三液系绘制相图的方法绘制中体系滴定至清浊变化以后为什么还要加过剩量

17.在双液系的气-液平衡相图实验中,测定工作曲;答:两者的恒温温度需要保持一致;18.本实验为何选用测折光率的方法测定气液相平衡;答:因为两者折光率相差颇大,而在一定温度下溶液的;19.在双液系的气-液平衡相图实验中,所用的蒸馏;答:蒸馏器收集气相、液相的球大小没有设计好,应根;20.在双液系的气-液平衡相图实验中,使用的样品;答:测定混合液的样品可以重复
17. 在双液系的气-液平衡相图实验中,测定工作曲线时折光率的恒温温度与测定样品时折光率的恒温温度是否需要保持一致?为什么?
答:两者的恒温温度需要保持一致。因为在不同温度时测得的折射率是不一样的,而书本给出的是30℃时浓度与折射率的关系,本实验需要利用该曲线找出所测折射率对应的浓度。
18. 本实验为何选用测折光率的方法测定气液相平衡组成?
答:因为两者折光率相差颇大,而在一定温度下溶液的折光率与组成存在对应关系,折光率的测定又只需要少量样品,所以,可以用折光―组成工作曲线来测定平衡体系的两相组成。
19. 在双液系的气-液平衡相图实验中,所用的蒸馏器尚有那些缺点?如何改进?
答:蒸馏器收集气相、液相的球大小没有设计好,应根据实验所用溶液量来设计球的规格;温度计与电热丝靠的太近,可以把装液相的球设计小一点,使温度计稍微短一点也能浸到液体中,增大与电热丝的距离;橡胶管与环境交换热量太快,可以在橡胶管外面包一圈泡沫,减少热量的散发。
20. 在双液系的气-液平衡相图实验中,使用的样品溶液能否重复使用?
答:测定混合液的样品可以重复使用,因为气液相平衡组成是由精确测定折光率而得到,测定纯乙醇和纯环己烷的沸点,还需用纯物质。
21. 在双液系的气-液平衡相图实验中,安装仪器应该注意什么?
答:安装仪器时,应检查装置的气密性;温度传感器(或温度计)不要直接碰到加热丝;电热丝应完全浸入到溶液中否则通电加热时可能会引起有机液体燃烧;检查进出水口的接管是否接好,控制水的流速,使气相全部冷凝
22. 在双液系的气-液平衡相图实验中,加热功率是否越大越好?
答:加热时,应控制电压大小,加热功率不能太大,加热丝上有小气泡逸出即可,加热丝的电压不得超过20V。
23. 在双液系的气-液平衡相图实验中,何时测定气液相组成的折光率?
答:一定要使体系达到气液平衡即温度稳定后,读取沸点,停止加热,充分冷却后才能取样分析其折射率。取样后的滴管不能倒置。
24. 在双液系的气-液平衡相图实验中,使用阿贝折光仪测折光率时应注意些什么?
答:一定要使体系达到气液平衡即温度稳定后,读取沸点,停止加热,充分冷却后才能取样分析其折射率。取样后的滴管不能倒置。棱镜不能触及硬物(特别是滴管)。棱镜上加入被测溶液后立即关闭镜头,迅速测定,以防液体样品挥发。在整个实验中,取样管必须是干净干燥的。
实验七十六
三组分液-液体系的平衡相图 1、什么是平衡相图?
答:研究多相系统的状态如何随温度、压力和浓度等条件的改变而发生改变,并用图形表示系统状态的变化,
这种图形即平衡相图,简称相图。
2、试用相律分析一下恒温恒压条件时,三组分液-液体系单相区的条件自由度是几?两相区的条件自由度是几?
答:恒温恒压条件时相律表达式为:f~=C-Φ,三组分体系C =3,即f*=3-Φ,当Φ=1时,f*=2;当Φ=2时,f*=1。
3、等边三角形坐标的顶点、线上的点、面上的点分别代表几组分的组成?
答:三个顶点分别代表三个纯组分A、B和C,AB线代表(A+B)的两组分体系,AC线代表(A+C)的两组分体系,BC线代表(B+C)的两组分体系,面上的点(三角形内各点)是三组分体系。
4、如何确定等边三角形坐标面上的点的组成?
答:通过三角形内任何一点O引平行线于各边的直线,根据几何原理,a+b+c=AB=BC=CA=100%,或者a'+b'+c'=AB=BC=CA=100%。因此,O点的组成可由a'、b'、c'来表示,即O点所代表的三个组分的百分组成是:B%= b',C%= c',A%= a'。
5、通过任一顶点B向其对边引直线BD,则BD线上的各点所表示的组成中,A、C两个组分含量的比值如何?
答:A、C两个组分的含量的比值保持不变。
6、如果有两个三组分体系D和E,将其混合之后其组成点会落在哪?
