水盐体系相图第一章作业及答案(供参考).doc

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1、1-1 计算下列物料的组成，分别用重量%、摩尔%、克/100克水、克/100克盐表示。（1） 由20克Na2SO4、30克K2SO4和150H2O克组成的物料；（2） 某溶液，含MgCl2 434.8、NaCl 18.3、 KCl 46.1g/L，比重为1.287。其中：Na2SO4摩尔质量为142.0，K2SO4摩尔质量为174.3，H2O摩尔质量为18.02，MgCl2摩尔质量为95.21，NaCl摩尔质量为58.44，KCl摩尔质量为74.55。(1) 由20克Na2SO4、30克K2SO4和150克H2O组成的物料。解：a.用重量%表示物料的组成： b.用摩尔%表示物料组成： 物料总摩

2、尔数：0.141+0.172+8.324=8.637（mol）c.用克/100克水表示物料组成：d.用克/100克盐表示物料组成：（2）某溶液，含MgCl2 434.8 g/L、NaCl 18.3 g/L、 KCl 46.1g/L，比重为1.287kg/L。解：由题意，1L溶液中H2O的重量为：1287-434.8-18.3-46.1=787.8(g)a.用重量%表示物料的组成：b.用摩尔%表示物料组成：溶液总摩尔数：4.567+0.313+0.618+43.718=49.216（mol）c.用克/100克水表示物料组成：d.用克/100克盐表示物料组成：1-2根据数据绘制50时，溶液中有Ca

3、Cl2存在的KCl的溶解度曲线。50溶液中CaCl2含量不同时KCl的溶解度溶液中含CaCl2(wt,%)0 12.7 23.8 30.9 39.0 45.7 48.9 50.8KCl溶解度(wt,%)29.8 18.1 9.8 6.1 4.8 5.7 6.6 8.6解：绘制的KCl的溶解度曲线如下图：1-3分析下列物料所属水盐体系的组分数。（1） 海水，主要盐分为NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4、CaSO4；（2） 某天然盐湖卤水，主要盐分为Na2CO3、Na2SO4、NaCl；（3） 某井盐苦卤，其主要成分为KCl、NaCl、MgCl2、CaCl2、H3BO3。解：（1）的组分

4、数为：C=4+2=6。 （2）的组分数为：C=1+3=4。（3）的组分数为：C=5+2=7。第二章 二元水盐体系相图2-1 标绘下列体系的相图，注明各个区域意义，并用相律分析各区的相数和自由度。（1）KCl-H2O体系（相平衡数据见表2-1）。表2-1 KCl-H2O体系相平衡数据温度液相KCl重量%固 相温度液相KCl重量%固 相00冰6031.4KCl-2.35.0冰8033.8KCl-5.010.5冰10035.9KCl-7.615.0冰15040.5KCl-10.018.8冰20044.9KCl-10.819.9冰+KCl30054.0KCl-5.020.95KCl40063.4KCl

5、021.95KCl50073.1KCl1023.8KCl60083.0KCl2025.6KCl70093.0KCl4028.7KCl770100.0KCl（2）NaNO3-H2O体系（相平衡数据见表2-2）。表2-2 NaNO3-H2O体系相平衡数据温度液相NaNO3重量%固 相温度液相NaNO3重量%固 相00冰4051.2NaNO3-513.5冰6055.5NaNO3-1025.0冰8059.8NaNO3-1534.0冰10063.8NaNO3-17.738.0冰+ NaNO315073.7NaNO3-1039.7NaNO320083.2NaNO3042.1NaNO325092.0NaNO

6、32044.4NaNO3309100.0NaNO3解：2-1（1）及2-1（2）标绘的相图如下：在图2-1（1）KCl-H2O体系相图中：未饱和溶液区域中:P=1，F=C-P+1=2-1+1=2；冰的结晶（冰+L）区域中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1；KCl的结晶（KCl+L）区域中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1；三相线CED(不包括C、E两点)中:P=3，F=C-P+1=2-3+1=0；冰与KCl（冰+KCl）两固相共存区中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1。在图2-1（2）NaNO3-H2O体系相图中：未饱和溶液区域中:P=1，F=C-P+1=2-1+1=2；冰的

7、结晶（冰+L）区域中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1；NaNO3的结晶（NaNO3+L）区域中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1；三相线CED(不包括C、E两点)中:P=3，F=C-P+1=2-3+1=0；冰与NaNO3（冰+ NaNO3）两固相共存区中:P=2，F=C-P+1=2-2+1=1。2-2 1000公斤含KCl5%的溶液，在95下蒸发掉900公斤水，计算：（1）蒸发后析出的固相量及母液的量。（2）把蒸发后的母液冷却到15，在冷却过程析出的固相量及最后的液相量。解法一：用杠杆规则法求解如图2-2，由题意知：原始物料系统点为M。（1）系统M蒸发后，首先应确定蒸发后的新系统

