Ôn tập hoá lý Silicat phần giản đồ pha
Ơn tập Hóa lý silicat II – 2021.1 (Phân tích giản đồ pha) I HỆ CẤU TỬ II HỆ CẤU TỬ Hệ hai cấu tử hòa tan không hạn chế pha rắn Nhiệt độ bắt đầu xuất pha lỏng hệ = Nhiệt độ nóng chảy pha - Tại X: Lỏng, khơng có pha rắn XM1 𝑋𝑀 60 o NL = 𝑁 𝑀1 = 100 1 𝑋𝑁1 o ML = 𝑁 𝑀1 - 40 = 100 Tại X2: Lỏng + dung dịch rắn (vết) → Lỏng ~100% 𝑋 𝑀 60 o NL = 𝑁2 𝑀2 = 100 𝑋 𝑁 40 o NL = 𝑁2𝑀2 = 100 - Tại X3: Lỏng + rắn o Thành phần pha: 𝑋 𝑆 13 13 ▪ Lỏng = 𝐿 3𝑆3 = 10+13 = 23 3 ▪ 𝐿3 𝑋3 Rắn = 𝐿 𝑋3 10 10 = 10+13 = 23 o Thành phần hóa: ▪ Lỏng (xét điểm L3): 𝐿 𝑀 10+60 70 • 𝑁𝐿 = 𝑁3 𝑀3 = 100 = 100 3 • ▪ 𝑁 𝐿 𝑀𝐿 = 𝑁 3𝑀3 = 100 30 = 100 Rắn (xét điểm S3): 𝑆 𝑀 60−13 47 • 𝑁𝑆 = 𝑁3 𝑀3 = 100 = 100 • - 40−10 𝑁3 𝑆3 𝑀𝑆 = 𝑁 𝑀3 = 40+13 100 53 = 100 Tại X4: dd rắn + Lỏng (vết) → dd rắn ~ 100% o Hệ hai cấu tử khơng hịa tan pha rắn Sự có mặt chất (pha) khác → Nhiệt độ bắt đầu xuất pha lỏng giảm xuống - Tại X: Lỏng đồng → Lỏng 100% 𝐴𝐵− 𝐴 𝑋 70 o AL = 𝐴𝐵1 = 100 o BL = - 𝐴𝐵 30 = 100 Tại X1: Lỏng + rắn (vết) → Lỏng ~100% 𝐴𝐵− 𝐴 𝑋 o AL = 𝐴𝐵1 o BL = - 𝐴1 𝑋1 𝐴1 𝑋1 𝐴𝐵 Tại X2: Lỏng + dd rắn A o Thành phần pha 𝐴 𝑋 30 ▪ Lỏng = 𝐴 2𝑀2 = 30+15 ▪ 𝑋2 𝑀2 dd rắn = 𝐴 𝑀2 15 = 30+15 o Thành phần hoá ▪ Lỏng (xác định điểm M2): 𝐴𝐵−𝐴 𝑀 55 • A = 𝐴𝐵2 = 100 • ▪ - B= 𝐴2 𝑀2 𝐴𝐵 = 45 100 dd rắn (xác định điểm A2): • A = 100% • B = 0% Tại X3: Lỏng + dd rắn A Tại X4: o Ẩn nhiệt max: Lỏng + dd rắn A hh eutectic(vết) ▪ Thành phần pha: 𝐹𝑋 30 • Lỏng = 𝐹𝐸4 = 30+41 • ▪ dd rắn A = 𝑋4 𝐸 𝐹𝐸 41 = 30+41 Thành phần hố: • Lỏng (xét điểm E): 𝐸𝐺 29 o A = 𝐴𝐵 = 100 𝐹𝐸 • 71 o B = 𝐴𝐵 = 100 dd rắn A (xét điểm F): o A = 100% o B = 0% o Ẩn nhiệt min: Lỏng (vết) dd rắn A + hh eutectic ▪ Thành phần pha: 𝑋4 𝐸 41 • dd rắn A = 𝐹𝐸 = 30+41 • ▪ hh eutectic = 𝐹𝑋4 𝐹𝐸 = Thành phần hố: • dd rắn A(xét điểm F): o A = 100% o B = 0% • hh eutectic (xét điểm E): 𝐸𝐺 29 o A = 𝐴𝐵 = 100 𝐹𝐸 71 o B = 𝐴𝐵 = 100 - Dưới điểm X4: Rắn A + hh eutectic o Thành phần pha 𝑋4 𝐸 41 ▪ dd rắn A = 𝐹𝐸 = 30+41 ▪ 30 30+41 hh eutectic = 𝐹𝑋4 𝐹𝐸 = 30 30+41 o Thành phần hoá: ▪ dd rắn A(xét điểm F): • A = 100% • B = 0% ▪ hh eutectic (xét điểm E): 𝐸𝐺 29 • A = 𝐴𝐵 = 100 • 𝐹𝐸 71 B = 𝐴𝐵 = 100 Hệ hai cấu tử hòa tan hạn chế pha rắn, loại có điểm eutectic - Tại T1: Lỏng đồng → Lỏng 100% 𝑇𝐶 20 o MgO = 𝑀1 𝐶1 = 100 1 𝑀1 𝑇1 o CaO = 𝑀 𝐶1 - 80 = 100 Tại T2: Lỏng + đd rắn CaO o Thành phần pha 𝑇𝑆 ▪ Lỏng = 𝐿2 𝑆2 = 5+9 2 ▪ 𝐿2 𝑇2 Rắn = 𝐿 𝑆2 = 5+9 o Thành phần hoá ▪ Lỏng (xét điểm L2): 𝐿 𝐶 25 • MgO = 𝑀2 𝐶2 = 100 2 • ▪ 𝑀2 𝐿2 CaO = 𝑀 𝐶2 75 = 100 Rắn (xét điểm S2): 𝑆 𝐶 • MgO = 𝑀2 𝐶2 = 2 • - 𝑀2 𝑆2 CaO = 𝑀 𝐶2 11 100 89 = 100 Tại T5: hh eutectic dd rắn CaO o Thành phần pha 𝑇5 𝐷 15 ▪ hh eutectic = 𝐶𝐷 = 13+15 ▪ dd rắn = 𝐶𝑇5 𝐶𝐷 13 = 13+15 o Thành phần hoá ▪ hh eutectic (xét điểm C): 𝐶𝐶 33 • MgO = 𝑀 𝐶5 = 100 5 • ▪ 𝑀5 𝐶 CaO = 𝑀 𝐶5 67 = 100 dd rắn (xét điểm D): 𝐷𝐶 • MgO = 𝑀 𝐶5 = 100 5 • 𝑀 𝐷 95 CaO = 𝑀 5𝐶 = 100 5 - Hệ hai cấu tử hòa tam hạn chế pha rắn, loại có điểm peritectic - Tại điểm X1(80;1050): β + Lỏng + Thành phần pha: xét điểm X1 tới đầu mút L1 β1 + Thành phần hóa: xét L1 β1 tới đầu mút A1 P1 - Tại điểm (10;1700): Lỏng + vết α - Tại điểm (10;1600): Lỏng + α o ▪ ▪ o Thành phần pha: 𝛼1𝑋1 10−3 Lỏng = 𝛼1𝐿1 = 7+16 = 23 = 30.4% 𝑋1𝐿1 10+6 Thành phần hóa: ▪ Lỏng: 𝐿1𝐴1 10+6 26 • Ag = 𝐴1𝑃1 = 100 = 100 𝐿1𝑃1 ▪ • Pt = 𝐴1𝑃1 = - - - Tại điểm (10;1500): o Lỏng = 33 = 15% - • Pt = 𝐴1𝑃1 = = 100 100 90+7 100 97 100 = 100 Tại điểm (10;1280): Vết lỏng + α → α =100% o Thành phần hóa: ▪ Agα = 10% ▪ Ptα = 90% Tại điểm (10;1190): α = 100% Trên điểm B: Lỏng + α Tại điểm B (pứ peritectic: Lỏng + α = β ) o Ẩn nhiệt lớn (vừa chạm đường peritectic): vết lỏng + α o Ẩn nhiệt (tại nhiệt độ peritectic): ~100% α + vết β Dưới điểm B (14;800): α + β 28 o α = 32 32 74 100 Tại điểm (10;1400): Lỏng + α o Lỏng = 44 = 9% Tại điểm (10;1300): Lỏng + α 0.5 o Lỏng = 50 = % o β= - 90−16 α 𝛼1𝐴1 10−7 • Ag = = = 𝐴1𝑃1 𝛼1𝑃1 - 16 α = 𝛼1𝐿1 = 7+16 = 23 Trên C: Lỏng + α Tại C: Lỏng + α = β o Ẩn nhiệt lớn (vừa chạm đường peritectic): Lỏng + α + vết β o Ẩn nhiệt nhiệt độ peritectic: vết lỏng + α Dưới C: Chỉ có β Trên điểm D: Lỏng 100% Tại điểm D :Lỏng + vết β (phải xét điểm ẩn nhiệt lớn ẩn nhiệt min) o Ẩn nhiệt lớn (vừa chạm đường peritectic): o Ẩn nhiệt (tại nhiệt độ peritectic): - Dưới điểm D: Lỏng + β Tại D’(70;1050): Vết lỏng + β Hệ hai cấu tử hòa tan hạn chế pha lỏng Từ chất lỏng L1 tác dụng với chất rắn A tạo thành chất lỏng L2 L1 L2 không tan lẫn vào Vùng L tan hoàn toàn vào - Tại điểm X có pha lỏng L Khi làm nguội đến điểm S: L vết L1, L2 (bắt đầu có phân lớp pha lỏng L1 + L2) Làm nguội xuống điểm S: L1 L2 𝑏 o L1 = 𝑎+𝑏 𝑎 o L2 = 𝑎+𝑏 - Đến