答:其成分必定位于D、E两点之间的连线上。
7、对于等边三角形坐标内的任意一组成O,向其加纯B,体系的组成点会落在哪?若蒸发掉B,体系的组成点又会落在哪?
答:向其中加入纯B时体系总组成点将沿直线OB向B移动,即落在OB直线上。蒸发掉B时体系总组成点将沿直线OB的反方向移动,即落在OB的反向延长线上。
8、已知一三组分体系P的百分组成为:B%=20,C%=30,A%=50,如何在等边三角形坐标上绘制出P点?
答:在B%=20处做一条顶点B对边的平行线,该线上所有点B的百分组成均为B%=20,再在C%=30在处做一条顶点C对边的平行线,该线上所有点C的百分组成均为C%=30,这两条平行线的交点即为P。
9、请绘制出有一对部分互溶的三组分液-液体系的平衡相图的草图,并分析各相区的相数及相态。
答:醋酸(A)和氯仿(B) 能无限混溶,醋酸(A) 和水(C)也能无限混溶,但氯仿和水只能部分互溶。在它们组成的三组分系统相图上出现一个帽形区,在a和b之间,溶液分为两层,一层是在醋酸存在下,水在氯仿中的饱和液,如一系列 a 点所示;另一层是氯仿在水中的饱和液,如一系列 b 点所示,这对溶液称为共轭溶液。
在物系点为c的系统中加醋酸,物系点向A移动,到达c1时,对应的两相组成为a1和b1,由于醋酸在两层中含量不等,所以连结线a1b1不一定与底边平行。继续加醋酸,使B,C两组分互溶度增加,连结线缩短,最后缩为一点,O点称为等温会溶点或褶点,这时两层溶液界面消失,成单相。组成帽形区的 aOb 曲线称为双结点溶解度曲线或双结线。 两相分界曲线aOb内组分点相数为二,为两液相平衡共存,曲线外组分点及曲线上点相数为一,为单液相。
10、要绘制出有一对部分互溶的三组分液-液体系的平衡相图关键是找出哪些点?如何找?
答:要绘制出有一对部分互溶的三组分液-液体系的平衡相图关键是找出双结点溶解度曲线或双结线上的点,然后绘制出双结点溶解度曲线或双结线上。如图现有一个环己烷-水的二组分体系,其组成为K′,向其中逐渐加入乙醇,则体系总组成沿K′B变化(环己烷-水比例保持不变),在曲线以下区域内则存在互不混溶的两共扼相,将溶液振荡后则出现浑浊状态。继续滴加乙醇直到曲线上的d点,体系将由两相区进人单相区,溶液将由浑浊转为清澈,继续加乙醇至e点,溶液仍为清澈的单相。如果在这一体系中滴加水,则体系总组成将沿e-C变化(乙醇-环己烷比例保持不变),直到曲线上的f点。此后由单相区进入两相区,溶液开始由清澈变浑浊。继续滴加水至g点仍为两相。此时若在此体系中
再加人乙醇,至h点则由两相区进入单相区,液体由浑变清。如此反复进行,可获得d、f、h、j…位于曲线上的点,将它们连接即得单相区与两相区分界的曲线。
11、由K′滴加乙醇到曲线上的d点,体系由两相区进人单相区,溶液由浑浊转为清澈,为何还要继续加乙醇至e点?而不是在d点直接滴加水?
答:便于出现新的清浊变化点。使混合液交替出现在单相区和两相区之间,找出不同的单、两相区的分界点,从而得到单、两相区的分界曲线。
12、 三组分液-液体系的平衡相图实验中,要绘制单相区与两相区的分界线,即双结点溶解度曲线或双结线,应准确记录哪些数据,知道哪些数据,计算出哪些数据?
答:应准确记录清浊转变时各组分的精确体积,实验温度,应知道实验温度下各纯组分的密度,然后计算出各组分的质量及质量百分数。用等边三角形坐标画图即可。
13、 三组分液-液体系的平衡相图实验中,如果滴定过程中有一次清浊转变时读数不准,是否需要立即倒掉溶液重新做实验?为什么?
答:不需要,可用乙醇或者水回滴几滴恢复,记下各试剂的实际用量。因为实验只要找出单、双相区的分界曲线上的一系列点即可。
14、 三组分液-液体系的平衡相图中,连接线交于曲线上的两点代表什么?
答:G及I代表总组成为H的体系的两个共轭溶液,G是它的水层的平衡组成,I是它的环己烷层的平衡组成。
15、三组分液-液体系的平衡相图实验中,使用的锥形瓶、分液漏斗为什么要事先干燥?
答:由于本实验是通过体积的精确测量,然后根据室温下的密度计算出相变点的组成,因此使用的锥形瓶、分液漏斗要事先干燥。如果上述仪器不干燥,会使混合溶液中的水的体积增加,使得计算的水的质量小于水的实际质量,影响实验结果。
16、 三组分液-液体系的平衡相图实验中,用水或乙醇滴定至清浊变化以后,为什么还要加入过量?过量的多少对结果有何影响?