8、点M1。M=H+M1, 因此由杠杆规则有： 即： 解之：,据此可确定出新系统点M1，又M1处在KCl的结晶区，L1+S1= M1，故蒸发后：（2）母液L1冷却后，得到的系统点为M2，M2亦处在KCl的结晶区，L2+S2= M2，故冷却后：解法二：用母液的浓度求解如图2-2，由题意知：原始物料系统点为M。（1）系统M蒸发后，首先应确定蒸发后的新系统点M1。M=H+M1, 因此由杠杆规则有： 即： 解之：,据此可确定出新系统点M1。又M1处在KCl的结晶区，L1+S1= M1，而原始物料中总水量为950kg,蒸发掉900kg水后，M1当中的水量为50kg,亦即 L1当中的水量为50kg,由图2-2

9、中可读得L1的KCl含量为35.40%，设L1当中的KCl量为kg,则：，解之, ,，（2）母液L1冷却后，得到的系统点为M2，则，M2亦处在KCl的结晶区，L2+S2= M2，由题意，M2当中的水量为50kg，亦即 L2当中的水量为50kg, 由图2-2中可读得L2的KCl含量为24.68%，设L2当中的KCl量为kg,则：，解之, ,。第三章 三元水盐体系3-1标绘NaCl-Na2SO4-H2O体系50等温图，注明各区域的意义；试分析含NaCl 10%，Na2SO415%，H2O75%的系统50等温蒸发过程。NaCl-Na2SO4-H2O体系50数据 液 相（ wt，%）固 相NaClNa

10、2SO426.800.00NaCl25.003.70NaCl24.205.30NaCl+Na2SO420.007.65Na2SO415.0012.10Na2SO410.0018.10Na2SO45.0024.70Na2SO40.0031.80Na2SO4解：1.答案如图3-1所示。2.50系统点M等温蒸发过程如图3-2及表3-1图3-2 NaClNa2SO4H2O体系50相图表3-1 50系统点M等温蒸发过程一二三过程情况未饱和溶液浓缩Na2SO4结晶析出Na2SO4及NaCl共析至蒸干液相点MLLEE 系统点MLLCCD固相点尚无BBDABB1WM604020图3-33-2根据图3-3填空：

11、固相 B 的溶解度随温度升高而加大，固相 A 的溶解度随温度升高而减小。系统M在60时状态为 未饱和溶液 ，冷却至40时有 B 析出，继续冷却至20时会有 B1 析出。3-3有含KCl 5%，K2SO45%，H2O90%的体系在25等温蒸发，如果系统重100公斤，试计算：（1）K2SO4析出量最大时的蒸发水量，K2SO4析出量及析出率；（2）蒸发水量为60公斤时K2SO4析出量及析出率；（3）K2SO4析出率为85%时的蒸发水量。选做KCl-K2SO4-H2O体系25数据液 相（wt,%）固 相KClK2SO426.40KCl25.61.1KCl+ K2SO4202.1K2SO4153.3K2

12、SO4104.9K2SO457.1K2SO4010.7K2SO4解：（1）如图3-4-（1） a. b.首先求取蒸发后得到的浆料 图3-4-（1） KClK2SO4H2O体系25相图 （2）如图3-4-（2） 设蒸发后得到的浆料点为P, 由题意：,又,解之：,据此可在相图中标出P点。图3-4-（2） KClK2SO4H2O体系25相图（3）如图3-4-（3） ,解之：=4.25（kg）首先确定系统M被蒸发到K2SO4析出率为85%时，所得到的饱和母液L点的确定方法。因为由题意知：L母液中KCl量仍为5kg(KCl一直未析出), K2SO4之量为0.75(5.00-4.25)kg,所以母液L点在

13、直线注：a、b之取值分别在WA、WB边上取值与饱和曲线bE之交点上，即直线WL与曲线bE之交点为L点。其次，知道了L点，连接BL，则直线WM之延长线与直线BL两线之交点，即为系统被蒸发后K2SO4析出率为85%时所得到的浆料点Q。图3-4-（3） KClK2SO4H2O体系25相图 4-1 计算下列复盐的耶涅克指数J值。（1）钾茫硝Na2SO43 K2SO4（2）光卤石KClMgCl26H2O解：(1) (2) 4-2 标绘下列体系的干基图，注明各区域的意义，判断水合物、复盐及零变点的类型。（1）Na+，K+，Mg+| SO4=-H2O体系，25；Na+，K+，Mg+| SO4=-H2O体系2

