物化实验-双液系的气液平衡相图

双液系的气液平衡相图

孙滢智/2013011968材31（张泽文）

实验日期：2014.12.5

提交报告日期：2014.12.10

带实验的老师：陈巧梅

1 引言

1.1实验目的

1.1.1用沸点仪测定在常压下环已烷—乙醇的气液平衡相图。

1.1.2掌握阿贝折射仪的使用方法。

1.2实验原理

将两种蒸气压不同的挥发性液体混合，溶液的组成与其平衡气相的组成不同。在压

力保持一定，二组分系统气液达到平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时组成关

系的相图，称为沸点和组成(T-x)图。沸点和组成(T-x)的关系有下列三种：(1)理

想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其液体混合物的沸点介于两纯物质

沸点之间见图1(a)；(2)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差，其溶液有

最高恒沸点见图1(b)；(3)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，其溶液

有最低恒沸点见图1(c)。第(2)、(3)两类溶液在最高或最低恒沸点时的气液两相

组成相同，加热蒸发的结果只使气相总量增加，气液相组成及溶液沸点保持不变，

这时的温度称恒沸点，相应的组成称恒沸组成。

图1 沸点组成图

为了测定二元液系的T-x图，需在气液达到平衡后，同时测定溶液的沸点、气相

和液相组成。

本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷—乙醇双液系的T-x图。方法是用沸点仪

(图2)直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度(即沸点)，并收集少量馏

出液(即气相冷凝液)及吸取少量溶液(即液相)，分别用阿贝折射仅测定其折射率。

为了求出相应的组成，必须先测定已知组成的溶液的折射率，作出折射率对组成

的工作曲线，在此曲线上即可查得对应于样品折射率的组成。

图2 沸点仪

2.实验操作

2.1 实验用品

沸点仪、调压器、阿贝折射仪、超级恒温槽、1／10℃温度计、酒精温度计、滴管、放大镜。

环己烷(AR)、无水乙醇(AR)、各种浓度的环已烷—乙醇混合溶液（已注入各沸点仪中）。

2.2实验环境

室温：T0= 19.8 ℃

相对湿度：12%

大气压：p0= 100.87 kPa。

2.3实验步骤

2.3.1测定溶液的折射率。用阿贝折射仪测定环己烷、无水乙醇以及由环已烷—

乙醇组成的标准溶液的折射率，作折射率对组成的工作曲线。

2.3.2检查待测样品的浓度。在通电加热之前，检查沸点仪内的待测样品的浓度

是否合适。若浓度不符合要求，则加环己烷或乙醇调正。

2.3.3测定液相和气相组成。分别测定质量百分数为0、10％、30％、69.5％、

90％、96％、100％的环已烷—乙醇溶液在沸点下的液相和气相的组成。测

定方法如下：

接通电源，通冷却水，按要求调节调压器，加热溶液至沸腾。待其温度计

上所指示的温度保持恒定后，读下该温度值，同时停止加热，并立即在小

泡中取气相冷凝液，迅速测定其折射率，冷却液相，然后用滴管将溶液搅

均后取少量液相测定其折射率。若认为数据不可靠，重复上述操作。注意：

每次测量折射率后，要将折射仪的棱镜打开，用吸耳球吹干，以备下次测

定用。（本次试验使用数字显示温度计，无需校正）

2.3.4绘图。

2.4注意事项

2.4.1加热电阻丝的电压不得超过40 V。

2.4.2一定要使体系达到气液平衡即温度稳定后才能取样分析。

2.4.3取样后的滴管不能倒置。

2.4.4取气相冷凝液的同时，停止加热。待被测液相溶液冷却后测其折射率。

2.4.5使用阿贝折射仪时，棱镜行不能触及硬物（特别是滴管）。棱镜上加入被测

溶液后立即关闭镜头。实验中必须使用同一台阿贝折射仪。

2.4.6实验过程中必须在沸点仪的冷凝管中通入冷却水，使气相全部冷凝。

3 结果与讨论

3.1 原始实验数据

表1环己烷—乙醇标准溶液及其对应折射率

溶液号空瓶质量/g 加入环己烷

后总质量/g

再加入乙醇

后总质量/g

溶液环己烷

百分数/%

折射率

1 - - - 0 1.3630

2 31.1876 36.4302 35.6480 14.9 1.3720

3 29.1675 30.7052 33.8736 32.7 1.3812

4 30.7410 33.1172 35.4824 50.1 1.3923

5 31.9434 35.3020 36.7257 70.2 1.4052

6 35.5798 39.3969 40.1729 83.1 1.4145

7 - - - 100 1.4274

表2待测的环己烷—乙醇溶液的沸点及沸点下的液相和气相的组成

溶液环己烷百分数/% 气相折射率液相折射率沸点t/ o C

0（纯乙醇） 1.3630 1.3630 78.24

10 1.3680 1.3642 77.16

30 1.3979 1.3762 68.29

69.5 1.4041 1.3950 64.87

90 1.4078 1.4172 65.14

96 1.4210 1.4270 75.86 100（纯环己烷） 1.4273 1.4274 80.70

3.2计算的数据、结果

根据表1中数据绘制组成—折射率曲线如下：

图3 组成-折射率图

环己烷质量分数（x/%）与溶液折射率（n）的关系拟合式为：

x= -4891.71609n2+ 15211.15619n -11645.62353；r2= 0.99963 由工作曲线的拟合式计算，得到待测的环己烷—乙醇溶液在沸点下的气相和液相组成。

表3.待测溶液气相液相组成

溶液环己烷百分数纯乙醇10% 30% 69.5% 90% 96% 纯环己烷

气相组成/% -0.496 8.763 59.03 68.36 73.75 91.88 99.93 液相组成/% -0.496 1.748 23.42 54.54 86.83 99.55 100.05