答:为了使混合液交替出现在单相区和两相区之间,找出单、两相区的分界点,从而得到单、两相区的分界曲线。过量多时会使得实验测得的分界点位于分界曲线的后端部位,影响曲线绘制,从而影响实验结果。
17. 三组分液-液体系的平衡相图实验中,当体系总组成点在曲线内与曲线外时相数有何不同?总组成点通过曲线时发生了什么变化?
答:曲线内相数为二,曲线外相数为一。总组成点通过曲线时会从单相变成两相或者两相变成单相。
18.温度升高,体系的溶解度曲线会发生什么样的变化?在本实验操作中 应注意哪些问题,以防止温度变化而影
响实验的准确性?
答:当温度升高时,三组分体系帽形区会变小。注意不要用手捂住试剂瓶,以免增加温度,从而影响结果。实验操作中手应避免触及锥形瓶底部的溶液,防止温度升高而导致溶液挥发,滴定时动作要迅速,应减少震荡时间。
19、简述绘制三组分液-液体系的平衡相图中两相区的连接线的基本原理。
答:设将组成为E的环己烷-乙醇混合液,滴加到组成为G、质量为WG的水层溶液中,如图76-2(b)所示,则体系总组成点将沿直线GE向E移动,当移至F点时,液体由浑变清(由两相变为单相),根据杠杆规则,加入环己烷-乙醇混合物的质量WE与水层G的质量WG之比按式(1)确定
(1) WGEF
已知E点及FG/EF值后,可通过E作曲线的割线,使线段符合FG/EF=WE/WG,从而可确定出G点的位置。由G点通过原体系总组成点H,即得连接线GI。G及I代表总组成为H的体系的两个共轭溶液,G是它的水层。
20、要绘制三组分液-液体系的平衡相图中两相区中某一点的连接线,应准确记录哪些数据?
答:要绘制三组分液-液体系的平衡相图中两相区中某一点的连接线,应准
确记录某一点的组成,加入环己烷-乙醇混合物的组成及质量WE与某混合液水层G的质量WG.。
实验七十七
化学平衡常数及分配系数的测定
1. 简述测定反应KI+I2=KI3的平衡常数的基本原理。
答:在恒温下,碘(I2)溶在含有碘离子(I-)的溶液中,大部分成为络离子(I3-),并存在下列平衡:
其平衡常数表达式为:
式中:α,c,γ分别为活度,浓度和活度系数。由于在同一溶液中,离子强度相同(I-与I3-电价相同)。由德拜-休克尔公式:
lg?i??0.509Zi2
计算可知,活度系数
在水溶液中,I2浓度很小
一定温度下,故得:
为了测定平衡常数,应在不干扰动态平衡的条件下测定平衡组成。在本实验中,当达到上述平衡时,若用硫代硫酸钠标准液来滴定溶液中的I2浓度,则会随着I2的消耗,平衡将向左端移动,使I3-继续分解,因而最终只能测得溶液中I2和I3-的总量。
为了解决这个问题,可在上述溶液中加入四氯化碳(CCl4),然后充分震荡 (I-和I3-不溶于CCl4),当温度一定时,上述化学平衡及I2在四氯化碳层和水层的分配平衡同时建立,如图1所示。首先测出I2在H2O及CCl4层中的分配系数Kd,待平衡后再测出I2在CCl4中的浓度,根据分配系数,可算出I2在KI水溶液中的浓度。再取上层水溶液分析,得到I2和I3-的总量。
I2? 2 S2O3? 2 I- ? S4O6
?cI2,水层=cI?,
由于在溶液中I-总量不变,固有:
cI?,初始?cI?,
因此,将平衡后各物质的浓度代入式(7)就可求出此温度下的平衡常数Kc。
2. 在KI+I2=KI3反应平衡常数测定实验中,所用的碘量瓶和锥形瓶哪些需要干燥?哪些不需要干燥?为什么?
答:配置2号液的碘量瓶需要干燥,配置1号液的碘量瓶和锥形瓶不需要干燥。因为2号液是用来测定平衡浓度的,平衡时I-的浓度是用公式cI?,初始
求得,初始的KI浓度必须准确已知,所以必须干燥。
1号液是用来测I2在H2O及CCl4层中的分配系数Kd,分配系数与浓度无关,锥形瓶是滴定用的,滴定的是I2的总的物质的量,与浓度无关,因此不需干燥。
3. 在KI+I2=KI3反应平衡常数测定实验中,配制1、2号溶液的目的何在?
答:配置1号液是用来测I2在H2O及CCl4层中的分配系数Kd,配置2号液是用来测定反应KI+I2=KI3达平衡时各物质的平衡浓度的。
4. 在KI+I2=KI3反应平衡常数测定实验中,滴定CCl4层样品时,为什么要先加KI水溶液?
