第２５卷第２期 长沙大学学报 ＶＯＩ．２５ ＮＯ．２ ２ ０ １ １年３月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＡＮＧＳＨＡ ＵＮＩＶＥＲＳ丌 Ｍａｒ．２ ０ １ １ 用Ｏｒｉｇｉｎ绘制（ＮＨ４）２ ＳＯ４一ＮＨ４ Ｃｌ—Ｈ２ ｏ（１００￣Ｃ） 三元水盐体系相图 白玉兰，梁爱琴，姚文红 （青岛农业大学化学与药学院，山东青岛２６６１０９） 摘要：对１００￣Ｃ条件下（ＮＨ ）２ＳＯ４一ＮＨ４Ｃ１一Ｈ２Ｏ三元水盐体系的相平衡进行测定，介绍用Ｏｒｉｇｉｎ绘制等温相图的方 法．通过Ｏｒｉｇｉｎ软件可在计算机上快捷完成三元水盐体系相图的绘制及数据处理，减少偏差． 关键词：Ｏｒｉｇｉｎ软件；三元体系；相图绘制 中图分类号：ＴＱ０１５．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－４６８１（２０１１）０２—００５５－０３ （ＮＨ ）２ＳＯ—ＮＨ Ｃ１一Ｈ２Ｏ三元水盐体系的常温溶解度 １．２实验方法 有人研究ｌＩ．２】，然该体系１００￣Ｃ的溶解度及相平衡关系至今 采用湿渣法，通过分析达平衡时清液和湿渣的各自组成 未见文献报导．本文在实验测定该体系１００￣Ｃ溶解度的基础 来确定物系点 】．首先将硫酸铵、氯化铵和去离子水按一定 上，介绍利用Ｏｒｉｉｇｎ软件绘制１００￣Ｃ的（Ｎ ）：ＳＯ 一ＮＨ４Ｃ１一 比例配成平衡物料，置于超级恒温油浴槽中，在１００￣Ｃ的温 Ｈ：Ｏ三元水盐体系相图，并对相图进行初步分析和应用． 度下，搅拌２４小时以上，直至液相组成经分析不随时间变 对于三元体系，根据相律若温度保持恒定，压力变化对 化，静置４小时，取液相和湿固相进行化学分析． 系统状态影响较小，所以常用三角形表示法描述三元体系组 将所取样品称量，溶解定容后采用莫尔法、甲醛法分别 成．传统相图绘制利用三角坐标纸手工绘制，耗时费力，误差 测定氯离子和铵根离子，再将各离子换算成相应的硫酸铵、 大，图形粗糙，物系点寻找和读取均存在较大误差 ］． 氯化铵的质量分数，计算水的质量分数． Ｏｒｉｉｇｎ软件是美国Ｏｒｉｉｇｎ Ｌａｂ公司开发的基于Ｗｉｎｄｏｗｓ 平台下的专业数据分析和工程绘图软件，具有强大的图形绘 ２利用Ｏｒｉｇｉｎ绘制相图 制功能和数据处理功能，可方便地进行数据统计、数值计算、 ２．１输入数据绘制溶解度曲线 线性拟合、非线性拟合等数据处理．利用Ｏｒｉｇｉｎ软件可以在 打开Ｏｒｉｇｉｎ窗口，出现工作表Ｄａｔａ１窗口如图１，右键点 计算机上方便快捷地完成三元水盐体系相图的绘制，用户界 击空白处选择“Ａｄｄ ｎｅｗ ｃｏｌｕｍｎ”，出现Ｃ列，并设为ｚ轴，将 面友好，使用方便，具有高效、准确、美观等优点，而且减少人 ｘ、Ｙ、ｚ坐标轴分别设置为ＮＨ４Ｃ１、Ｈ２Ｏ、（ＮＨ４）２ＳＯ４，在Ｄａｔａｌ 为因素引起的绘图偏差，减轻实验者工作量 】． 中输入各平衡液相的组成，并将数据按照某一物质的含量升 绘制三元水盐体系相图包括三部分工作：实验测定平衡 序排列（本文选择Ｎ ｃ１），如图２（部分数据），或将数据文 体系的溶解度；利用软件绘制溶解度曲线和连接线，完成相 件直接导人． 图；利用软件工具对相图进行分析和应用． １实验部分 １．１实验试剂和主要仪器 实验中所用氯化铵、硫酸铵试剂均为优级纯，分析测定 试剂硝酸银、铬酸钾、氢氧化钠、甲醛等均为分析纯，水为去 离子水． 