điểm R, xảy phản ứng L1 = A + L2 (phân hủy) → Xét trường hợp o Ẩn nhiệt min: A, L2 vết L1 𝑅𝑇 ▪ A=𝑇𝑇 ▪ 𝑇3 𝑅 L2 = 𝑇 𝑇 o Ẩn nhiệt max: L1, L2 vết A 𝑅𝑇 ▪ L1 = 𝑀𝑇 ▪ - 𝑀𝑅 L2 = 𝑀𝑇 Tiếp tục làm lạnh đến nhiệt độ T5 (điểm G): A + L2 → B (hàm lượng A tăng, hàm lượng L2 giảm) → Xét trường hợp o Ẩn nhiệt lớn : A, L2 vết B ▪ Thành phần pha 𝐹𝐺 • A = 𝐹𝑇 • 𝑇𝐺 L2 = 𝑇5 𝐹 ▪ Thành phần hố: • o Ẩn nhiệt min: A, B vết L2 ▪ Thành phần pha 𝐻𝐺 • A=𝑇𝐻 • 𝑇5 𝐺 B=𝑇𝐻 ▪ Chữa thi kỳ 2021.1 Đề dẫn: Từ đầu năm 2020, Tổng công ty xi măng Việt Nam (VICEM) theo đuổi kế hoạch sản xuất xi măng phát thải CO2 thấp Một giải pháp mà VICEM đưa giảm hàm lượng đá vôi (CaCO3) phối liệu Trong đợt thử nghiệm Công ty CP Vicem Bỉm Sơn, thành phần hóa học phối liệu điều chỉnh trình bày Bảng Bảng Thành phần hóa phối liệu Chỉ tiêu phân tích (% khối lượng) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2 O Na2O Mất nung 13.9 3.1 2.2 43.3 0.9 0.2 0.4 0.1 35.1 (0,5 điểm) Hãy giải thích tổng thành phần hóa khơng 100% Do phần bay nung, tạp chất có thành phần phối liệu không loại bỏ hết ĐÁ: Do nhà máy phân tích thành phần tiêu, cjir tiêu khác bị bỏ qua hàm lượng nhỏ khơng ảnh hưởng lớn tới tính chất sản phẩm vận hành sản xuất (1,5 điểm) Bỏ qua chất khác, tính tỷ lệ phần mol SiO2 CaO hỗn hợp SiO2 + CaO phối liệu nói Giả sử khối lượng phối liệu 100g Thì khố lượng SiO2 CaO tương ứng là: 13.9 43.3 g Oxit Thành phần khối lượng (%) Khối lượng 100g phối liệu (g) Số mol (mol) SiO2 CaO Tổng hỗn hợp SiO2 + CaO 13.9 43.3 - 13.9 43.3 - 0.232 0.773 1.005 Thành phần mol 23.08 76.92 100 hỗn hợp SiO2 + CaO (%) 23.08 Tỷ lệ phần mol SiO2 CaO hỗn hợp SiO2 + CaO là: 76.92 = 0.3 (2 điểm) Nhiệt độ bắt đầu xuất pha lỏng trường hợp có SiO2 CaO khác biệt so với nhiệt độ bắt đầu xuất pha lỏng phối liệu thực Vì sao? Trong phối liệu sử dụng có K2O Na2O nên nhiệt độ bắt đầu pha lỏng sớm so với trường hợp có SiO2 CaO, vì: - K2O Na2O có thành phần phối liệu, dễ làm tăng tốc độ biến đổi thù hình nên - thường có tác dụng chất trợ chảy (chất giúp giảm nhiệt độ tạo pha lỏng, thức đẩy nhanh việc tạo pha lỏng sớm để trình chuyển khối chất rắn xảy nhanh hơn) Trong phối liệu thức 450°C, chất thành phần phối liệu bắt đầu phân huỷ tạo pha lỏng Ở khoảng nhiệt độ từ 650 – 700 °C đá vôi bắt đầu phân huỷ ĐÁ: Nhiệt độ xuất