答:硫代硫酸钠标准液与溶液中I2的反应是在水层中进行,滴定CCl4层样品的I2时,先加KI水溶液是为了加快CCl4层中的I2借助于反应KI+I2=KI3提取到水层中,有利于Na2S2O3滴定的顺利进行。
5. 在KI+I2=KI3反应平衡常数测定实验中,配制的1、2号溶液是否需要恒温?为什么?
答:需要恒温,因为分配系数Kd和反应平衡常数均与温度有关,定温下为定值。
6. 在KI+I2=KI3反应平衡常数测定实验中,1、2号溶液达平衡后能否拿到恒温槽外取样?为什么?
答:不能,因为反应平衡常数与温度有关,温度改变,平衡会发生移动。
7. 在化学平衡常数及分配系数的测定实验中,如何通过平衡常数求得I3- 的解离焓。
答:测出两个反应温度下的的平衡常数,再由下式可计算的I3-解离焓。
T2?T1KcT28. 在化学平衡常数及分配系数的测定实验中,为什么应严格控制恒温?如何控制?
答:因为分配系数Kd和反应平衡常数均与温度有关,定温下为定值。所以应严格控制恒温。所配置溶液放在恒温水浴中恒温。
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第一部分:题
实验七十六
三组分液-液体系的平衡相图
1、什么是平衡相图?
2、试用相律分析一下恒温恒压条件时,三组分液-液体系单相区的条件自由度是几?两相区的条件自由度是几?
3、等边三角形坐标的顶点、线上的点、面上的点分别代表几组分的组成?
4、如何确定等边三角形坐标面上的点的组成?
5、通过任一顶点B向其对边引直线BD,则BD线上的各点所表示的组成中,A、C两个组分含量的比值如何?
6、如果有两个三组分体系D和E,将其混合之后其组成点会落在哪?
7、对于等边三角形坐标内的任意一组成O,向其加纯B,体系的组成点会落在哪?若蒸发掉B,体系的组成点又会落在哪?
8、已知一三组分体系P的百分组成为:B%=20,C%=30,A%=50,如何在等边三角形坐标上绘制出P点?
9、请绘制出有一对部分互溶的三组分液-液体系的平衡相图的草图,并分析各相区的相数及相态。
10、要绘制出有一对部分互溶的三组分液-液体系的平衡相图关键是找出哪些点?
11、由K′滴加乙醇到曲线上的d点,体系由两相区进人单相区,溶液由浑浊转为清澈,为何还要继续加乙醇至e点?而不是在d点直接滴加水?
12、三组分液-液体系的平衡相图实验中,要绘制单相区与两相区的分界线,即双结点溶解度曲线或双结线,应准确记录哪些数据,知道哪些数据,计算出哪些数据?
13、三组分液-液体系的平衡相图实验中,如果滴定过程中有一次清浊转变时读数不准,是否需要立即倒掉溶液重新做实验?为什么?
14、三组分液-液体系的平衡相图中,连接线交于曲线上的两点代表什么?
15、三组分液-液体系的平衡相图实验中,使用的锥形瓶、分液漏斗为什么要事先干燥?
16、三组分液-液体系的平衡相图实
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Origin和Matlab软件在水盐体系相图绘制中的应用
第16卷第1期2008年3月盐湖研究JOURNALOFSALTLAKERESEARCHV01.16No.1Mar.2008Origin和Matlab软件在水盐体系相图绘制中的应用刘元会l,一,邓天龙1,宋彭生1(1中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁810008;中国科学院研究生院,北京100039)摘要:随着侧g.m和Maflab等计算机软件应用予相图的绘制。相图的绘制将更加简洁准确。并可形成数字化相图。.介绍了0rigin软件在水盐体系平面相图绘制和Madab软件在水盐体系立体相图绘刺中的应用。指出了两种软件在相图绘制中尚待改进的功能。关键词:0rigin软件;Matlab软件;相图绘制;平滑;数字化中图分类号:TQ015.9文献标识码:A文章编号:1008-衢8X(2008)Ol一0036一嘶●西n软件,Origin软件绘制的相图复制到Office0前言Origin和Matlab是当前流行的图形可视化文档中时,可以直接双击相图调出OrigiIl软件进行修改,关闭Origin软件修改结果自动保存到Office文档中。Origin软件中有三角图,可绘制三元水盐体系相图,简单四元水盐体系等温和数据分析软件。Ori馥-由美国%舀nLab公司(其前身为MicmcM公司)开发,Matlab由美国MathWorks公司开发,由于这两种软件操作简洁,功能开放,运行可靠,已成为科研人员和工相图干基图和五元水盐体系相图简干图。水盐体系立体相图的绘制可利用Matlab软件,通过编写程序绘制立体相图,能够让我们深人了解数据成图的基本原理。Matlab软件图形的动态化使立体相图能够自由旋转从不同位置观察立.体相图特征,同时可通过编写程序进行立体相图中共饱点及其它文本的立体标注。