Процесс испарения отражается продолжением линии„соединяющей точку р, с вершиной треугольника Н,О, т. е. линией р, — р,. В точке р, раствор становится насыщенным ХаС! и начинает кристаллизоваться. Определим, сколько воды испарится в процессе, отраженном на диаграмме линией р, — р,. Определим состав точки р;!16,5 % КС!, 33,5 % ХаС! и 50% ЙаО.
Рассчитаем массу воды в системе, соответствующей точке р;! для состава р, (!0 + 20) кг соли составляют Брг;, а х кг воды составляют остальные 50 %. Откуда х = 30 кг. Таким образом, в системе состава ра после испарения во- Массовая даля', тройной эвтектнкн й в н,о Массовая доля системы в тачке р, Н а и Массовая даля эв- текткк, Н Массовая доля Массовая Массовая доля системы в доля эв. тройной точне р, ао тектнк, Н эвтектнки. Н А В в д в д н,о ЗАДАЧИ ! 2 3 4 6 7 8 9 1О 11 12 13 30 20 10 20 20 20 !О 1О 1О 30 20 !О 20 !О 1О 10 30 20 10 30 20 40 1О 1О 1О 30 70 80 60 50 70 40 60 50 70 80 60 50 70 50 60 80 70 50 50 80 70 50 60 80 ?О 50 30 30 30 50 30 30 30 40 30 40 30 40 40 30 20 20 40 30 30 30 30 50 30 30 40 30 50 30 40 ЗО 40 30 20 30 30 14 20 !5 20 20 1О 30 20 40 1О 1О 1О ЗО 20 1О 20 80 60 50 70 80 60 50 70 80 60 50 70 ЗО 40 40 40 40 30 40 50 50 30 50 50 60 80 70 50 60 80 70 50 60 80 70 50 40 30 20 40 40 40 40 30 30 30 20 20 30 30 40 20 20 30 20 20 20 40 30 30 16 17 18 19 20 21 22 24 24 25 1О 1О 1О 30 20 1О 20 20 30 1О 40~ 30 40 30 зак.
тот 256 257 ды останется 10 кг КС1, 20 кг [ЧаС[ и 30 кг Н,О. Из системы испарилось 40 кг воды до начала кристаллизации 5[аС1. Так как из системы в твердую фазу будет выделяться МаС! по мере испарения воды, то состав системы будет обогащаться КС!. Этот процесс нзобразится линией р,— р,.
В точке е„начнется совместная кристаллизация и 5[аС1, и КС1. Определим массу воды, испарившуюся из системы до начала кристаллизации обеих солей. Так как из раствора кристаллизуется только [»[а С1(линия р, — р а), то весь КС! остается в растноре. В точке е, массовая доля 74аС! — 27,39 %, КС! — 35,16 % и Н,Π— 37,45 %. 10 кг Кп! в растворе состава еэ составляют 35.16 % хэ!!сО» э э еэ» ЗМ4о ета Отсюда л ==!0,65 кг Н,О останется в растворе. Испарится воды 70 — 10,65 == 59,35 кг.
Чтобы определить массы 5[аС! и КС1, которые выкристаллизуются из системы нрн испарении из пее 95 оо воды, рассчитаем состав полученной системы. Общий состав будет 10 кг КС1, 20 кг ЫаС! и 70 0,05= = — 3,50 кг НЯО, а массовая доля будет (%): КС! — 23,85; 5[аС! — 59,70; Н,Π— 10,45. На диаграмме этот состав изобразится точкой ра, Соединим линией точку е, с р, и продолжим эту линию до пересечения с основанием треугольника [к[аС! — КС!.
Получим точку г. Масса солей, выделившихся в твердую фазу, так относится к массе всей системы, как длина отрезка р е, относится к длине отрезка ге, что соответствует 0,702. Общая масса системы составляет э 33,5 кг. Масса твердой фазы 33,5.0,702 == 23,52 кг, масса оставшегося раствора 33,5 — 23,52 = 9,98 кг. Состав твердой фазы определяется на диаграмме точкой г, соответствующей 73",о ХаС! и 27 % КС!.
В твердой фазе будет 17,17 кг [ЧаС[ и 6,35 кг КС!. Раствор имеет состав тройной эвтектики. Масса раствора 9,98 кг. Он содержит 2,80 кг [ЧаС1, 3,68 кг КС! и 3,50 Н,О. При испарении всей воды, содержащейся в исходном растворе. состав системы будет отражаться на диаграмме точкой з. 1. Система состоит из солей 5, и Вп с одноименным ионом и воды. Состав системы (Зо): 5, — 20; 5н — 25; Н,Π— 55. Составы эвтектики: 51 Н,О, Вц НЯО содержат 60 % и 50 % 8 соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