实验主要仪器：ＨＨ—ＳＡ型超级恒温油浴，金坛市精达 图１ Ｄａｔａ窗口 图２输入溶解度数据 仪器制造厂；ＡＲ１１４０型电子分析天平，奥豪斯仪器上海有限 公司；ＤＧＸ一９０５３ＢＣ一１型烘箱，上海福玛实验设备有限公 选中数据，在【Ｈｏｔ】菜单中选【Ｔｅｒｎａｒｙ】，或在２Ｄ绘图工 司和自制带保温装置取样器． 具栏中点击 按钮，即在三角坐标中绘出溶解度点，选择 收稿日期：２０１０—１０—２８；修回日期：２０１０一ｌ１—０９ 作者简介：白玉兰（１９７５一），女，河北张家口人，青岛农业大学化学与药学院讲师，博士．研究方向：绿色工艺和材料 ５６ 长沙大学学报 ２０１１年３月 【Ｐｌｏｔ Ｄｅｔａｉｌｓ】菜单，设置【Ｐｒｅｖｉｅｗ】、【Ｐｌｏｔ Ｔｙｐｅ】，如图３所 示，或直接在Ｏｒｉｇｉｎ工作界面最下端的２Ｄ Ｇｒａｐｈｓ工具条中 Ｊ ｓｈｅｅｔ中输入物系点组成数据，【Ｐｌｏｔ Ｄｅｔｉａｌｓ】菜单中【Ｐｌｏｔ Ｔｙｐｅ】设置为“Ｓｃａｔｔｅｒ”，即得图６；为便于说明，我们通过 “Ａｄｄ Ｔｅｘｔ”标出各点名称Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ…等．由物系点在相图中 的位置可知物系点Ｇ平衡时为ＮＨ Ｃ１和（ＮＨ ）：ＳＯ 的不饱 点击 一按钮． 相图中常不需格线，可通过Ａｘｉｓ对话框设置对应选项， 图中Ｘ Ａｘｉｓ Ｔｉｄｅ等图例可修改或删除，添加文本内容或标 注不同曲线；在Ｇｒａｐｈ１中击右键，通过“Ａｄｄ Ｔｅｘｔ”添加，并 将文本拖到适当位置．溶解度曲线绘制完成如图４． 和水溶液单相系，物系点Ｈ平衡时为两相共存（纯固相 （ＮＨ ）２ｓｏ，，图中Ｂ点；液相饱和（ＮＨ ）２ＳＯ 的ＮＨ Ｃ１水溶 液，图中Ｋ点）；选中 具按钮，画由Ｂ点出发，经过Ｈ点 。．Ｉ 延长至与ＤＦ相交于Ｋ点的直线，选数据读取按钮 ，读出 图３ Ｐｌｏｔ Ｄｅｔａｉｌｓ设置 Ｈ２Ｏ １．００ Ｏｏ０ １．００ （Ｎｉ ｌ．）２ＳＯ， ＮＨ．ａ 图４溶解度曲线 ２．２液固连接线的绘制 在Ｄａｔａｌ窗口中增加三列，输入一组平衡时的液固相组 成，在Ｇｒａｐｈ１中点右键，选择【Ｌａｙ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ】，出现【Ｌａｙｅｒｌ】 窗口，将“Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｄａｔａ”下对应数据列的ｚ轴，添加到“Ｌａｙ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ”中，重复绘制溶解度曲线的操作、设置，完成第一条 ，ｌ 连接线的绘制．在Ｇｒａｐｈ１状态下，选中 工具按钮，沿连接 线外推至硫酸铵质量分数为１００％的点画直线．如此反复，若 Ｄａｔａ１窗口列数不能再继续增加，可建立Ｄａｔａ２的Ｗｏｒｋｓｈｅｅｔ 输入数据，画出其余连接线，如图５，即完成了相图绘制． ２．３绘制物系点和杠杆规则的应用 绘制物系点Ｇ（２３％ＮＨ４Ｃ１，６８％Ｈ２Ｏ，９％（ＮＨ４）２ＳＯ４）、 Ｈ（６．５％ＮＨ４Ｃ１，３３．５％Ｈ２Ｏ，６０％（ＮＨ ）２ＳＯ４）时，在Ｗｏｒｋ－ 液相Ｋ点组成为９．７７％ＮＨ４ＣＩ，４８．２６％Ｈ２Ｏ，４１．９７％ （ＮＨ４）２ｓｏ，． Ｈ，Ｏ １ ｏｏ ０．ｏｏ Ｏ．ｏｏ Ｏ．２５ １．ｏｏ （Ｎｉｌ． ｓ０． Ｎｉｌ．