1程师常用的高级数据分析和制图工具。目前,OIi咖的最高版本为7.5版,常用的有6.0和7.o版,而Matlab的最高版为7.0版,与6.5版功能相近。计算机软件的迅速发展使相图的绘制摆脱了传统手工方法的制约,完全可利用软件绘制,并形成数字化相图,但需要掌握一定的绘图方法。例如水盐体系相图,相图中的每段曲线表示同一组平衡固相所对应的饱和溶液中各种组Origin软件在水盐体系平面相图绘制中的应用1.1三角图在水盐体系等边三角形相图绘翩中的应用在水盐体系中,三元、简单四元和五元体系干盐相图,均可用Origin软件中的三角图绘制。分溶解度之问的变化,因此水盐体系相图的绘制在软件中就转化成分段曲线的绘制。水盐体系平面相图的绘制完全可利用Ori-收稿日期:2007―06―01基金项目:中国科学院”百人计划”项目(0560051057)资助Origi.软件中正三角形坐标系的三角图中的数作者简介:刘元会(1978一),无机化学专业博士生。从事相化学与计算化学专业领域研究。通讯作者:邓天龙。Email:ⅡtleI'g@isl.●c.饥.万方数据 第l期刘元会,等:Origin和Madab软件在水盐体系相图绘制中的应用37据是归一化的,即X+l,+Z=l…1。三角图的三条边X、y、Z坐标轴表示水盐体系三种组份的含量(质量分数或耶涅克指数)[2】,从每条边的最小刻度到满刻度表示该满刻度顶点位置所标记组分的含量变化。在此,首先介绍用Ori.西n软件的三角图绘制水盐体系等边三角形相图的方法。1.1.1输入数据启动orgin7.0,打开Worksheet窗口,鼠标右击窗口空白处,添加新的C(z)列,形成A(x),B(1,),C(z)三列,设各列对应三种不同组分的质量分数或耶涅克指数,输人溶解度数据,或将数据文件如*.TXT导人wod曲eet…1。具有相同平衡固相对应的平衡液相的溶解度数据为一组,上一组数据与下一组数据之间留有一行或几行空格将每组数据分隔,使其在绘制相图曲线时形成分段曲线。每组数据的特点为两个端点为边界点(在三角图坐标轴上)和共饱点、或两个不同的共饱点,共饱点会出现在多组数据中。每组数据中以一个固定组分A(X)列自上而下由小到大或由大到小排列,否则不能形成正确的相图曲线。为便于观察,也可再添加一列以标识每组数据(平衡液相组成)对应的平衡固相,鼠标右击添写平衡固相的列,在打开的Properties对话框中增加列宽(ColumnWid出),保证有足够的列宽填写固相名称。1.1.2相图曲线的绘制选中这A(x)、B(1,)、C(z)三列,在Plot下拉菜单中选择Ternary,或在最下端的2DGraphs工具条中点击△(Temaxy)按钮,在三角图中出现溶解度数据点。数据点的曲线连接。鼠标右击正三角形相图,选择PlotDetails,在PlotDetails对话框的左下角将PlotType设置为Line+Symbol(或直接在Origin工作界面最下端的2DGraphs工具条中点击Line+Symbol按钮),同时一定要在对话框右侧的Line选项卡的SymboL/Lineinterface中通过点击GaptoS弦】埘,选中下面的DrawLineBehind,确保曲线通过数据点符号;连线线型和颜色及数据点标记的样式和颜色的改变。在PlotDetails对话框右侧的Line选项卡中选择线型、线宽和颜色等,在Symbol选项卡中选择数万 方数据据点标记样式、大小和颜色,最后点击OK,正三角形坐标系中的相图曲线自动完整地绘制出来。相图中常不需格线,可通过鼠标右击正三角形相图,打开Axis对话框GridLines选项卡中将MajorGrid和MinorGrid设置为白色(White)即可消去格线。1.1.3添加文本说明以标注相图正三角形相图相区、顶点名称的标注,见图l,即需在三角图中添加文本LIJ。点击Origill:7.0工作界面左方工具条中的T按钮,在三角形相图需要标记的位置添写标注内容,如相区、相图顶点名称;标注内容的字体类型、大小和颜色等,可在OIigiIl工作界面工具条中选取,也可鼠在相图曲线绘制完成后,三角形图旁边留AxisTide。YAxisTide,ZAxisTide及图例,可修改它们(不需要时可删掉)添加文本内容如25℃平衡相图图113】,三角图底边(X轴)为Li2S04质量分为Na2S04质量分数。如果相图中有不同的曲Legend),在其中修改添加型等,见图213】。其它的文本添加如箭头、连接1.1.4多层相图曲线的绘制有时为了比较,常将多个相图放在同一三Worksheet的数据分组排列方法输入对应相图的数据。首Data列表中将其它数据表的z列数据(如data2一c)添加到LayerContents当中,点击OK,多个相图的数据点即绘制在同25℃和750C平衡相图。标右击文本框选择Properties,在对话框中设置。