ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ХИМ ТЕРМОДИНамиКЕ. Практикум по химической термодинамике учебное пособие для студентов всех специальностей

Название	Практикум по химической термодинамике учебное пособие для студентов всех специальностей
Анкор	ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ХИМ ТЕРМОДИНамиКЕ.doc
Дата	19.05.2017
Размер	2.28 Mb.
Формат файла
Имя файла	ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ХИМ ТЕРМОДИНамиКЕ.doc
Тип	Практикум #7896
страница	12 из 15

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Что такое фаза, компонент, степень свободы?
Сформулируйте правило фаз Гиббса.
В чем заключается метод термического анализа?
Что такое правило рычага?
Что называют линиями ликвидуса и солидуса, эвтектикой?
Какой вид имеют диаграммы состояния двухкомпонентных систем:

а) с простой эвтектикой;

б) с образованием устойчивого химического соединения;

в) с образованием неустойчивого химического соединения;

г) с неограниченной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии;

д) с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии;

е) с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком состоянии

На каждой диаграмме покажите значение отдельных полей, линий, точек, число компонентов, степеней свободы, фаз.

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

На диаграмме состояния системы Pt – Sb:

Указать смысл всех полей, линий и характерных точек.
Рассчитать формулы химических соединений.
Рассмотреть процесс охлаждения расплава, заданного точками М₁и М₂(определить, что происходит в данной точке, определить число фаз и число степеней свободы в точке). Результаты представить в виде таблицы.
Построить кривые охлаждения из точек М₁и М₂.
Определить соотношение фаз по правилу рычага при температуре 800ºС и 80 масс.% Sb.
При 800ºС и 80 масс.% Sb рассчитать массы равновесных фаз, полученных из 500 г первоначального состава.

Рис. 3.16. Диаграмма состояния системы Pt – Sb.

Решение:

Компоненты диаграммы Pt – Sb образуют между собой два химических соединения: устойчивое (конгруентно плавящееся) химическое соединение D; неустойчивое (инконгруентно плавящееся) химическое соединение D₁ и твердый раствор α сурьмы в платине.

Значение полей
I		расплав
II		кристаллы твердого раствора α
III		расплав и кристаллы твердого раствора α
IV		расплав и кристаллы устойчивого химического соединения D
V		расплав и кристаллы неустойчивого химического соединения D₁
VI		расплав и кристаллы устойчивого химического соединения D
VII		расплав и кристаллы сурьмы
VIII		механическая смесь кристаллов твердого раствора α и неустойчивого химического соединения D₁
IX		механическая смесь кристаллов неустойчивого химического соединения D₁и кристаллов устойчивого химического соединения D
X		механическая смесь кристаллов устойчивого химического соединения Dи сурьмы
Значение линий
T_PtE₁CDE₂T_Sb			линия ликвидуса (состав расплава)
T_PtE₁			линия ликвидуса (состав расплава, равновесного с кристаллами твердого раствора α)
E₁C			линия ликвидуса (состав расплава, равновесного с кристаллами неустойчивого химического соединения D₁)
CD			линия ликвидуса (состав расплава, равновесного с кристаллами устойчивого химического соединения D)
DE₂			линия ликвидуса (состав расплава, равновесного с кристаллами устойчивого химического соединения D)
E₂T_Sb			линия ликвидуса (состав расплава, равновесного с кристаллами сурьмы)
T_PtME₁ND₁HGE₂F			линия солидуса (состав твердой фазы)
T_PtM			линия солидуса (состав твердого раствора α, равновесного с расплавом)
ME₁N			линия эвтектики (в равновесии три фазы: расплав, кристаллы твердого раствора α, кристаллы неустойчивого химического соединения D₁)
CD₁H			линия перитектики (в равновесии три фазы: расплав, кристаллы неустойчивого химического соединения D₁, кристаллы устойчивого химического соединения D)
GE₂F			линия эвтектики (в равновесии три фазы: расплав, кристаллы устойчивого химического соединения D, кристаллы сурьмы)
ML			линия расслоения (состав твердого раствора α, определяет предельную растворимость сурьмы в платине)
Значение точек
T_Pt	температура плавления платины
T_Sb	температура плавления сурьмы
E₁	точка эвтектики (в равновесии три фазы: расплав, кристаллы твердого раствора α, кристаллы неустойчивого химического соединения D₁)
E₂	точка эвтектики (в равновесии три фазы: расплав, кристаллы устойчивого химического соединения D, кристаллы сурьмы)
С	точка перитектики (в равновесии три фазы: расплав, кристаллы неустойчивого химического соединенияD₁, кристаллы устойчивого химического соединения D)
D₁	температура плавления неустойчивого химического соединения D₁
D	температура плавления устойчивого химического соединения D
М	^с^о^став^т^в^е^р^д^о^г^о^р^а^с^т^в^ор^{а α}^в^т^о^{чке эв}^т^е^кт^и^к^иE₁

