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： 物性测试实验
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、实验材料与试剂（必填） 四、实验器材与仪器（必填）
五、操作方法和实验步骤（必填） 六、实验数据记录和处理
七、实验结果与分析（必填） 八、讨论、心得
一、实验目的和要求
1. 用热分析法绘制Sn-Zn相图
2. 熟悉热分析法的测量原理
3. 掌握热电偶的标定和测温技术
二、实验基本原理
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。在定压下把体系从高温逐渐冷却，作温度对时间变化曲线，即步冷曲线。体系若有相变，必然伴随有热效应，即在其步冷曲线中会出现转折点。从步冷曲线有无转折点就可以知道有无相变。测定一系列组成不同样品的步冷曲线，从步冷曲线上找出各相应体系发生相变的温度，就可绘制出被测体系的相图。
在冷却过程中，常出现过冷现象，布冷曲线在转折点出现起伏，遇此情况可通过作图法找到正常的转折点。
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。
三、实验材料试剂与器材仪器
仪器 ： 镍铬-镍硅热电偶1支；U-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。
图1.整套装置图
四、实验操作方法和步骤
（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的捏个丝，参照教材制作热电偶。（实验室已制作）
（2）配置样品：
100%Bi 100%Sn 100%Zn 45%Sn+55%Zn 91.2%Sn+8.8%Zn 95%Sn+5%Zn
（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 91.2%Sn+8.8%Zn 95%Sn+5%Zn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，再升高温度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20秒读取一次，连续渎至热电势不随时间变化后又开始下降后2min左右即可停止。
五、实验数据记录和处理
（1） 以热电势为纵坐标，时间为横坐标，绘制所有步冷曲线。（8张附后）
（2）绘制热电偶矫正曲线（见图1、图2）
（3）从矫正曲线中查出45%Sn+55%Zn 91.2%Sn+8.8%Zn 95%Sn+5%Zn样品的转折点温度。
（4）以横坐标表示组成，纵坐标表示温度，做出Zn-Sn二组份合金相图。
（5）根据相图找出Zn-Sn二元系统低共熔混合物的组成和最低共熔温度，并与文献值比较。
（1）第十二台仪器的矫正曲线的制作
表1.纯Zn和纯Sn
图1.纯Zn和纯Sn矫正曲线
第十台仪器的矫正曲线的制作
表1.纯Zn和纯Sn
图2. 纯Sn和纯Sn矫正曲线
（2）在各样品组成的步冷曲线中找出转折点温度。
第十二台仪器的校正：
矫正关系式： y = 0.0415x - 1.338 y代表热电势 x代表温度
第十台仪器的校正：
矫正关系式： y = 0.0410x – 1.215 y代表热电势 x代表温度
（3）
图3.Zn-Sn二组份合金相图
误差分析
1. 电位差计精确度不够，仪器出现的误差。
2. 样品不纯，可能被氧化，精度不够。
3. 在降温过程中人为地把瓷管拿出来，以加快降温的速度带来的误差。
注意事项
1. 用电炉加热样品时，温度要适当，温度过高样品易氧化变质；温度过低或加热时间不够则样品没有完全熔化，步冷曲线转折点测不出。
2. 热电偶热端应插到样品中心部位，在套管内注入少量的石腊油，将热电偶浸入油中，以改善其导热情况。搅拌时要注意勿使热端离开样品，金属熔化后常使热电偶玻璃套管浮起，这些因素都会导致测温点变动，必须注意。
3. 在测定一样品时，可将另一待测样品放入加热炉内预热，以便节约时间，体系有两个转折点，必须待第二个转折点测完后方可停止实验，否则须重新测定。
4. 电炉加热到设定温度后，注意将电炉电压调到零。
5. 操做要小心烫伤。
六、实验结果与讨论
1. 本实验成败的关键是步冷曲线上折变和水平线段是否明显。步冷曲线上温度变化的速率取决于体系与环境间的温差、体系的热容量、体系的热传导率等因素，若体系析出固体放出的热量抵消散失热量的大部分，转折变化明显，否则就不明显。故控制好样品的降温速度很重要，一般控制在6℃/min ～8℃/min，在冬季室温较低时，就需要给体系降温过程加以一定的电压（约20V左右）来减缓降温速率。
