三元相圖的繪制詳解

1、三元相圖的繪制本實(shí)驗(yàn)是綜合性實(shí)驗(yàn)。其綜合性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及相關(guān)知識(shí)的綜合本實(shí)驗(yàn)涉及到多個(gè)基本概念，例如相律、相圖、溶解度曲線、連接線、等邊三角形坐標(biāo)等，尤其是在一般的實(shí)驗(yàn)中（比如分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、 無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)等）作圖都是用的直角坐標(biāo)體系，幾乎沒有用過三角坐標(biāo)體系，因此該實(shí)驗(yàn)中的等邊三角形作圖法就具有獨(dú)特的作用。這類相圖的繪制不僅在相平衡的理論課中有重要意義， 而且對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室和化工廠中經(jīng)常用到的萃取分離中具有重要的指導(dǎo)作用。2 .運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法和操作的綜合本實(shí)驗(yàn)中涉及到多種基本實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)儀器 （如電子天平、 滴定管等）的使用。 本實(shí)驗(yàn)中滴定終點(diǎn)的判斷， 不同于分析化學(xué)中的

2、大多數(shù)滴定。 本實(shí)驗(yàn)的滴定終點(diǎn)， 是在本來可以互溶的澄清透明的單相液體體系中逐漸滴加試劑，使其互溶度逐漸減小而變成兩相，即 “由清變渾 ”來判斷終點(diǎn)。 準(zhǔn)確地掌握滴定的終點(diǎn)， 有助于學(xué)生掌握多種操作， 例如取樣的準(zhǔn)確、滴定的準(zhǔn)確、終點(diǎn)的判斷準(zhǔn)確等。一 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握相律，掌握用三角形坐標(biāo)表示三組分體系相圖。2. 掌握用溶解度法繪制三組分相圖的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法。二 .實(shí)驗(yàn)原理三組分體系 k = 3 ，根據(jù)相律：f = k -（）+2 5-6式中6為相數(shù)。恒定溫度和壓力時(shí):f = 3 -（）當(dāng)（）=1,則 f = 2因此， 恒溫恒壓下可以用平面圖形來表示體系的狀態(tài)與組成之間的關(guān)系， 稱為三

3、元相圖。一般用 等邊三角形 的方法表示三元相圖。在定溫定1 所示：在萃取時(shí)， 具有一對(duì)共軛溶液的三組分相圖對(duì)確定合理的萃取條件極為重要壓下，三組分體系的狀態(tài)和組分之間的關(guān)系通?？捎玫冗吶切巫鴺?biāo)表示，如圖等邊三角形三頂點(diǎn)分別表示三個(gè)純物質(zhì) a, b, co ab , bc, ca,三邊表示a和b, b和 c, c和a所組成的二組分體系的組成。三角形內(nèi)任一點(diǎn)則表示三組分體系的組成。如點(diǎn)p的組成為： a% = cb b%=ac c%=ba具有一對(duì)共軻溶液的三組分體系的相圖如圖 2所示。該三液系中，a和b,及a和c 完全互溶，而 b和c部分互溶。曲線 defhijkl為溶解度曲線。ei和dj是連接線

4、。溶解 度曲線內(nèi)（abdefhijklca ）為單相區(qū)，曲線外為兩相區(qū) 。物系點(diǎn)落在兩相區(qū)內(nèi)，即分為 兩相。圖3 （a醋，b水，c氯仿）繪制溶解度曲線的方法有許多種，本實(shí)驗(yàn)采用的方法是： 將將完全互溶的兩組分 （如氯仿和醋酸）按照一定的比例配制成均相溶液（圖中n點(diǎn)），再向清亮溶液中滴加另一組分 （如水），則系統(tǒng)點(diǎn)沿bn線移動(dòng)，到k點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)由清變渾。再往體系里加入醋酸，系統(tǒng)點(diǎn)則沿 ak上升至n點(diǎn)而變清亮。再加入水，系統(tǒng)點(diǎn)又沿bn由n點(diǎn)移至j點(diǎn)而再次變渾，再滴加醋酸使之變清如此往復(fù)，最后連接k、j、i即可得到 互溶度曲線，如圖3所 示。三.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1 .儀器：具塞磨口錐形瓶，酸式滴定管，堿式滴定管

5、，移液管，分析天平。2 .藥品：冰醋酸，氯仿， naoh溶液（0.2mol mol *）,酚配指示劑。四 .操作要點(diǎn) （各實(shí)驗(yàn)步驟中的操作關(guān)鍵點(diǎn)）1. 因所測(cè)的體系中含有水的成分，所以玻璃器皿均需干燥。2. 在實(shí)驗(yàn)過程中要注意防止或盡可能減少氯仿和乙酸的揮發(fā)，測(cè)定連接線時(shí)取樣要迅速。3. 當(dāng)體系中乙酸含量少時(shí)，滴加水要逐滴加入，注意判斷終點(diǎn)。在滴加水的過程中須一滴滴地加入，且需不停地振搖錐形瓶，待出現(xiàn)渾濁并在2-3分鐘內(nèi)不消失，即為終點(diǎn) 。特別是在接近終點(diǎn)時(shí)要多加振搖，這時(shí)溶液接近飽和，溶解平衡需較長(zhǎng)時(shí)間。1 .在潔凈的酸式滴定管內(nèi)裝水，移取 6ml 氯仿及 1ml 醋酸于干燥潔凈的 100m

