2-1三元水盐系溶解度

2-1 三元水盐系溶解度测定 （性实验） 第一部分 设计性实验教学大纲 实验课程名称：专业实验（化学工程与工艺） 实验项目名称：三元水盐系溶解度测定 实验类型：设计性实验 实验类别：基础□ 专业基础□ 专业√ 实验学时：4-6 一、实验目的 1、自行设计实验、实验步骤，学习三元水盐体系液固相平衡数据的测定方法。 2、通过绘制NaCl-NH4Cl-H2O三元体系等温相图，学会相图的绘制与应用； 3、复习液固相平衡知识，训练恒温、取样、称量、等基本操作技术。 二、预习与参考 1、陈钟秀、顾飞燕、胡望明编，化工热力学（第二版），北京：化学工业出版社，2001年 2、牛自得、程芳琴主编，水盐体系相图及其应用，天津：天津大学出版社，2002年。 3、青岛科技大学化工实验中心编，化学工程与工艺专业实验，2003年 4、杭州大学化学系分析化学教研室编，分析化学手册（第二版）第二分册，北京：化学工业出版社，1997年 三、设计指标 以二元系统的溶解度数据为基础，在所设定的温度下，设计NaCl-NH4Cl-H2O三元水盐体系合理的原始构成和实验步骤，进行实验，获得实验温度下的液固平衡数据，通过分析、计算，用所得数据绘制出NaCl-NH4Cl-H2O三元体系等温相图。 四、实验要求（设计要求） 自行设计实验方案和原始数据，包括流程、实验步骤，分析方法等，达到实验目的。 五、实验（设计）仪器设备和材料清单 水浴恒温震荡装置，酸、碱滴定装置，玻璃仪器；电子天平，分析天平，氯化钠，氯化铵，氢氧化钠、硝酸银溶液，甲醛溶液，蒸馏水，指示剂。 六、调试及结果测试 原始数据和实验方案经指导教师审核后，自行调试。 利用提供的玻璃仪器和试剂自行分析。 七、实验报告要求 要求有实验目的、实验原理、实验方案和步骤、实验数据记录，对实验数据进行处理，计算液固亮相的组成，绘制出相图，并对所得的实验结果进行讨论（包括方案的合理性、误差分析、成败原因等）。 八、思考题 1、本实验条件下的结果与标准值有何差异，为什么？ 2、取样操作不当，会产生那些可能情况？ 第二部分 三元水盐系溶解度测定（参考） 1、 实验目的 水盐系是自然界（海水、盐湖）和无机化工生产中（肥料、碱、盐）常见的反应体系。在无机盐生产中常常要将可溶性盐或原料溶解在水溶液中，或者需要将某种盐从水溶液种结晶出来。在发生溶解、结晶、混合、蒸发、冷却、分离等水盐体系的相变化过程时，首先需要了解盐类的溶解度关系。将水盐体系平衡状态下的溶解度实验数据标绘在坐标纸上而得到的图即为相图。它不仅能给出盐类的溶解或结晶顺序、名称和组成，还能进行物料量的计算，并能对工艺过程及其操作条件乃至反应器的设计提供基本要求。无机化工生产中最常用的是三元水盐体系，因此设置本实验，提出如下要求： （1）学习三元水盐体系液固相平衡数据的测定方法。 （2）自行设计实验方案，绘制出NaCl-NH4Cl-H2O三元体系等温相图，学会相图的绘制与应用； （3）复习液固相平衡知识，训练恒温、取样、称量、分析等基本操作技术。 2、 实验原理与方法 根据NaCl、NH4Cl在水中溶解度的不同，配制不同重量组成的一系列样品溶液，在恒温下搅拌一定时间后，对各饱和溶液进行分析，用所得数据在坐标纸上绘出一系列点。同时，测定与饱和溶液相平衡的固相组成，以所得数据在图上绘出的点与相应的饱和溶液点相连即得相应的直线。连接各饱和溶液即为该温度下的NaCl、NH4Cl溶解度曲线。 三元水盐体系溶解度与相图实验测定有湿固相法、合成复合体法和物理化学分析法，本实验采用湿固相法。 湿固相法以连线规则为基础，当液固相达平衡后，分别取出饱和溶液和含饱和溶液的湿固相加以分析，所得的点可连成几条不同的直线，它们的交点就是这些饱和溶液所平衡的固相点。如果交点正好落在代表一种盐的顶点，则为该盐的无水盐点；如果交点刚好落在两直线角边上，则固相点为水合物；如果交点落在直角三角形的斜边上，则固相为无水复盐；交点落在三角形内任一点，固相均为水合复盐。另外，如果有两条或两条以上的相邻连线都从液相的同一点出发，则这液相点为两盐的共饱和点。如图2-1所示，在平面图上，用等边三角形来表示各组分的浓度。三个顶点分别代表纯组分A,B,C.每条边代表两组分所组成的二元体系。三角形内的任意点，可称为系统点，代表三组分体系。D,E,：B,C 在水中某一温度下的溶解度。 DF：B在含有C的水溶液中的溶解度曲线。若向B的饱和溶液中加入组分C，则B的溶解度沿DF变化。 EF：C在含有B的水溶液中的溶解度曲线。 F：共饱和点。溶液中B，C同时达到了饱和。 DFEA：不饱和溶液，单液相区。 BDF：固态纯B与其饱和溶液的两相平衡区。 CEF：固态纯C与其饱和溶液两相平衡区。 BFC：固态纯B，纯C，与组成为F的饱和溶液三相共存。 图2-1 三元水盐体系相图示例 系统点含量的读法，如M点，表示B的含量是：过M点作B的对边AC的平行线，交AB于G点，则AG为M点B的含量。同理可读出A,C的含量。