Файл: Курсовая работа по дисциплине Материаловедение.pdf

кристаллический NaCl (0 % FeCl
3
) и химическое соединение X
(FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
(50.6 % FeCl
3
). Количество кристаллических компонентов после окончания кристаллизации можно найти по правилу рычага. Рассмотрим эвтектику, соответствующую точке Е. Кристаллическими фазами, входящими в состав этой эвтектики являются расположенные справа и слева от нее чистые компоненты – химическое соединение Хи кристаллы FeCl
3
(100 % FeCl
3
). Количество кристаллических компонентов после окончания кристаллизации можно найти по правилу рычага. Таблица 4.1. Качественный и количественный состав эвтектик. Описание эвтектик Качественный состав Количественный состав
NaCl
-
(FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
25.7
%
NaCl и
74,3
%
(FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
(FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
-
FeCl
3 39,3 % (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y и 60,7 % Задание 5. Вычертите все типы кривых охлаждения, возможные для данной системы, укажите, каким составам на диаграмме плавкости эти кривые соответствуют.

I – 100 % NaCl Дот расплав. Т. 1-1’ кристаллизация NaCl. Нижет охлаждение
NaCl.
II – 80% NaCl, 20 % Дот расплав. Вт начинается кристаллизация NaCl, она идет дот. Т 3-3’ – эвтектическая реакция – из оставшейся жидкости одновременно кристаллизуются NaCl и (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
. Нижет охлаждения сплава, состоящего из NaCl и эвтектики.
III – 62.4 % NaCl, 37.6 % Дот расплав. Т. 4-4’ – эвтектическая реакция – из жидкости одновременно кристаллизуются NaCl и (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
. Нижет охлаждения сплава, состоящего из эвтектики.
IV – 42.5 % FeCl
3
, 57.5 % Дот расплав. Вт начало кристаллизации химического соединения
(FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
. до точки 6. Т 6-6’ – эвтектическая реакция – из оставшейся жидкости одновременно кристаллизуются NaCl и (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
.. Нижет охлаждения сплава, состоящего из (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
. и эвтектики.
V – 50.6 % FeCl
3
, 49.4 % Дот расплав. Т 7-7’ кристаллизация химического соединения
(FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
. Нижет охлаждение кристаллизовавшегося химического соединения (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y
VI – 60 % FeCl
3
, 40 % Дот расплав. Вт начало кристаллизации химического соединения
(FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y до точки 9. Т 9-9’ – эвтектическая реакция – из оставшейся жидкости одновременно кристаллизуются (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y и FeCl
3
. Нижет охлаждения сплава, состоящего из (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y и эвтектики.
VII – 80.6 % FeCl
3
, 19.4 % Дот расплав. Т. 10-10’ – эвтектическая реакция – из жидкости одновременно кристаллизуются (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y и FeCl
3
. Нижет охлаждения сплава, состоящего из эвтектики.

VIII – 10 % NaCl, 90 % FeCl
3 Дот расплав. Вт начинается кристаллизация FeCl
3
, она идет дот. Т 12-12’ – эвтектическая реакция – из оставшейся жидкости одновременно кристаллизуются (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y и FeCl
3
. Нижет охлаждения сплава, состоящего из FeCl
3
и эвтектики.
IX – 100 % Дот расплав. Т. 13-13’ кристаллизация FeCl
3
.. Нижет охлаждение Задание 6. В каком фазовом состоянии находятся системы, содержащие 10, 45, 75 % вещества FeCl
3
при температуре 1033 К Что произойдет с этими системами, если их охладить до температуры 983 К Система, содержащая 10 % вещества Система содержит 10 % FeCl
3
. При температуре Т К состояние системы характеризует точка с. Система состоит из расплава и кристаллов

NaCl. При охлаждении системы до температуры Т К состояние системы характеризует точка с. Система состоит из расплава и кристаллов NaCl. Система, содержащая 45 % вещества Система содержит 45 % FeCl
3
. При температуре Т К состояние системы характеризует точка d’. Система состоит из расплава. При охлаждении системы до температуры Т К состояние системы характеризует точка d’’. Система состоит из расплава и кристаллов химического соединения (Система, содержащая 75 % вещества Система содержит 75 % FeCl
3
. При температуре Т К состояние системы характеризует точка e’. Система состоит из расплава. При охлаждении системы до температуры Т К состояние системы характеризует точка e’’. Система состоит из расплава. Таблица 6.1. Фазовое состояние системы с различным содержанием компонента А. Содержание вещества в системе,
% мол. Фазовое состояние системы при температуре Фазовое состояние системы при температуре = 983 К c =10 расплав + NaCl расплав + NaCl d = 45 расплав расплав + (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y e = 75 расплав расплав Задание
7. Определите число фаз и число условных термодинамических степеней свободы системы при эвтектической температуре и молярной доле компонента Аи. Система, содержащая % мол. вещества А соответствует линии f. Эвтектическая температура данной системы 975 К. При эвтектической температуре система состоит из 3 фаз расплав, кристаллы химического соединения (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y и кристаллы NaCl.