14、5数据符号液相克/100克盐固相Na2SO4K2SO4H2O176.86 23.14 248.00 S10+Gla263.25 16.65 201.00 S10+GlaE52.30 12.00 168.00 S10+Gla+Ast353.80 0.00 191.00 S10+AstP43.70 12.80 167.00 Gla+Ast+Pic437.53 15.27 189.00 Gla+Pic523.25 28.51 246.00 Gla+PicR17.00 37.00 288.00 Gla+Pic+K2SO4624.15 53.25 367.00 Gla+K2SO4733.50 66.50

15、 501.00 Gla+K2SO4832.70 12.40 174.00 Ast+PicQ30.56 11.53 172.50 Ast+Pic+Eps937.60 0.00 189.00 Ast+Eps100.00 46.50 327.00 Pic+K2SO4110.00 13.34 229.00 Pic+Eps注：S10Na2SO410H2O；GlaNa2SO43K2SO4；AstNa2SO4Mg2SO44H2O； PicK2SO4Mg2SO46H2O；EpsMg2SO47H2O。（2）Na+，K+|Cl-，SO4=-H2O体系，25；Na+，K+|Cl-，SO4=-H2O体系数据25符号液

16、相 J固相Na+2SO4=H2O1100.00 19.90 1590.00 NaCl+Na2SO4R85.20 20.90 1460.00 NaCl+Na2SO4+Gla280.00 13.60 1460.00 NaCl+Gla375.00 9.40 1465.00 NaCl+GlaH70.50 6.50 1465.00 NaCl+Gla+KCl470.00 0.00 1525.00 NaCl+KCl586.20 30.00 1540.00 Na2SO4+Gla687.50 50.00 1650.00 Na2SO4+GlaQ87.80 57.00 1660.00 Na2SO4+S10+Gla7

17、100.00 46.50 1730.00 Na2SO4+S10887.30 60.00 1690.00 S10+Gla984.40 80.00 1880.00 S10 +Gla1081.30 100.00 2070.00 S10+Gla1160.00 6.20 1600.00 Gla+KCl1240.00 5.50 1855.00 Gla+KClP32.50 5.40 1940.00 Gla+KCl+K2SO41334.00 20.00 2930.00 Gla+K2SO41435.70 40.00 3740.00 Gla+K2SO41537.60 60.00 4160.00 Gla+K2SO4

18、1638.80 80.00 4370.00 Gla+K2SO41739.10 100.00 4445.00 Gla+K2SO41820.00 4.60 2085.00 KCl+K2SO4190.00 3.50 2285.00 KCl+K2SO4解：4-2（1）1.标绘的干基图如图4-1所示。2.各区域的意义如图4-1所示。3.各相关问题判断：（1）经判断Eps及S10为型水合物；（2）对复盐Gla、Ast及Pic的判断：首先应在图4-1中标绘出此三种复盐点的位置，复盐Gla、Ast及Pic在图4-1中标绘出的位置分别为D、F及H三点。图4-1 Na+，K+，Mg+| SO4=-H2O体系25相

19、图经判断复盐Gla、Ast及Pic均为异成分复盐。（3）对零变点E、P、Q及R的判断：经判断零变点E、P、Q均为相称零变点，零变点R为第一种不相称零变点。解：4-2（2）1.标绘的干基图如图4-2所示。2.各区域的意义如图4-2所示。3.各相关问题判断：（1）经判断S10为型水合物；（2）对复盐Gla判断：首先应在图4-2中标绘出此种复盐点的位置，复盐Gla在图4-2标绘出的位置为G点。经判断复盐Gla为异成分复盐。图4-2 Na+，K+|Cl-，SO4=-H2O体系25相图（3）对零变点R、H、P及Q的判断：经判断零变点R及H均为相称零变点；零变点P及Q均为非相称零变点，其中P为第一种非相称

20、零变点，Q为第二种非相称零变点。4-3判断图4-3中系统R及N两点等温蒸发的析盐顺序，已知R及N两点均为未饱和溶液，且P及Q两点均为三盐共饱点。图4-3 ABH2O体系相图解：经过图4-3（1）及图4-3（2）的相图分析，系统R及N两点等温蒸发的析盐顺序如表4-1及表4-2。图4-3（1） ABH2O体系相图图4-3（2） ABH2O体系相图表4-1 系统R点等温蒸发的析盐顺序阶段一二三四析盐顺序过程情况未饱和溶液浓缩A析出（A+X）共析（A+X+Y）共析，直至蒸干AXY系统点RRRR液相点RRKKPP(干点)固相点尚无AACCP表4-2 系统N点等温蒸发的析盐顺序阶段一二三四析盐顺序过程情况

