双液系相图实验报告

双液系相图实验报告
二组分完全互溶双液系气-液平衡相图
实验报
课程名称：大学化学实验（P）指导老师：成绩：_______________
实验名称：二组分完全互溶双液系气-液平衡相图实验类型：物性测试同组学生姓名：【实验目的】
1. 学习测定气-液平衡数据及绘制二组分系统相图的方法，加深理解相律和相图等概念。

2. 掌握正确测量纯液体和液体混合物沸点的方法。

3. 熟悉阿贝折光仪的原理及操作，熟练掌握超级恒温超的使用和液体折射率的测定。

4. 了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。

【实验原理】
两种液态物质若能以任意比例混合，则称为二组分完全互溶液态混合物系统。

当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时就会沸腾，此时的温度就是沸点。

在一定外压下，纯液体的沸点有确定值，通常说的液体沸点指101.3kPa下的沸点。

对于完全互溶的混合物系统，沸点不仅与外压有关，还与系统的组成有关。

在一定压力下，二组分完全互溶液态混合物系统的沸点与组成的关系可分为三类：（1）液态混合物的沸点介于两纯组分的沸点之间，如苯-甲苯系统；（2）液态混合物有沸点极大值，如丙酮-氯仿系统；（3）液态混合物有沸点极小值，如水-乙醇系统、苯-乙醇系统。

对于第（1）类，在系统处于沸点时，气液两相的组成不相同，可以通过精馏使系统的两个组分完全分离。

第（2）、（3）类是由实际系统与拉乌尔定律产生严重偏差导致。

正偏差很大的系统，如第（3）类，在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时，如第（2）类，则会出现极大值。

相图中出现极致的那一点，称为恒沸点，恒沸点温度和组成都是非常重要的平衡数据。

具有恒沸点组成的二组分混合物，在蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，整个蒸馏过程中沸点恒定不变，因此称为恒沸混合物，如要获得两纯组分，则需采取其他方法。

液态混合物组成的分析是相平衡实验的关键。

组分分析常采用折射率法、密度法等物理方法和色谱分析法等。

本实验采用折射率法。

在一定温度下的折射率是物质的一个特征参数，液态混合物的折射率与组成有关，一般呈简单的函数关系。

因此，测定一系列已知浓度的液态混合物在某一温度下的折射率，作出该液态混合物的折射率-组成工作曲线，根据未知液态混合物的折射率值，可按内插法得到这种未知液态
混合物的组成。

折射率是温度的函数，测定时必须严格控制温度。

本实验采用配置超级恒温槽的阿贝折光仪来测量平衡气、液相的组成。

【试剂与仪器】
仪器沸点仪、阿贝折光仪、超级恒温槽、电子天平各1台；调压变压器1只；温度计（50~100℃，1/10℃）1支；普通温度计（1~100℃）1支；250mL烧杯1只；针筒2只；电吹风1只；滴管若干只；擦镜纸。

试剂环己烷（AR）；无水乙醇（AR）。

【实验步骤】
1. 制作环己烷-乙醇液态混合物的折射率-组成工作曲线（实验室完成）。

2. 安装沸点仪：将干燥的沸点仪安装好，检查带有温度计的软木塞是否塞紧及温度计的位置。

加热用
的电热丝要靠近容器底部的中心。

3. 测定沸点：自液体取样口加入乙醇200~25mL，开冷却水，接通电源，缓慢加热，使沸腾时玻璃提
升管喷溢的沸腾液能不断冲在水银球上，且蒸气能在冷凝管中凝聚。

如此沸腾一段时间，使冷凝液不断淋洗小球中的液体，知道温度计读数稳定为止。

分别记录温度计和辅助温度计的读数。

4. 取样分析：切断电源，停止加热，用250mL
烧杯盛冷水套在沸点仪底部，冷却容器内液体，用干燥管吸取蒸汽冷凝液和残留液，供测定折射光率用。

5. 测定折射率：调节通入阿贝折光仪的超级恒温槽水温与制作工作曲线的温度一致（30.0℃），
然后分别测定蒸汽冷凝液和残留液的折射率。

每个样品要平行测定3次折射率值。

测毕后由加料口逐次加入1mL、3mL、3mL、5mL、…环己烷，重复试验，分别测定其沸点和折射率，至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止，停止加入环己烷。

6. 然后将沸腾夜混合物倒入回收瓶中，吹干仪器，再加入30mL环己烷。

如前操作，不过逐次
加入0.2mL、0.3mL、0.5mL、1mL、1mL、3mL、3mL、…直至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止。

