相圖應用--冰塊+食鹽可制簡易小空調

2021-03-05 物理化學學習

最近看到一則新聞:「冰塊+食鹽可制簡易小空調」。

註:視頻來源江蘇新聞。

話說視頻中,主持人將食鹽加入到冰中,神奇的發現形成的混合物的溫度可以下降到-17度。在場的人無不為之驚奇而驚嘆。

那麼問題來了,

食鹽和冰混合,最低能維持在多少度呢?

這和冬天裡積雪結冰路面上撒工業鹽有什麼關係呢?

這裡的一切都可以用我們的相圖來解釋。

我們可以看看NaCl和H2O2的相圖。如下圖:

(普及一下,縱坐標為溫度,很坐標為NaCl的濃度)

視頻中向冰中加入了NaCl,冰比較多,所在區域應該為:冰+NaCl溶液區。

1. 食鹽和冰混合,最低能維持在多少度呢?

從相圖中可以看出E點對應的溫度為-21.1度,也就是說利用冰,NaCl溶液,NaCl.2H2O固體三相存在時,其三相的平衡溫度為-21.1度,也就是說,最低可以達到-21.1度。

在家可以嘗試這個喲!(不過需要很多的鹽,要一直加到鹽不在溶解為止。要主要安全,不要被凍傷了!)

2. 這和冬天裡積雪結冰路面上撒工業鹽有什麼關係呢?

從圖中可以看出,當NaCl的濃度低於E點時,其固液區所存在的溫度低於零度。即,出現冰(該固液區的固態為冰)的溫度明顯低於0度,所以冬天在路面上撒鹽的原理在這裡喲!

與之類似的有教材中硫酸銨-水的相圖。

實驗室常常利用這種冰-鹽浴作為低溫反應的溫度控制。

常見的低溫冰鹽浴的配方如下:

低溫冰鹽浴配方 (碎冰用量100克) 

浴溫(℃) 鹽類及用量(克)  

-4.0 六水CaCl2(20g)  

-9.0 六水CaCl2(41g)  

-21.5 六水CaCl2(81g) 

 -34.1 KNO3(2g)+ KCNS(112g)

 -54.9 六水CaCl2(143g)  

-21.3 NaCl(33g)  

-17.7 NaNO3(50g)   

-30.0 NH4Cl(20g)+NaCl(40g) 

-30.6 NH4NO3(32g)+ NH4CNS(59g) 

-30.2 NH4Cl(13g)+ NaNO3(37.5g) 

-40.3 六水CaCl2(124g)  

-37.4 NH4CNS(39.5g)+NaNO3(54.4g) 

-40 NH4NO3(42g)+NaCl(42g) 

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