有X相图名称,然后将文本拖到适当位置,见简单四元体系u+,Na+,Mg+/卿一.820数,右边(y轴)为Mff,04质量分数,左边(z轴)线需要标注,可鼠标右击图例(或重新点击工具条中的图例按钮New文本,因图例中含有不同曲线的线型及数据点线等,也通过点击Graphs工具条中的相应按钮在相图上拖动鼠标实现,见图2[3J。角图中,见图2,此时需添jJIl75℃时相图图层。单击Origi.工作界面工具栏上的New按钮,产生多个数据表,在每个数据表中按前述先选择某个数据表(datal)产生三角图,出现层标I;qg双击该Graph窗口左上角层标l,在Lay.er对话框的Available一三角图中,见图2绘制的简单四元体系u+,Na+,M乎+//s0;一.H2038盐湖研究第16卷QD0图1Li+,Na+,M矿+//s硼一.如。体系25℃相图ng.1Phasediagram0fLi+,Na+,M孑+//s暖一?H20systemat25℃№-gS04―.厶一25℃,一。一75℃.Ii舢圈2Li+,Na+,M矿+//soi一.H20体系25℃和75℃相图№.2Phase血I驴如ofLi+,Na+,M矿+//s幔‘.u20systemat25and75℃1.2直角坐标系在水盐体系正方形相图和等腰直角三角形相图绘制中的应用正方形相图如四元交互水盐体系干基图和等腰直角三角形水盐体系相图可以用Origin软件直角坐标系绘制,其绘制方法与三角图类似。四元交互水盐体系相图干基图的绘制方法简要概括为四元交互水盐体系有四种组分的溶万 方数据解度,需要在Worksheet中产生四列,将数据分组输入。再添加一组X、Y栏,鼠标右键选择一栏。在快捷菜单中打开SetColumnValues对话框,输入计算耶涅克指数的公式【2J,计算出X、Y栏对应的某一阳离子和阴离子的耶涅克指数,选中这一组X、Y栏,通过PlotDetails对话框或点击Line4-Symbol按钮自动形成相图曲线。鼠标右击坐标轴,在打开的Axis对话框的“7ride&Format"对话框中设置添加四元交互体系等温相图干基图的上边框和右边框。根据四元交互体系等温相图干基图的定义【2j及计算耶涅克指数的X、Y栏所对应的离子,在方框的四角添加文本标记四种盐的名称。在同一直角坐标系中绘制多个四元交互水盐体系相图同样采用添加图层的方法,如四元交互体系u+,Na+∥Cr,S磅。.H2025℃实验相图[3】与计算相图图3,水平X轴表示2Li+的耶涅克指数(100一X为2Na+的耶涅克指数),垂直l,轴表示soi一的耶涅克指数(100一Y为2Cl’的耶涅克指数)。…△…Calculatedbytl七且utI肼∞c皤diI唱toP!it。汀tIl帅fy图3Li+,Na+//Q+,s馐一.I]20体系25℃相图№.3Phasediagram《Li+,Na+∥Cl一,soi一一H20systemat25℃三元、简单四元和五元体系干盐相图在直角坐标系中绘制成等腰直角三角形相图的方法与四元交互水盐体系相图干基图类似。等腰直角三角形相图的绘制需要两种组分的质量分数或耶涅克指数,相图的斜边通过Graphs工具条中的LineTool按钮添加。如三元体系Li+,№+∥s硝一一H2025oC等腰直角三角形相图图413J,第1期刘元会,等:Orion和Matlab软件在水盐体系相图绘制中的应用39X轴为Li2S04的质量分数,y轴为Na2S04的质量分数,H20的质量分数为100一X―Y。此时可在PlotDetails对话框右侧Line选项卡的Connect下拉列表中选择B―Spline数据点连接方式.生成的曲线对原相图数据点能够达到很好的平滑。B―SpUne拟合计算模型为n】●值得指出的是,Origin软件直角坐标系绘制的相图亦可局部放大,如单击Origin7.0界面左侧工具条中的放大按钮或将此部分数据重新绘图;但在三角坐标系绘制的相图局部放大,需要改变轴的刻度标尺,对拟选定的放大区域对xi(t)=专[(一t34-3t2―3t+1)五一I+(3t3―6t24-4)xi4-(一313+3t2+3t+1)置+I+I’丑+2】应的数据进行重新绘制,相对较为繁琐,该功能尚有待进一步改进。NIL声04K(I)={[(一13+3t2―3t4-1)K.I+(3t3―6t24-4)K+(一3t34-3t2+3I+1)K+I4-t3K+2]其中2≤i≤万一2,0<t<10佩gin根据B―Spline生成光滑曲线,和样条曲线不同该曲线不要求必须通过原始数据点()(i,Yi).但要通过第一个和最后一个数据点,对数据X也没有特别的要求。需要注意的是绘制相图B―Spline曲线时,相图中每段平衡固∞∞胁砷∞∞∞∞∞mo相对应的数据应写在一个Worksheet中,再用添加图层的方法将每段相图曲线绘制在同一相图中,然后在PlotDetails对话框中将相图中的每u+,Na+∥s0薹一.H20体系25℃相图Phase出Igram一H20systemofatl垆图4段相图曲线设置成B―Spline曲线。