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实验7 二组分固-液相图的绘制 实验目的 学会用热分析法测绘Sn—Pb二组分金属 相图,了解固-液相图的基本特点。 (2) 掌握热电偶测量温度的原理及热电偶的 校正方法。 (3) 了解热分析法测量技术。 什么是相图？ 相图是表示多相平衡体系的存在状态与组成、温度、压力等因素变化的关系图。它包括平衡体系中有那些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系。 T-X图的绘制方法（热分析法） 什么是T-X图？ 以体系中所含物质的组成为自变量、以温度为因变量所得到的温度-组成图（T-X图）是常见的一种相图。 如何根据步冷曲线绘制相图？ 仪器与试剂  实验仪器 冷却保温炉 1台 台式自动平衡记录仪 1台 调压变压器 (1KVA) 1台 镍铬-镍硅热电偶 1副 电弧焰发生器 硬质玻璃管 8个 实验药品 Sn(化学纯)； Pb(化学纯) 石墨粉 冰水浴 实验步骤 (1) 热电偶的制备 取60cm长的镍铬丝和镍硅丝，将镍铬丝用小绝缘瓷管套好.在其两端大约5mm处分别与两段各长50cm的镍硅丝紧密地扭合在一起,，将扭合的部位稍稍加热后立即沾以硼砂粉，并用小火加热，使硼砂熔化并形成玻璃态,然后放在电弧焰上小心烧结，直至形成一个光滑的小珠，冷却后将硼砂玻璃层除去,即为镍铬-镍硅热电偶。 也可采用商业镍铬-镍硅热电偶。 为绝缘起见，使用时常将热电偶套在较细的硬质玻璃管中，管内再注入少量硅油以改善其导电性。 (2) 热电偶的校正 用纯Pb、纯Sn的熔点及水的沸点对热电偶进行校正，绘制热电偶工作曲线。 （3) 样品配制  用感量为0.1g的台称分别称取纯Sn、纯Pb各50g，另配制含锡20%、40%、61.9%、80%的铅锡混合物各50g，分别置于硬质玻璃管中中，在样品上方各覆盖一层石墨粉。 （4) 绘制步冷曲线 (1) 将热电偶及测量仪器连接好。 (2) 将盛有样品的硬质玻璃管放入加热炉内加热。待样品熔化后停止加热，用玻璃棒将样品搅拌均匀，并将石墨粉拨至样品表面，以防止样品氧化。 (3) 将硬质玻璃管移至保温炉中冷却，此时热电偶的尖端应置于样品中央，以便反映体系的真实温度，同时开启记录仪绘制步冷曲线。 (4) 用上述方法绘制所有样品的步冷曲线。 (5)用硬质玻璃管装一定量的水，在电炉上加热，将热电偶插入沸腾的蒸馏水中测定其热电势。测定时热电偶的冷端均为0℃。 数据处理 （1）用已知纯Pb、纯Sn的熔点及水的沸点作横坐标，以各纯物质相变点的热电势为纵坐标,画出热电偶的T-E工作曲线. （2）找出各步冷曲线中拐点和平台对应的热电势. （3）从热电偶的工作曲线上查出各拐点温度和平台温度，以温度为纵坐标，以组成为横坐标，绘出Sn—Pb二元金属相图. (4)从所得相图中求出低共溶点的温度以及低共溶混合物的组成 实验评注与拓展 用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果。此外，在冷却过程中，一个新的固相出现以前，常常发生过冷现象，轻微过冷则有利于测量相变温度; 但严重过冷现象，却会使折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。见图。遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点。 实验评注与拓展 绘制固液二组分相图的方法通常有溶解度法和热分析法。 溶解度法 指在确定的温度下，直接测定固液两相平衡时溶液的浓度，然后根据测得的温度和相应的溶解度数据绘制相图，这种方法使用于常温下易测定组成的体系，如水-盐二组分体系等。 热分析法 适用于常温下不便直接测定固液平衡时溶液组成的体系(如合金和有机化合物凝聚体系),通常利用相变时的热效应来测定组成以确定体系的温度,然后根据选定的一系列不同组成的二组分体系所测定的温度绘制相图.此种方法简单、易于推广，对于一些二组分金属体系，若挥发的蒸汽对人体健康有害，则可采用热分析法的另一种差热分析（DTA）或差示扫描（DSC）法绘制相图。 提问与思考 (1) 对于不同组成混合物的步冷曲线，其转折点与水平段有什么不同? (2) 步冷曲线上为什么会出现转折点?纯金属、低共熔混合物及合金的转折点各有几个?曲线形状有何不同?为什么? （3）试从实验方法比较测绘气-液相图和固-液相图的异同点。 参考文献 （1）清华大学化学系物理化学实验编写组编.物理化学实验.北京:清华大学出版社, 1992 （2）复旦大学等编 庄继华等修订 物理