物化实验双液系的气-液平衡相图实验报告

双液系的气－液平衡相图

一实验目的

1．绘制在pθ下环己烷－异丙醇双液系的气－液平衡相图，了解相图和相律的基本概念；

2．掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法；

3．掌握用折光率确定二元液体组成的方法。

二实验原理

在常温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。若两液体能按任意比例互溶，则称完全互溶双液体系，若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。

液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有其特定值，但双液系的沸点不仅与外压有关而且还与两种液体的相对含量有关。

通常，如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，在T—X图上溶液的沸点介于A、B二纯液体的沸点之间见图中于 (a)。而实际溶液由于A 和B二组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大偏差，在T—X图上就会有最高或最低点出现，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，如图2-4-1(b),（c)所示。恒沸点混合物蒸馏时，所得的气相与液相组成相同，因此通过蒸馏无法改变其组成。

本实验是用回流冷凝法测定环已烷—异丙醇体系的沸点—组成图。其方法是用阿贝折射仪测定不同组成的体系，在沸点温度时气、

液相的折射率，再从折射率—组成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制沸点—组成图。

三仪器和试剂

沸点仪1套；恒温槽1台；阿贝折射仪1台；量筒8个；玻璃漏斗8个；滴管2个；环己烷（分析纯）；异丙醇（分析纯）；

实验装置如下：

四实验步骤

1．工作曲线的绘制

配制环己烷的质量百分数0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80和0.90的环己烷－异丙醇溶液。计算所需环己烷和异丙醇的质量，并用分析天平准确称取。为避免样品挥发带来的误差，称量应尽可能的迅速。各种溶液的确切组成要按照实际称样结果精确计算。

调节超级恒温水浴的温度为35度，使阿贝折光仪上温度与其保持一致。分别测定上述九个溶液以及异丙醇和环己烷的折光率。

根据这些数据作出折光率－组成工作曲线。

2．安装沸点仪

将已洗净且干燥的沸点仪安装好，检查塞有温度计的塞子是否塞好，电热丝要靠近烧瓶底部的中心。

3．测定异丙醇的沸点

借助玻璃漏斗由支管加入异丙醇使电热丝能完全浸没于溶液中，打开冷却水，接通电源。用调压变压器由零开始逐渐加大电压（15V 左右），使溶液缓慢加热。液体沸腾后，再调节电压和冷却水的流量，使蒸汽再冷凝管中回流的高度保持在1.5cm左右。待温度稳定后维持3分钟左右使体系达到平衡。在此过程中，不时将小球中凝集的液体倾入烧瓶。记下此时温度。

4．取样并测量

切断电源，停止加热。用冰水使体系迅速冷却，同时恒温槽温度设置在35度。用干燥的滴管自冷凝管口伸入小球，吸取冷凝液，滴在折光仪毛玻璃上进行测定，记下折光率。用擦镜纸擦干毛玻璃，用另一支滴管吸取圆底烧瓶内的溶液，滴在折光仪的毛玻璃上进行测定，记下折光率。最后将溶液倒入指定的储液瓶中。

5．系列环己烷－异丙醇溶液的测定

按上述所述步骤逐一分别测定各溶液的沸点及两相的样品的折光率，且按照环己烷的摩尔分数有小到大的测量。

五注意事项

1. 沸点仪没加液体，不得加热，防止电热丝烧断。

2.测试样品前一定要断电，用自来水冷却半分钟，然后用抹布擦干。

防止水进入试样。取

气相液滴需要垂直，做完后试样倒回原瓶，不要倒错，重做下一个。

3.低压直流电14伏。

4.滴管一定要干燥，用吹风机吹干。

5.滴水后，调下旋钮有色彩，调上旋钮消色散。调明暗界限恰好通

过十字线交点。（蒸馏水n D20=1.3331）

6.读数镜筒太暗，可调旁边窗口盖成45o角。

7．在每一份样品的蒸馏过程中，由于整个体系的成分不可能保持恒定，因此平衡温度会略有变化，特别是当溶液中两种组成的量相差较

大时，变化更为明显。为此每加入一次样品后，只要待溶液沸腾，正常回流１min～２min后，即可取样测定，不宜等待时间过长

8．每次取样量不宜过多，取样时滴管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相取样口的残液亦要擦干净。

9．整个实验过程中，通过折射仪的水温要恒定，使用折射仪时，棱镜不能触及硬物(如滴管)，擦拭棱镜用擦镜纸。

六数据处理

1．折光率－组成工作曲线的绘制

1．将实验中测得的沸点—折射率数据列表，并从已经做好的工作曲线上查得相应的组成，从而获得沸点与组成的关系。

2．依照上面的表格绘制沸点－组成图，并标明最低恒沸点及其组成

从图中可以看出:最低恒沸点为:68度.组成为环己烷约为0.609.异丙醇约为0.391.

七思考题

1．操作步骤中，在加入不同数量的各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制有无影响？为什么？

答：加入各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制无影响，因为最终液体的组成是通过对折光率的测定，在工作曲线上得出，所以无影响。

2．折射率的测定为什么要在恒定温度下进行？

答：因为折射率与温度有关，所以在测量时要在两棱镜的周围夹套内通入恒温水，保持恒温。

3．对应某一组成测定沸点及气相冷凝液和液相折射率，如因某中原因缺少其中某一个数据，应如何处理？它对相图的绘制是否有影响？答：沸点的数据不能少，其它可以少。对于缺少的数据，可由它们的趋势找出其它点。

4．由所得相图，讨论某一组成的溶液在简单蒸馏中的分离情况？

答：若组成在0～x之间，蒸馏会得到A和C；若组成在x～1之间，蒸馏将会得到C和B。若组成为x，则蒸馏只会得到恒沸混合物C。5．双液系溶液的沸点有哪两个特点？

答：（1）沸点不仅与外压有关，而且与双液系的物质组成有关；

（2）在一般情况下，双液系的气相组成与液相组成并不相同。6．恒沸点指什么？是什么因素引起来的？

答：在T-X相图上有温度互溶最高点或者最低点，并且此点的气相组成与液相组成相同，现象上表现为溶液中溶剂的蒸汽压与组成的关系偏离拉乌尔定律，内在的看，是溶液中的分子间结构和相互作用与纯物质态时同种分之间的情况不同。