21、未饱和溶液浓缩X析出（X+B）共析（X+B+Y）共析，直至蒸干XBY系统点NNNN液相点NNLLQQ(干点)固相点尚无XXDDN第六章 五元水盐体系6-1计算下列物料在Na+、K+、Mg+/Cl-、SO4=H2O五元体系中耶乃克指数J值。其中：MgSO4摩尔质量为120.4、MgCl2摩尔质量为95.21、Na2Cl2摩尔质量为116.9、K2Cl2摩尔质量为149.1、K2SO4摩尔质量为174.3、H2O摩尔质量为18.02。注:在做作业时，所用到的物质的摩尔质量，严格按照题目所给的摩尔质量进行计算。作业的计算结果均取三位小数。（1）某苦卤，其组成（g/L）如表6-1。表6-1某苦卤组成（

22、g/L）MgSO4MgCl2Na2Cl2K2Cl2H2O86.17161.43120.5021.20872.40解：从1L苦卤出发，算出各盐及水的摩尔数：MgSO4 MgCl2 Na2Cl2 K2Cl2 H2O 进而求出各个离子的摩尔数： K22+ 0.142 Mg2+ 0.716+1.696=2.412 SO42- 0.716 Na22+ 1.031 Cl22- 1.696+1.031+0.142=2.869计算出K22+ Mg2+ SO42- 三种离子摩尔数之和（简写为三离子），作为基准：三离子=0.142+2.412+0.716=3.270按照J值含义，计算出J值： K22+ Mg2+

23、SO42- Na22+ Cl22- H2O （2）某人造光卤石，其组成（wt ,%）如表6-2。表6-2 某人造光卤石组成（wt ,%）MgSO4MgCl2Na2Cl2K2Cl2H2O2.530.58.021.038.0解：从100g人造光卤石出发，算出各盐及水的摩尔数：MgSO4 MgCl2 Na2Cl2 K2Cl2 H2O 进而求出各个离子的摩尔数： K22+ 0.141 Mg2+ 0.021+0.320=0.341 SO42- 0.021 Na22+ 0.068 Cl22- 0.320+0.068+0.141=0.529计算出K22+ Mg2+ SO42- 三种离子摩尔数之和（简写为三离

24、子），作为基准：三离子=0.141+0.341+0.021=0.503按照J值含义，计算出J值： K22+ Mg2+ SO42- Na22+ Cl22- H2O （3）固相Lan（K2 SO42Mg SO4）解：Lan（K2 SO42Mg SO4）中总干盐的摩尔数为：1+2=3mol,其中K2+=1 mol 、Mg+=2 mol、 SO4=3 mol 计算出K2+、Mg+及SO4=三种离子摩尔数之和（简写为三离子），作为基准： 三离子=1+2+3= 6（mol）按照J值含义，计算出J值： K2+ Mg+ SO4= 其J值为：K2+ 16.667、 Mg+ 33.333、SO4= 50.000。

25、6-2标绘Na+、K+、Mg+/Cl-、SO4=H2O体系100简化干基图，相平衡数据见表6-3，注明各区域的意义，并回答所绘制的图当中有多少个四盐共饱点？有多少条三盐共饱线？有多少个面与Na2Cl2共饱和？所绘制的相图要求摆放位置如下：表6-3 Na+、K+、Mg+/Cl-、SO4=H2O体系100数据液相摩/ K2+Mg+ SO4=100摩固相Mg+SO4=Na2+H2O09.788.552050Na2Cl2+Gla+K2Cl281277.21865Na2Cl2+Gla+K2Cl217.214.565.01655Na2Cl2+Gla+K2Cl2+Lan36.58.544.61500Na2C

26、l2+K2Cl2+Lan53.76.327.01340Na2Cl2+K2Cl2+Lan70.64.411.81145Na2Cl2+K2Cl2+Lan85.82.75.0925Na2Cl2+K2Cl2+Lan+Kie86.12.65.0915Na2Cl2+K2Cl2+Car+Kie88.0504.8959Na2Cl2+K2Cl2+Car032.45157.52905Na2Cl2+Na2SO4+Gla17.526.51001700Na2Cl2+Na2SO4+Gla+Van5050334.55810Na2Cl2+Na2SO4+Van362341.51355Na2Cl2 +Gla+Van+Lan38.

27、722.139.51345Na2Cl2+Van +Lan+Loe72.227.81192790Na2Cl2+Van +Loe6221.227.01290Na2Cl2+Loe+Lan+Kie81.6518.3544.91665Na2Cl2+Loe+Kie98.50.70.6735Na2Cl2+Car+Bis+Kie99.2500.9716Na2Cl2+Car+Bis99.40.60.3718Na2Cl2+Bis+Kie解：标绘的Na+、K+、Mg+/Cl-、SO4=H2O体系100简化干基图如图6-1；各区域的意义见图6-1。所绘制的图当中有8个四盐共饱点，有16条三盐共饱线，有9个面与Na2Cl2共饱和。图6-1 Na+、K+、Mg+/Cl-、SO4=H2O体系100相图（对Na2Cl2饱和）