如四元交互体系Na+,K+∥Q’,B40季一.H2025℃相图干基图图5[6】,相图图5(a)为原相图数据点采用PlotDetailsFig.4Li+,Na+//s暖一2.5℃1.3Origin软件在相图曲线平滑中的应用实验数据曲线往往呈折线型,常需拟和平lConnect下拉列表中Straight选项(默认)生成的曲线,相图图5(b)为原相图数据点选择Connect下拉列表中B―Spline选项生成的曲线,可见B―Spline曲线对原相图数据点达到了很好的平滑。滑[4一引。有时Origin中的拟和函数及其拟和参数难以选取,拟和曲线与原相图曲线相差较远。图5Fig.5Na+,K+//CI一,134码一一H20体系25℃时平滑前(a)和平滑后(b)的相图Na+,K+//o一,B4码一.H20systematPhasediagramof25℃with(fight)andwithout(1eft)smoothness万方数据 盐湖研究第16卷1.4Odgi|l软件在相图数字化中的应用0ri鲫.0中提供有数字化插件,能够方便地对图形进行数字化分析,可从扫描的相图图片或从电子文档中无原始数据的相图图片中获取溶解度数据,这对仅有相图而未公布溶解度数据的图形数据获取具有十分重要的意义。Ori#n7.0数字化插件,Digitize.OPK可从"哪.Ori#ngab.c伽网页的File取dl锄ge目录中免费下载,双击下载的Digitize.OPK后将出现在Origin7.0界面的菜单FileIViewIToolharsIButtonGroups中,点击Digitize在ButtonGroups选项卡右侧出现Digitize按钮,将该按钮拖拽到Origin7.O界面的工具条中即可方便地使用[7―8J。数字化插件的使用方法为,首先建立数字化图形模板,单击ori鲫.0界面工具条中的Digitize按钮打开数字化图形模板,将需处理的相图图片[如文献[9】中有Van’tHoff’s(1932)较早的№+,K+,M孑+//C1。,s明一.HeO在25℃时的稳定相图]复制粘贴到数字化图形模板(在模板中适当调整图形大小)。然后设置模板中的图片图形参数。右键单击模板中的图片。在弹出的快捷菜单中选择“LabelControl…”打开,在“ObjectName”文本框输入“Imagel”,在“At.taehto”栏选择“Page”单选按钮,单击“OK”完成设置;接下来进行图片中的曲线数字化。单击Digitize按钮,在弹出的x轴对话框起止坐标栏中按粘贴图形的坐标,输入x轴坐标(本例输入X轴的起止坐标为100―0),单击“OK”,即弹出信息框,提示用双击鼠标在图5中x轴上进行确定,当x轴确定后会自动弹出x轴对话框,同理确定x轴(本例输入x轴的起止坐标为0―100);当坐标轴确定后,又会自动弹出信息框,提示在图中选定一条曲线,沿曲线逐点双击鼠标左键,确定图片的图形点,按“Ese”键完成该条曲线的数字化过程,从而获取相图上各相点的溶解度数据。重复数字化过程即可实现其它曲线的数字化。.’图形输入与设置完成全部相图曲线数字化后,Origin7.0即可创建系列相图曲线的数字化Worksheet窗口。针对获取的系列draw-n.b溶解万 方数据度数据,按照1.1和1.2节的方法,即可实现相图图片溶解度数据数字化、恢复数字化相图,见图6。‘章罨啪蚰.的砸∞∞剪加坶㈣.图6Na+,K+,孵+//o一,s暖一.印五元肄笛℃相图Fig.6plla∞diII即啦0fNa+,K+,M矿+//CI一,soi一一rhoq11i衄黟systemat2.5℃2Maflab软件在水盐体系立体相图绘制中的应用Matlab软件绘制水盐体系立体相图需要在M文件中编写程序。Origin软件中Work.sheet窗口使数据输人方便直观,可先在蚰giIl软件Worksheet窗口中将分组的溶解度数据计算成耶涅克指数,再将耶涅克指数的列整体复制到M文件中。其行列格式不变。将每组耶涅克指数设置成数组AMl,AM2,AM3等,再将每个数据组赋给变量茹,Y,z并命名,如xl=AMI(:,1),yl=AMl(:,2),zl=AMl(:,3)。为画出整个立体相图,还需添加除立体坐标系茹,Y,彳坐标轴以外其它棱的端点坐标。最后在绘图指令ploG中写出全部变量名、线型、点型等,title指令填加相图名称,文本指令text中设置立体相图顶点名称(或者在Fig文件中)及共饱点名称和位置等。运行该M文件产生Fig文件,在Fig文件中适当旋转立体图到合适的视角位置使添加的棱和坐标轴连接,调整立体相图中曲线的相对位置,为避免旋转中立体图大小变化,可在M文件中填加指令axisvis3drio]。第l期刘元会,等:Origin和Matlab软件在水盐体系相图绘制中的应用41该方法在Mathb软件Fig文件中绘制的立体相图是由2个等腰直角三角形的底面和3个与底面垂直的正方形侧面构成的三棱柱,2个.