Рассчитаем число условных термодинамических степеней свободы системы
C = K + 1 – Ф, где С – число степеней свободы системы К – число компонентов, образующих систему
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях Ф – число фаз, находящихся в равновесии. Таким образом К – два компонента NaCl и Ф – три фазы.
C = 2 + 1 – 3=0 система нонвариантная, процесс идет при постоянной температуре. Система, содержащая 95 % мол. вещества А соответствует линии L. Эвтектическая температура данной системы 622 К. При эвтектической температуре система состоит из 3 фаз расплав, кристаллы химического соединения (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y и кристаллы Рассчитаем число условных термодинамических степеней свободы системы
C = K + 1 – Ф, где С – число степеней свободы системы К – число компонентов, образующих систему
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях Ф – число фаз, находящихся в равновесии. Таким образом К – два компонента NaCl и Ф – три фазы.

C = 2 + 1 – 3=0 система нонвариантная, процесс идет при постоянной температуре. Задание 8. При какой температуре начнет отвердевать расплав, содержащий 10 % вещества FeCl
3
? При какой температуре он отвердеет полностью Каков состав первых кристаллов Расплав, содержащий 10 % вещества FeCl
3 соответствует линии с. Расплав начнет отвердевать при температуре примерно 1055 К, соответствующей точке с н, которая лежит на части линии ликвидус ВЕ
1
Расплав отвердеет полностью при температуре > 975 К, соответствующей точке с к, которая лежит на части линии солидус КЕ
1
Чтоб определить состав первых кристаллов проведем из точки начала кристаллизации с н прямую, параллельную оси концентраций, до линии образующейся кристаллической фазы NaCl. Поставим точку с кр. Опустим перпендикуляра ось концентраций из точки с кр и получим состав первых кристаллов 100 % NaCl. Задание 9. При какой температуре начнет плавиться система, содержащая 45 % вещества FeCl
3
? При какой температуре она расплавится полностью Каков состав первых капель расплава Расплав, содержащий 45 % вещества FeCl
3
соответствует линии d. Система начинает плавиться при эвтектической температуре 975 К соответствующей точке d н, лежащей на части линии солидус E
1
X’. Система расплавится полностью при температуре >995 К соответствующей точке II, лежащей на линии ликвидус Е
1
Х. Состав первых капель расплава соответствует химическому составу эвтектики – 37,6 % FeCl
3
и 62,4 % NaCl. Задание 10. Вычислите теплоты плавления веществ Аи В. Зависимость температуры кристаллизации расплава от состава расплава выражается уравнением Шредера:

где
– мольная доля вещества в смеси
– мольная теплота плавления чистого вещества
– температура плавления чистого вещества
T – температура начала кристаллизации расплава смольной долей N. Рассчитаем теплоту плавления вещества NaCl. Для расчета возьмем сплав, содержащий 90% NaCl. Мольная доля
NaCl в системе
. Температура начала кристаллизации системы, содержащей 90% NaCl Т К (точка с н. По диаграмме
(точка B). Теплота плавления NaCl составила 55.1 кДж/моль. Рассчитаем теплоту плавления вещества Для расчета возьмем сплав, содержащий 90% FeCl
3
. Мольная доля
FeCl
3
в системе
. Температура начала кристаллизации системы, содержащей 90% Т К (точка 11). По диаграмме
(точка A). Теплота плавления NaCl составила 5.6 кДж/моль. Задание 11. Какой компонент и сколько его выкристаллизуется из системы, если 2 кг расплава, содержащего, 45 % веществаА,охладить от
T
1
=1033 К до T
2
=983 К Расплав, содержащий 45 % вещества FeCl
3
соответствует линии а. При температуре 1033 К весь сплав находится в виде расплава (точка
I). При охлаждении до 983 К сплав состоит из расплава и кристаллов химического соединения (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y и обозначен точкой d’’.

Химический состав кристаллов (FeCl
3
)
x
*(NaCl)
y соответствует точке m
(50.6 % FeCl
3
, 49.4 % NaCl). Химический состав расплава соответствует точке n (40 % FeCl
3
, 60 %
NaCl). Определим соотношение компонентов по правилу рычага. Учитывая то, что изначальная масса расплава составляла 2 кг = 100 %, в точке d’’ количество кристаллов составит 47.2 % = 944 гр. Список использованной литературы.
1. Конспект лекций дисциплины Материаловедение (основные сведения из главы 5).
2.
Н.Л.Глинка. Общая химия под редакцией В.А.Попкова,
А.В.Бабкова. – М.:Изд-во Юрайт, 2011. -886 с.
3. Н. Г. Новиков. Общая и экспериментальная химия Текст : учеб. пособие / Н. Г. Новиков, ИМ. Жарский . - Минск : Соврем. шк, 2007- 832 с.
4. П. Эткинс, Дж. Де Паула. Физическая химия Ч. Равновесная термодинамика. –М.:Мир, 2007 – 494 с.
5.
В.В.Еремин, С.И.Каргов, И.А.Успенская и др. Основы физической химии. Теория и задачи. − М.:изд−во Экзамен 2005 6.
А.Г.Стромберг, Д.П.Семченко. Физическая химия. – М
Высш.Шк., 2003. – 527 с. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА.
7.
К.С.Краснов, Н.К.Воробьев, И.Н.Годнев и др. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодинамика. - М.:Высш. шк. - 512 с.
8.
Н.В.Коровин. Общая химия- М.:Высш.Шк., 1998. - 558 с.