发布时间 : 星期四 文章二组分简单共熔系统相图的绘制更新完毕开始阅读
实验报告
课程名称： 大学化学实验（P） 指导老师： 成绩：_______________ 实验名称： 二组分简单共熔系统相图的绘制 实验类型： 物性测试 同组学生姓名： 【实验目的】
1. 用热分析法测绘Zn-Sn相图。 2. 熟悉热分析法的测量原理
3. 掌握热电偶的制作、标定和测温技术 【实验原理】
本实验采用热分析法中的步冷曲线方法绘制Zn-Sn系统的固-液平衡相图。将系统加热熔融成一均匀液相，然后使其缓慢冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间的关系曲线，称为冷却曲线或步冷曲线。当熔融系统在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续下降，得到一条光滑的冷却曲线，如在冷却过程中发生相变，则因放出相变热，使热损失有所抵偿，冷却曲线就会出现转折点或水平线段。转折点或水平线段对应的温度，即为该组成合金的相变温度。对于简单共熔合金系统，具有下列形状的冷却曲线[图a(a)]，由这些冷却曲线，即可绘出合金相图[图a(b)]。
在冷却过程中，常出现过冷现象，步冷曲线在转折处出现起伏[图a(c)]。遇此情况可延长FE交曲线BD于点，G点即为正常的转折点。
用热分析法测绘相图时，被测系统必须时时处于或接近相平衡状态，因此，系统的冷却速度必须足够慢，才能得到较好的结果。
装 订 线
图a 步冷曲线（a）、对应相图（b）及有过冷现象出现的步冷曲线（c）
【试剂与仪器】
仪器 镍铬-镍硅热电偶1支；UJ-36电位差计1台；小保温瓶1只；盛合金的硬质玻璃管7只；高
温管式电炉2只（加热炉、冷却炉）；调压器（2KW）1只； 坩埚钳1把；二元合金相图计算机测试系统1套。
试剂 锡、锌、铋（均为AR）；石墨粉。 【实验步骤】
1. 热电偶的制作：取一段长约0.6m的镍铬丝，用小瓷管穿好，再取两段各长0.5m的镍硅丝，制作热
电偶（此步骤一般已事先做好）。 2. 配置样品：在7只硬质玻璃管中配制各种不同质量分数的金属混合物：100%Bi；100%Sn；100%Zn；
45%Sn+55%Zn；75%Sn+25%Zn；91.2%Sn+8.8%Zn；95%Sn+5%Zn。为了防止金属高温氧化，表面放置石墨粉（此步骤由实验室完成）。 3. 安装：安装仪器并接好线路。
4. 加热溶化样品，制作步冷曲线：依次测100%Zn，100%Bi，100%Sn，45%Sn+55%Zn，
1
75%Sn+25%Zn，91.2%Sn+8.8%Zn，95%Sn+5%Zn等样品的步冷曲线。
装了样品的玻璃管放在加热炉中，接通电炉电源，调节变压器，待样品完全熔化后，再升高40~50℃，停止加热，然后把样品从加热炉里拿出放在冷却炉中。当样品放入冷却炉后，开始用UJ-36电位差计测定热电偶在冷却过程中的热电势，每20s读取一次，连续读至热电势不随时间变化后又开始下降之后2min左右即可停止。
【数据记录与处理】
装 订 线
1. 以热电势为纵坐标，时间为横坐标，绘制所有步冷曲线。见附页1~9。 2. 绘制热电偶温度校正曲线
（1）以100%Zn与100%Bi进行校正
组成 100%Zn 100%Bi 熔点/℃ 419.58 271.3 电势/V
15.84
9.46
图1 100%Zn与100%Bi热电偶温度校正曲线 450400y = 23.24x + 51.43℃R2 = 1/点350熔300250911131517电势/V （2）以100%Sn与100%Bi进行校正
组成 100%Bi 100%Sn 熔点/℃ 271.3 231.9 电势/V
10.2
8.6
图2 100%Sn与100%Bi热电偶温度校正曲线 280270y = 24.62x + 20.12℃260R2 = 1/点250熔2402302208.599.51010.5电势/V 3. 通过校正曲线计算不同组分样品的转折点与水平阶段温度
（1）100%Zn与100%Bi温度校正（相图左半部分）
表1 不同组分样品转折点与水平阶段温度（XZn：100%~8.8%）
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组成 转折点电势/V 水平阶段电势/V 转折点温度/℃ 水平阶段温度/℃ 100%Zn 15.84 — 419.58 — 55%Zn+45%Sn 13.36 6.81 361.92 209.69 25%Zn+75%Sn 10.55 6.73 296.61 207.84 8.8%Zn+91.2%Sn — 6.76 — 208.53
（2）100%Sn与100%Bi温度校正（相图右半部分）
表2 不同组分样品转折点与水平阶段温度（XZn：0~8.8%）
组成 转折点电势/V 水平阶段电势/V 转折点温度/℃ 水平阶段温度/℃
100%Sn 8.6 — 231.9 —
5%Zn+95%Sn
8.0 7.2 217.08 197.38
8.8%Zn+91.2%Sn
— 7.2 — 197.38
4. 根据表1、表2数据绘制Zn-Sn二组分共熔系统合金相图
水平阶段平均温度为（209.69+207.84+208.53+197.38+197.38）℃ / 5 = 204.16℃
图3 Zn-Sn二组分合金相图
5. Zn-Sn二元系统低共熔混合物的组成为8.8%Zn+91.2%Sn
最低共熔温度为204.16℃，与文献值200℃的相对误差为 e =| 204.16-200 | / 200 = 2.1%
【分析与讨论】 1. 误差分析
实验得到的Zn-Sn二组分合金相图基本符合我们的实验结果，温度上存在一些误差，可能原因为： （1）根据步冷曲线得到的转折点与水平阶段的位置可能存在偏差，影响了相变温度的选择。 （2）将样品加热后拿到空气中的瞬间降温速度过快，导致步冷曲线平衡状态不明显。 （3）样品长期使用后可能发生部分氧化，组分存在误差。 （4）过冷现象的存在对实验结果的计算产生较大误差。 2. 实验中遇到的问题分析
（1） 样品冷却速度过快：
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可以通过将冷却炉进行加热，使冷却炉的温度提高，即可使冷却速度下降。但注意冷却炉温度不应高于所测样品相变的最低温度，本实验选择150℃即可。
（2） 样品加热时间较长：
在测定一样品时，可以选择转折点温度由高到低进行加热测量，这样样品冷却时，可将另一待测样品放入加热炉内预热，以便节约时间，但要注意加热炉应关闭，停止加热，同时预热时间不宜过长，以免温度过高发生氧化。
（3） 有关风扇的利用
在使用风扇加速降温时，过早开启容易造成过快冷却，这样做出的图不易找到冷却平台。应该在曲线走平后再开启。当走平后的曲线稍微往下走后，可取出在大气环境下降温，这样内外温差增大，降温速度明显加快。 4