Рассчитаем состав химических соединений.

М(Pt) = 195 г/моль;

М(Sb) = 121 г/моль.

1) Неустойчивое химическое соединение D₁.

_П_о_д_и_аг_р_амме_о_п_р_е_д_еляем_с_о_о_т_н_о_ш_е_н_и_е_масс_к_о_м_п_о_н_е_н_т_о_в:

.

_{Рассчитываем формулу химического соединения:}

Следовательно, формула неустойчивого химического соединения Pt₂Sb₃.

_{2)Устойчивое химическое соединение D.}

По диаграмме определяем соотношение масс компонентов:

.

_{Рассчитываем формулу химического соединения:}

Следовательно, формула неустойчивого химического соединения PtSb₃.

Рассмотрим процесс охлаждения расплава заданного состава.

а б

Рис. 3.17. Процесс охлаждения расплава заданного состава (а) и кривые охлаждения (б)
^Р^е^з^уль^т^а^т^р^ас^см^о^т^р^е^н^и^я^п^р^о^ц^е^с^са^о^х^л^а^жден^и^я^р^а^с^п^л^а^в^а^и^з^т^о^ч^к^и^М₁^.

Точка	Что происходит	Ф	С	Что означает число степеней свободы
M₁	Охлаждение расплава	1	2	Можно менять температуру и состав расплава
а	Появляются первые кристаллы устойчивого химического соединения D	2	1	Каждой температуре соответствует определенный состав расплава
b	Начинается кристаллизация неустойчивого химического соединенияD₁, ранее выпавшие кристаллы Dрастворяются, на кривой охлаждения горизонтальный участок	3	0	Система инвариантна
c	Продолжается кристаллизация неустойчивого химического соединения D₁из расплава	2	1	Каждой температуре соответствует определенный состав расплава
e	Одновременно кристаллизуются твердый раствор α и неустойчивое химическое соединение D₁, на кривой охлаждения горизонтальный участок	3	0	Система инвариантна
d	Охлаждение механической смеси твердого раствора αи неустойчивого химического соединение D₁	2	1	Каждой температуре соответствует определенный состав твердого раствора

Точка M₂ отвечает составу устойчивого (конгруэнтно плавящегося) химического соединения D.

Результат рассмотрения процесса охлаждения расплава из точки M₂.

Точка	Что происходит	Ф	С	Что означает число степеней свободы
M₂	Охлаждение расплава	1	2	Можно менять температуру и состав расплава
f	Появляются первые кристаллы устойчивого химического соединения D, на кривой охлаждения горизонтальный участок	2	0	Система инвариантна
g	Охлаждаются кристаллы устойчивого химического соединения D	1	1	Можно менять только температуру

Определение соотношения масс твердой и жидкой фаз по правилу рычага.

Рис. 3.18. Определение соотношения масс твердой и жидкой фаз по правилу рычага
На диаграмме состояния поставим точку P, соответствующую температуре 800ºС и 80 масс.% Sb. В точке P в равновесии находятся кристаллы устойчивого химического соединения Dи расплав. Определим соотношение между фазами по правилу рычага:

Из условия задачи следует, что

г.

Решаем совместно систему двух уравнений:

15  (500  m_р)  13  m_p

6500  15  m_р 13  m_p

6500  28  m_p

^mpасплава^²³²^г

m_D 500  232  267 г

Таким образом, из 500 г первоначального состава масса расплава составит 232 г, а масса кристаллов химического соединения D 267 г.

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 15