ａ 图５ １００￣Ｃ（ＮＨ４）２ＳＯ４一ＮＨ４Ｃ１一Ｈ２Ｏ体系相图 若物系点Ｈ的质量为ｉｎ，利用杠杆规则可以求出平衡时 固相和液相的质量，方法如下：建立新的Ｗｏｒｋｓｈｅｅｔ Ｄａｔａ３，选 中ｘ、Ｙ坐标，选择“Ｐｌｏｔ…‘Ｌｉｎｅ”（如图７），出现直角坐标，复 制直角坐标图层粘贴到相图，使直角坐标原点与三角坐标Ｂ 点重合（可采用放大功能），这里直角坐标为图层２；从Ｈ点、 Ｋ点分别向ｘ、Ｙ轴做垂线，读出交点Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ点数据，如 图８（局部），利用直角定律，即可计算出ＢＨ、ＨＫ线段长度， 利用杠杆规则可以求出平衡时固相和液相的质量． Ａ（Ｈ，ｏ） ０ ００ Ｏｏ０ Ｏ２５ １ ｏｏ Ｂ［（ＮＨ。）２ＳＯ １ Ｃ（ＮＨ。ＣＩ） 图６绘制物系点 总第１００期 白玉兰，梁爱琴，姚文红：用Ｏｆｉ￣ｎ绘制（ＮＨ ） ＳＯ 一ＮＨ Ｃ１一Ｈ２０（１００￣Ｃ）三元水盐体系相图 ５７ 晶，与文献［６］中常温下该体系的相图趋势相同．此体系在 １００￣Ｃ时的相图存在４个区域：单相区ＡＤＦＥ为（ＮＨ４）２ＳＯ 和ＮＨ４Ｃｌ的不饱和溶液区；两相区ＤＢＦ为纯固体 （ＮＨ４）２ＳＯ 和饱和（ＮＨ ）２ｓＯ 的ＮＨ ＣＩ溶液区，两相区ＥＣＦ 为纯固体ＮＨ Ｃ１和饱和ＮＨ Ｃ１的（ＮＨ ）２Ｓ０４溶液区；三相 区ＢＦＣ为纯固体（ＮＨ ）：ＳＯ 、纯固体ＮＨ Ｃ１和（ＮＨ４）２ＳＯ 和ＮＨ Ｃ１的共饱和溶液区；两相平衡线ＤＦ、ＥＦ分别为溶有 ＮＨ ＣＩ的（ＮＨ ） ＳＯ 溶解度曲线和溶有（ＮＨ ）２ＳＯ 的 图７绘制直角坐标 ．丝 聋 ＞－ ０．００ １ ０．２５ ３ ０．５０ ５ Ｂ［（ＮＨ．）２ＳＯ４Ｊ Ｘ Ａｘｉｓ Ｔｉｔｌｅ 图８应用杠杆规则 ３相图分析 通过对１００￣Ｃ时（ＮＨ ）２ＳＯ４一ＮＨ４ＣＩ—Ｈ：Ｏ三元水盐体 系相平衡的研究和相图的绘制，由图６可知该体系的相平衡 关系为简单的共饱和三元体系相平衡，不存在固溶体的结 ＮＨ Ｃ１溶解度曲线 共饱和点Ｆ组成为３２．３５％ＮＨ４Ｃ１，４３． ８２％Ｈ２０，２３．８３％（ＮＨ４）２ＳＯ４，是（ＮＨ４）２ＳＯ４和ＮＨ４Ｃ１的共 饱和溶液，Ｄ点、Ｅ点分别为（ＮＨ４）２ＳＯ，和ＮＨ４Ｃｌ的饱和 溶液． 参考文献： ［１］汪庆华，付鹤鏊，宋德镇，等．（ＮＨ４）２ＳＯ４一ＮＨ４ＣＩ—ＮＨ４ ＨＣＯ３ 一Ｈ２０体系在ＩＯ￣Ｃ时的溶解度相图［Ｊ］．化学研究与应用， １９９５，７（２）：２０９—２１１． ［２］Ｍｉｔｃｈｅｌｌ Ｊ Ｐ，Ａｌｂ￣ｇｈｔ Ｊ Ｇ．Ｔｅｒｎａｒｙ ｍｕｔｕａｌ ｄｉｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ＮＨ４Ｃ１一（ＮＨ４）２ｓｏ４一Ｈ２Ｏ ａｔ ２９８．１５Ｋ ｂｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ［Ｊ】．Ｊ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｃｈｅｍ，２００７，（３６）：ｌ４５７—１４６８． ［３】刘元会，邓天龙，宋彭生．Ｏｒｉｇｉｎ扣Ｍａｆｌａｂ软件在水盐体系相图 绘制中的应用［Ｊ］．盐湖研究，２００８，１６（１）：３６—４１． ［４］胡玮，曹红燕，李建平．用Ｏｒｉｇｉｎ绘制氯仿一醋酸一水三元液系 相图［Ｊ］．实验技术与管理，２００７，２４（３）：４６—４８． ［５］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． ［６］傅献彩，沈文霞，姚天扬，等．物理化学［Ｍ］．北京：高等教育出版 社。２００５． （责任编校：睛川）