2. 在更换样品与放置样品时要小心，否则容易打破样品管，使得液体金属将流入加热炉内。此外，在使用风扇加速降温时也要注意，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。
3. 在记录纸上取点时，要取准确，便于转折点的读取。在转折点前和转折点后分别取两个点，作出函数关系，然后计算转折点热电势值。
4. 在前一个样品进行冷却时，可将下一样品放入加热炉，用余温加热，这样即可缩短测定时间，又可节约资源。
5. 在加热过程中，要用热电偶搅拌，但幅度要小，这样液体样品混合均匀，读出的温度更准确。
第二篇：简单二元系统相图的绘制
实验一简单二元系统相图的绘制
一、目的与要求：
1．用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图。
2．了解热分析法的测量技术与热电偶测量温度的方法。
二、原理：
相图是多相体系处于相平衡状态时体系的某物理性质（如温度）对体系的某一自变量（如组成）作图所得的图形，图中能反映出相平衡的情况（相对数目及性质等），故称为相图。二元或多元体系的相图常以组成为自变量其物理性质则大多取温度。由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质以及多相体系相平衡情况的变化，都要用到相图。
图1-1是一种类型的二元简单低共熔物相图，图中A、B表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T，横轴是组分B的百分含量B%，在acb线的上方，体系只有一个相（液相）存在，在ecf以下，体系有二个相（晶体A和B）存在，在ace包围的面积中，一个固相（A）和一个液相（A在B中的饱和熔化物）共存，在bef所包围的面积中，也是一个固相（B）和一个液相（B和A中的饱和熔化物）共存。图中C是ace与bef两个相区的交点，有三相（晶相A、晶相B、饱和熔化物）共存。所以测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。常用的方法就是热分析实验法。
热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度，将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间读体系温度一次，所以得历次温度值对时间作图，得一曲线，一般称为步冷曲线或冷却曲线。
在冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，因此步冷曲线的斜率发生变化而出现转折点，所以这些转折点温度就相当于被测体系在相图中分隔线上的点子，若图1-2是图1-1中组成为P的体系步冷曲线，则点2、3就分别相当于相图中的点G、H。因此，取一系列组成不同的体系，作出它们的步冷曲线，求出各转折点，即能画出二元体系的最简单相图（对复杂的相图，还必须配合其它方法，方能画出）。
从相图定义可知，用热分析法测绘相图的要点有：
1．被测体系必须时时处于或非常接近于相平衡状态。因此，体系冷却时，冷却速度必须足够慢，以保证上述条件近于实现。
2．测定时被测体系的组成必须与原来配制样品时的组成值一致，如果测定过程中样品处于不均匀或样品发生氧化变质。这一要求就不能实现。
3．测得的温度值必须能真正反映体系所测时间的温度值，因此，测温仪器的热容必须足够小，它与被测体系的热传导必须足够良好，测温元件必须深入到被测体系内部。总之，在实验中必须准确地测出系统在冷却过程中的“温度—时间”曲线即步冷曲线。
本实验测定铅、锡二元金属体系的相图，用热电偶作测温元件，通过保温电炉来控制体系的冷却速度。
三、仪器和试剂
立式加热保温坩埚炉五只（盛放被测样品）。
试样：纯Pb；纯Sn；30%Sn70% Pb；61.9%Sn38.1% Pb；80%Sn20% Pb。
温度控制仪一台
铜—康铜热电偶一只
铅（化学纯）
锡（化学纯）
四、操作步骤
1．取一样品（记住其组成），将其加热丝两端与温度控制仪输出端连接，接通电源后，加热样品至熔化后切断电源（此时热电偶可以旋转）。
2．用热电偶套管稍加搅动，作好准备，一人读数，一人作记录，要求每隔30秒钟读一次温度值，直至作出完整步冷曲线（约180℃时完全析晶）。
3．重复1、2方法，作2-3个样品，两个组合作出全部样品的步冷曲线。
五、数据处理
1．将实验所得数据在坐标纸上绘出步冷曲线；
2. 根据实验结果绘制Pb~ Sn相图。
思考题：为什么样品在冷却过程中会出现温度回升现象？