溶解度数据分组后绘制高质量的水盐体系溶解度相图。在立体相图的绘制中,Origin软件和Mathb软件尚待进一步改进和完等腰直角三角形底面表示2个简单四元水盐体。系。3个正方形侧面表示3个交互四元水盐体系,例如Ij+,№+,K+/CI。,s饵一.H20五元体系25℃立体相图图713】。在图文件中旋转立体相图,可从不同的视角观察立体相图中单固相饱和区、双固相饱和溶解度曲面、三固相共饱的溶解度曲线及体系共饱点的分布特征,使绘制善,如使OIi出软件绘制的立体相图能够自由旋转、立体点的标注等问题,Mathb软件绘制的立体相图旋转中添加的棱线位置保持不变的问题,在两种软件中添加新的立体坐标系如正四面体坐标系等。参考文献:[fl周剑平.精通伽gin7.0[M】.北京:北京航空航天大学出版社,2004:59―70。120―121,134―139.C2]牛自得。程芳琴.水盐体系相图及其应用[M].天津:天津大学出版社,2002:69―70,79―83。130一136.[3]的立体相图便于应用。^丑.珑盯哪.0_lp曲嗍『mⅨ署瞄阳p啪岛皿蝴训xjUHICIJXm“IB0pI珊0c】【lI加帕r0K0№删№唧’IbⅨ80时10一[43武新。张永胜.o蛐在曲线拟和中的应用[J】.计算机工程与应用。2005(17):206―208.[5】张凤兰.用0吨.m寻求经验公式[J】.延边大学学报(自然科学版).2ID05.31(3):188―189.[6】C,Oaet槭Q川'eM[M].JIeH证b1P^艄∞:】(1l_蛔l,1975.阎树旺,唐明林,邓天龙.№+,K+∥a’,B.吗’-啦0四元体系25℃时相平衡研究[J】.高等学校化学学报.1994.15(9):1396―1398.【7】王红.伽g.m7.0绘钳二元系相图及相图数字化[J】.青海-uA图7师范大学学报(自然科学版),2006(2):76―79.+【8】冯玉国.在伽gin7.o中进行曲线数字化处理[J】.,工程地H+,N8+,K+∥Cl’,s0童一.H20体系25℃立体干盐相图质计算机应用,20060.),鲳一39.[9】金作美,惠南。励生.NI+,K+。M矿+//a’,sol一-HiO五元体系35℃介稳相图研究【J】.高等学校化学学报.2001。?22(4):634―638.№.7Three-dimensiondI),-saltphasediagramdli+,N8+,K+∥Q‘,S0i一-820systemat25℃[10】张志涌.精通№tl曲6.5版[M】.北京:北京航空航天大3结束语应用∞giII和Mathb软件,可将水盐体系Applicationsoftheoriginand学出版社,2003:236―274.MatlabSoftwaresinPhaseDiagramPlottingofSalt―waterSystem,LIUYuan,huil一,DENG(1@咖iTi.n-lo耐,SONGofPeng-shengImtituzeofSalzLakes,ChineseAcademySc/eaces,X/n/n#810008,Ch/na;2Graduateu,av础yofChineseAcademyof&/ences,&咖孵100039,Ch/na)8sAbstract:WiththeapplicationofcomputersoftwamssuchOriginandMathbinphasediagramplotting,theevenplottingofthephasediagramwillbesimplerandmoreaccurate,andInthispaper,theapplicationsofthedigitalphasediagram咖beloaned.Originsoftwareintwo-dimensionalphasediagram(下转第72页)万方数据 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方数据
Origin和Matlab软件在水盐体系相图绘制中的应用作者:作者单位:刘元会, 邓天龙, 宋彭生, LIU Yuan-hui, DENG Tian-long, SONG Peng-sheng刘元会,LIU Yuan-hui(中国科学院青海盐湖研究所,青海,西宁,810008;中国科学院研究生院,北京,100039), 邓天龙,宋彭生,DENG Tian-long,SONG Peng-sheng(中国科学院青海盐湖研究所,青海,西宁,810008)盐湖研究JOURNAL OF SALT LAKE RESEARCH)3次刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
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