*本次试验步骤6由同组成员完成【数据记录与处理】
室温：27.7℃，大气压：101kPa。

1.
25mL乙醇中加入环己烷实验。

温度计露茎校正（测量温度计至53.70℃以上部分露出）。

校正公式t = t1 + 0.000156 h（t1- t2 ）
t1为测量温度计读数；t2为辅助温度计读数；h为测量温度计露出部分高度（以℃表示）h= t1 – 53.70℃；0.000156为水银相对玻璃的膨胀系数。

表1 环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（一）
环己烷加入量/mL 混合物沸点/℃辅助温度/℃校正后沸点/℃
气相（冷凝液）折射率
组成
液相（残留液）折射率
组成
0 1 3 3 5 5 7 7 7 5 3.5 2
79.94 76.40 73.60 68.90 70.60 66.15 65.30 65.00 64.80 64.75 64.72 64.70
27.4 25.0 24.3 29.0 29.5 28.9 29.0 28.9 28.8 29.0 29.1 29.0 80.16 76.58 73.75 68.99 70.71 66.22 65.37 65.06 64.86 64.81 64.78 64.76
1.3567 1.3682 1.3785 1.3860 1.3879 1.3947 1.3962 1.3968 1.3971 1.3973 1.3974 1.3975
0 0.128 0.254 0.356 0.385 0.494 0.518 0.529 0.534 0.538
0.539 0.541
1.3564 1.3583 1.3633 1.3679 1.3744 1.3787 1.3873 1.3847 1.3911 1.3935 1.3949 1.3968
0 0.015 0.072 0.125 0.201 0.257 0.333 0.378 0.435 0.474 0.497 0.529
2. 30mL环己烷中加入乙醇实验。

温度计露茎校正（测量温度计至60.21℃以上部分露出）。

校正公式t = t1 + 0.000156 （t1-60.21）（t1- t2）
表2 环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（二）
乙醇加入量
/mL 混合物沸点/℃辅助温度/℃校正后沸点/℃
气相（冷凝液）折射率
组成
液相（残留液）折射率
组成
0 0.2 0.3 0.5 1 1 3 3 3 2 79.25 78.80 76.05 72.30 67.70 65.35 64.88 64.80 64.77 64.75 28.0 30.5 31.4 31.9 32.0 32.0 32.0 31.0 30.0 30.1 79.40 78.94 76.16 72.38 67.74 65.38 64.90 64.82 64.79 64.77
1.4203 1.4190 1.4088 1.4054 1.4005 1.3993 1.3986 1.3980 1.3976 1.3976 1 0.972 0.753 0.685 0.593 0.572 0.560 0.550
0.543 0.543 1.4206 1.4196 1.4188 1.4174 1.4158 1.4130 1.4054
1.4020 1.3989 1.3970 1 0.984 0.968 0.937 0.901 0.840 0.685 0.621 0.565 0.532
3. 绘制环己烷-乙醇二组分系统的沸点组成图
图1环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图
4. 根据图1的相图可以得到，环己烷-乙醇二组分系统的恒沸点约为64.76℃，
恒沸混合物的组成为环己烷摩尔分数0.540。

5. 文献理论值：恒沸温度为
64.90℃，恒沸组成为0.550
组成偏差为0.01,
恒沸温度相对误差为| 64.90 – 64.76 | / 64.90 = 0.2%
【分析与讨论】1. 误差分析
实验得到的环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图基本符合我们的实验结果，恒沸温度与
恒沸组成的偏差很小，可能产生误差的原因有：
（1）溶液沸点与外界压强有关，实验测量气压并非标准气压，实验室气压也未进行校正，所以得到的实验结果会存在较小偏差。

（2）测量样品折射率过程中，低沸点样品可能有挥发，影响组成判断。

（3）使用阿贝折光仪读数时，存在视差对折射率造成影响。

（4）取样工具未完全干燥，残余试剂会影响样品组成。

2. 实验中需要注意的问题分析（1）测定折光率时，动作要迅速，以避免样品中易挥发组分损失，确保数据准确。

（2）电热丝一定要被溶液浸没后方可通电加热，否则电热丝易烧断，还可能会引起有机物燃烧，所以电压不能过大（小于50V），加热丝上有小气泡逸出即可。

（3）注意一定要先加溶液，再加热，取样时，应注意切
断加热丝电源，及时冷却。

（4）每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。

（5）阿贝折射仪的棱镜不能用硬物触及（如滴管），擦拭棱镜需用擦镜纸。