6、l 磨口錐形瓶中，然后慢慢滴入水，且不停地振搖，至溶液由清變濁，即為終點(diǎn)，記下水的體積。再向此瓶中加入 2ml 醋酸。體系又成均相，繼續(xù)用水滴至終點(diǎn)。同法再依次加入 3.5ml ， 6.5ml醋酸，并分別再用水滴定，記錄各次各組分的用量。最后加入 40ml 的水，蓋緊瓶塞，每隔5min 振搖一次，約 30min 后將此溶液作測(cè)量連接線使用 （溶液 1）。2 .另取一干燥潔凈的100ml 磨口錐形瓶， 用移液管移入 1ml 氯仿和 3ml 醋酸。 用水滴定至終點(diǎn)，以后依次再添加2ml ， 5ml ， 6ml 醋酸。分別用水滴定至終點(diǎn)。記錄各次各組分的用量。最后加入 9ml 氯仿和 5ml 醋酸，

7、混合均勻，每隔 5min 振搖一次，約30min 后作為測(cè)量另一根連接線使用 （溶液 2） 。3 .將 2 只 25ml 磨口錐形瓶稱重，待用。將溶液1 和溶液 2 靜置，待溶液分層后，用干燥潔凈的移液管吸取溶液1 上層 2ml ，下層 2ml ，分別放入已經(jīng)稱重的 25ml 磨口錐形瓶中，再稱其重量。然后以酚酞為指示劑，用 0.5m 的 naoh 溶液滴定至終點(diǎn)。 根據(jù)兩相中乙酸的含量確定溶解度曲線上的兩個(gè)點(diǎn)，兩個(gè)點(diǎn)連接即為連接線。4 .同步驟3，移取溶液2上層液 2ml 和下層液 2ml ，稱重并滴定。五.本實(shí)驗(yàn)的成敗關(guān)鍵1. 酸式滴定管和堿式滴定管的操作正確和規(guī)范。2. 測(cè)定溶解度曲線時(shí)

8、滴定終點(diǎn) “由清變渾 ”的準(zhǔn)確判斷。六.思考題及解答（一）判斷題1. 本實(shí)驗(yàn)每一次往體系中加入氯仿或者醋酸時(shí)，其體積都必須精確到 0.01ml 。2. 本實(shí)驗(yàn)所用的具塞磨口錐形瓶在臨用前，一定要清潔且干燥。3. 連結(jié)兩個(gè)成平衡的相點(diǎn)的線段稱為連結(jié)線。（二）單選題1. 關(guān)于本實(shí)驗(yàn)所用的三角形坐標(biāo)的特點(diǎn)，不正確的說法是：a.在過三角形某一頂點(diǎn)的任一直線上所代表的體系中，另外兩組分的濃度都相同b.任意兩點(diǎn)代表的體系組成新體系時(shí)，新體系的物系點(diǎn)必在原來兩點(diǎn)的連接線上c.任意三個(gè)點(diǎn)代表的體系組成新體系時(shí)，新體系的物系點(diǎn)必在原來三點(diǎn)連成的三角形內(nèi)d.在平行于三角形一邊的直線上所有的點(diǎn)代表的體系中，某個(gè)組分

9、的濃度是固定不變的2.本實(shí)驗(yàn)中用水滴定醋酸-氯仿體系時(shí)終點(diǎn)的現(xiàn)象是:a.體系由無色變?yōu)闇\紅色b.體系由清變渾c.體系由淺紅色變?yōu)闊o色d.體系由渾變清3.在本實(shí)驗(yàn)所繪制的相圖5-2中，區(qū)域i和n的相數(shù)分別為:a.1、2 b. 2、1 c. 1、1 d. 2、2圖5-2 答案：判斷題：1 （對(duì)）2 （對(duì)）3 （對(duì)）單選題：1 a 2 b 3 b七.問題討論：1 .若滴定過程中不小心超過終點(diǎn)，是否需要重做？答：滴定過程中若不小心超過終點(diǎn)，可以再滴加幾滴醋酸（記錄加入量），至剛由渾變清作為終點(diǎn)，記錄實(shí)際各組分的用量。無需返工。2 .不同溫度時(shí)各物質(zhì)的密度：dt ds （t ts） 10 3 （t ts）2 106 （t tj3 10 9ts 273.2ks3 .為什么說具有一對(duì)共軻溶液的三組分體系的相圖對(duì)確對(duì)各區(qū)的萃取條件極為重要？答：（如下圖）將組成為 n的混合溶液加入 b后，體系沿nb線向b方向變化，當(dāng)總組成為o點(diǎn)時(shí)，此時(shí)體系為兩相 x1, y1。如果把這兩層溶液分開，分別除去b,得由s、f點(diǎn)代表的兩個(gè)溶液（s在bx的反向延長(zhǎng)線上，f在by的反向延長(zhǎng)線上）。這就是說經(jīng)過一次萃取 除去溶劑后，能把原來組成為 n的原溶液分成s和f兩個(gè)