组分固液相图的测绘.docVIP

湖南师范大学化学化工学院 College of Chemistry and Chemical Engineering Hunan Normal University 物理化学实验报告 实验题目： 二组分固-液相图的测绘 姓 名： 赵招招 学号：2013140319 年 级： 2013级 班级： 1303班 实验日期： 2015年4月30日 实验目的 (1)了解固-液相图的基本特点与常规测量方法的基本原理； (2)用热分析法(步冷曲线法)测绘铅-锡二元金属相图； (3)了解常规测温技术并学会铂电阻温度计的使用和标定。 实验基本原理 （1） 二组分固-液相图 研究多相平衡体系的状态如何随浓度、温度、压力变化，并用图形表示出来，这种图形称为相图(Phase Diagram)。以体系所含物质的组成为自变量，温度为应变量所得到的T－x图是常见的一种相图之一。图2.6-1(a)是具有简单最低共熔点的相图。在相图的高温区为均匀的液相L区，下面是三个两相共存区。而两个互不相溶的固相A、B和液相L三相平衡共存现象则是固-液相图最基本的特点。 图2.6-1 简单底共熔点固-液相图(a)及其步冷曲线(b) (2)热分析法和步冷曲线(Thermal Analytical Method and Cooling Curves) 相图的测绘方法很多，其中热分析法是绘制相图最常用、也是最经典的实验方法之一。其基本原理是，当体系缓慢而均匀的冷却(或加热)时，如果体系内部不发生相变化，则温度随时间均匀地改变；当体系内部有相变化时，在温度—时间图上出现转折点或水平线段。 图2.6-1(b)为与图2.6-1 (a)标示的三个组成相对应的步冷曲线。步冷曲线(I)表示的是，将纯B液体冷却至纯B的凝固点TB以下时的步冷曲线。由于在一定压力下，单组分的两相平衡体系自由度为零，所以当体系温度冷却到凝固点TB时，体系将保持恒定温度TB直到样品完全凝固，既从有第一颗固相析出开始到液相完全凝固这整个过程温度都不变化，因此，在曲线步冷曲线上出现一个水平段，然后再继续下降。步冷曲线(III)是具有最低共熔物成分的步冷曲线。该液体冷却时，情况与纯B体系相似。步冷曲线(III)与步冷曲线(I)相比，其组分数由1变为2，但析出的固相数也由l变为2。所以，步冷曲线也出现一个水平段后再继续下降。 若是其他组成的均匀液相体系缓慢冷却时，当液相冷却至凝固点Tl，根据组成不同将有固相B或A析出。与前两种情况不同，这时体系还有—个自由度，温度将可继续下降。但由于有液相不断凝固所释放的热效应将使该曲线的斜率明显变小，所以在Tl处出现一个转折。步冷曲线(II)就是其典型代表。 从上面的分析我们可以看出，步冷曲线上的转折点和水平线段的出现，表征了在该温度下发生相变化的信息。因此，可以通过测量步冷曲线上出现转折点和水平线段所对应的温度从而确定发生相变化的温度。 本实验就是用步冷曲线法测量二组分固-液相图。即通过测定一个已知组成二组份样品的步冷曲线上的转折点(两相平衡点)和水平线段(三相平衡点)所对应的相变温度，再分别画出T－x图上的一个两相平衡点和一个三相平衡点。最后将众多实验样品的两相平衡点连接起来就构成相图上的两相平衡线。同样，将众多实验样品的三相平衡点连接起来就构成相图上的三相平衡线。这些两相平衡线和三相平衡线构成若干相区，总个相区构成相图，即完成相图的绘制。 仪器和试剂 JXL-3D型金属相图实验炉以及控制器(南京大学万和科技有限公司)； 铂电阻温度计等一套(合肥工业大学研制)； 宽肩硬质石英玻璃样品管 六支； 铅(化学纯)； 锡(化学纯)； 石墨粉(化学纯)； 实验操作步骤和注意事项 (1) 样品配制：用纯铅和纯锡在5个分别标有①—⑤号的不锈钢试管中，配置含锡为0%、40%、61.9%、80%、100% 的混合样品各100g。称准确至0.1g。样品上都加上少量石墨粉(防止样品氧化并起保温作用)。 (2) 将实验样品置于金属相图测定实验装置中：金属相图测定实验装置由两部分组成(如图2.6-2所示)——加热炉系统A和温度控制系统B。将上面配置的①—⑤号样品分别插入加热系统A中的1—5号加热炉中(如图2.6-3所示)。 (3) 将感温探头(热电偶)插入某待测样品中的不锈钢套管中(如图2.6-3的3号样品中)。 (4) 设置温度控制参数：根据所测样品凝固点(见后面表2.6-1)，选择适当的升温上限温度。注意：加热炉系统有较大