根据此读法可推出等含量规则：组成位于平行三角形某一边的直线上，则这一组体系所含有的由顶点（对应）所代表组分的含量相同。如；M，N含B相同。 向背规则：从某一混合物不断析出某个组分时，剩余物质的组成改变方向是沿着混合物组成的点和析出组分点的连线，向着背离析出组分的方向运动。比如：欲从M中析出A，则系统点向远离A的S方向运动；反之，若加入A，则会向着MA方向移动。 举例：简单相图的蒸发过程分析。以NaCl-KCl-H2O为例。 （1） 提浓：M—N。由向背规则，A增加，向S方向移动。 （2） N—Q：KCl析出，过N点时，系统由单相区进入单固相结晶区，KCl开始析出。液相组成则沿NF移动。到Q点时，液相达到共饱和点，KCl析出易达到最大。 （3） Q—S：水A继续减少，液相不变。NaCl，KCl同时析出。 3、 实验要求 1、准备工作 在预习实验的基础上，进一步熟悉实验试剂和相关设备、仪器的使用方法；深入讨论、学习实验原理及相关知识。 2、设计实验方案 按照实验目的的要求，以二元体系的溶解度数据为依据，同组实验的同学设计出三元水盐系的原始组成；讨论在提供的实验条件下采用湿固相法获取平衡数据的方法和步骤。 测定三元相图的溶解度要以二元系统的溶解度数据为基础。由手册查得下列温度下NaCl与NH4Cl在水中的溶解度数据，见表1。 表1 二种温度下NaCl与NH4Cl的溶解度 温度（℃） 溶解度 NaCl NH4Cl 10 20 30 60 35.74 37.3 41.36 53.2 欲使溶液与固相呈平衡，必须有过量的固体存在，为此，称量的NaCl、NH4Cl一般比理论量过量20%。表2为样品配料示例。 表2 实验配料量示例 样品号 样品理论组成（%） 理论称量 NaCl 占溶解度 NH4Cl 占溶解度 NaCl NH4Cl H2O 30℃ 1 2 3 100 100 20 100 20 100 12.39 17.87 3.57 12.91 4.14 20.68 50 50 50 60℃ 1 2 3 100 100 20 100 20 100 13.10 18.65 3.73 20.37 5.62 27.6 50 50 50 分析方法 （1）NaCl含量分析 采用莫尔法测定Cl-的含量，用标准AgNO3溶液以K2CrO4为指示剂直接滴定Cl-。取25ml稀释液，以甲基红为指示剂，用NaOH溶液滴至溶液呈微红色，然后加入4滴15%K2CrO4指示剂，用标准的AgNO3溶液滴定至有砖红色Ag2CrO4产生。 (1) 式中 N1、V1——AgNO3的当量浓度与耗量，(ml) N2、V2——NaOH的当量浓度与耗量，(ml) W总——取样量，（g）。 （2）NH4Cl含量的分析 采用甲醛法测定NH4+，用甲醛液与NH4Cl反应生成HCl，然后用NaOH反滴HCl，反应式为： 4NH4Cl+6HCOOH==C6H12N4+4HCl+6H2O， 4HCl+4NaOH==4NaCl+4H2O 具体操作是：取10ml30%甲醛置于锥形瓶中，加酚酞2~3滴，用标准的NaOH滴定至呈微红色，然后再取25ml稀释好的湿固相溶液，加20ml蒸馏水稀释，再用NaOH溶液滴定至浅红色（在0.5~1min内不消失）为终点。 ， （2） （3） 式中 为样品中NH4Cl的量，（g） 3、确定实验方案 通过集体互动讨论的方式，探讨实验方案的合理性。 4、实验操作 每位同学必须独立完成操作，称量、取样、转移、定容、滴定等基本操作要进行，确保实验结果准确、合理。 5、记录、整理实验数据。 实验数据记录项目见下表所示。 三元水盐体系溶解度实验数据记录表 项 目 序 号 配料量，(g) 取样时间(h) 取样量 (g) 耗液量，(ml) NaCl NH4Cl H2O AgNO3 NaOH（1） NaOH（2） 1 2 6、数据处理 汇总实验数据，做出三元水盐系溶解度曲线图。 7、完成报告 独立完成实验报告，并对可能产生的误差进行分析。报告内容包括：本实验的目的与要求；本实验的原理与方法；归纳实验方案、操作步骤与要求；列出各点实验数据与分析结果；在坐标纸上绘出直角等腰三角形表示的三元水盐体系相图；分析评论本实验结果与实验方法。 八、讨论题 （1）本实验条件下的结果与标准值有何差异，为什么？ （2）取样操作不当，会产生那些可能情况？ 参考文献 [1] 科培列夫等著，普通化学工艺学实验指导，高等教育出版社，1955。 [2] 华东化工学院等编，分析化学，高等教育出版社，1989。 [3] 水盐体系相图及应用 _1052331302.unknown _1228568208.vsd � A(H2O)� (NaCl)B� C(NH4Cl)� E� D� F� M� ��1��� ��2��� ��3��� ��4��� N� Q� S � _1250453528.unknown _1250453485.unknown _1052365772.unknown _1052366019.unknown _1052330752.unknown