pha lỏng trường hợp có SiO2 CaO cao nhiệt độ bắt đầu xuất pha lỏng phối liệu thực vì: - Phối liệu thực có mặt oxit có nhiệt độ nóng chảy thấy K2O, Na2O - Thơng thường, hệ có nhiều cấu tử nhiệt độ bắt đầu xuất pha lỏng giảm (5 điểm) Sử dụng thành phần hóa học tính Câu 2, phân tích thành phần pha thành phần hóa học pha làm nguội từ 2100oC xuống 1900oC, 1800oC, 1500oC, 1200oC 800oC Tại nhiệt độ 2100oC: lỏng + dung dịch rắn CaO o Phần mol ▪ CaO = (28-23)/(23+5) = 17.9% ▪ Lỏng = 23/28 = 82.1% - Tại nhiệt độ 1900oC: pha rắn CaO Ca2SiO4 (C2S = 2CaO + 1SiO2) o Phần mol ▪ CaO = 10/(10+23) = 30.3% ▪ Ca2SiO4 = 23/(10+23) = 69.7% - Tại nhiệt độ 1800oC: pha rắn CaO Ca2SiO4 (C2S = 2CaO.SiO2) ▪ Phần mol CaO = (33-23)/(23+10) = 30.3% ▪ Phần mol C2S = 23/(23+10) = 69.7% - Tại 1799 oC: xảy phản ứng SiO2 CaO tạo C3S o Đầu (Hmax): pha rắn CaO, C2S vết C3S (Ca3SiO5) ▪ Phần mol CaO = (33-23)/(23+10) = 30.3% ▪ Phần mol C2S = 23/(23+10) = 69.7% o Cuối (Hmin): pha rắn CaO, C3S vết C2S ▪ Phần mol CaO = (25-23)/(23+2) = 8% ▪ Phần mol C3S = 23/25 = 92% - Tại nhiệt độ 1500oC: pha rắn CaO C3S o Phần mol ▪ CaO = (25-23)/(2+23) = 8% ▪ C3S = 23/(2+23) = 92% - Tại nhiệt độ 1300 oC: có phản ứng phân hủy C3S = CaO + C2S Trong sản xuất clanke xi măng phải làm lạnh thật nhanh để trì C3S, ko cho phân hủy thành C2S - Tại nhiệt độ 1200oC: pha rắn CaO C2S o Phần mol ▪ CaO = (33-23)/(23+10) = 30.3% ▪ C2S = 23/(23+10) = 69.7% - Tại nhiệt độ 800oC: pha C2S CaO o Phần mol ▪ CaO = (33-23)/(23+10) = 30.3% ▪ C2S = 23/33+ 69.7% (1 điểm) So sánh kết thu Câu so với số liệu tra giản đồ pha trực tuyến sau: https://www.crct.polymtl.ca/fact/phase_diagram.php?file=Ca-Si-O_CaOSiO2.jpg&dir=FToxid - ... Xác định thành phần hóa pha: Phương pháp Gibbs phương pháp thay Xác định thành phần hóa Vẽ theo chiều ngược chiều kim đồng hồ: Thành phần hóa cấu tử đỉnh đối diện với IJ không đổi - Tại I: o A... xác định Unable to calculate the equilibrium point Hình Biểu đồ pha hai cấu tử hệ Al2O3 – SiO2 áp suất khí III HỆ BA CẤU TỬ Xây dựng hệ cấu tử Yếu tố ảnh hưởng đến cân hệ cấu tử cấu tử Nguyên tắc... ba cấu tử không tạo thành hợp chất hóa học - Có điểm eutecti: điểm eutecti hệ cấu tử (AB, BC, AC) điểm eutecti hệ cấu tử - Các đường mặt lỏng thể nhiệt độ độ cao Giản đồ pha cấu tử không gian chiều