三组分液-液系统相图的绘制

三组分液-液系统相图的绘制

一、实验目的

1. 熟悉相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。

2. 用溶解度法作出苯-乙酸-水体系的相图。

二、实验原理

对于三组分体系C=3，当处于恒温恒压条件时，根据相律，其自由度*f为：

*

=3

f-

P

式中，P为体系的相数。体系最大条件自由度max

*

f＝3－1＝2，因此，浓度变量最多只有两个，可用平面图表示体系状态和组成间的关系，通常是用等边三角形坐标表示，称之为三元相图。如图2-6所示。等边三角形的三个顶点分别表示纯物质A、B、C，三条边AB、BC、CA分别表示A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成，三角形内任何一点都表示三组分体系的组成。图2-6中，P点的组成表示如下：

经P点作平行于三角形三边的直线，并交三边于a、b、c三点。若将三边均分成100等份，则P点的A、B、C组成分别为：A％=Pa=Cb，B％=Pb=Ac，C％=Pc=Ba。

苯-乙酸-水是属于具有一对共轭溶液的三液体体系，即三组分中二对液体A和B，A和C完全互溶，而另一对液体B和C只能有限度的混溶，其相图如图2-7所示。

图2中，E、K2、K1、P、L1、L2、F点构成溶解度曲线，K1L1和K2L2是连结线。溶解度曲线内是两相区，即一层是苯在水中的饱和溶液，另一层是水在苯中的饱和溶液。曲线外是单相区。因此，利用体系在相变化时出现的清浊现象，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。一般来说，溶液由清变浑时，肉眼较易分辨。所以本实验是用向均相的苯-乙酸体系中滴加水使之变成二相混合物的方法，确定二相间的相互溶解度。

三、仪器药品

仪器：具塞锥形瓶(100mL)1只；酸式滴定管(20mL)1只；移液管(1mL、2mL)各1只；刻度移液管(10mL)1只。

药品：冰乙酸(AR.)；苯(AR.)；去离子水等。

四、实验步骤

1. 测定互溶度曲线

在洁净的酸式滴定管内装水，用移液管移取10.00mL苯及2.00mL 醋酸，置于干燥的100mL具塞锥形瓶中，然后在不停地摇动下慢慢地滴加水，至溶液由清变浑时，即为终点，记下水的体积。向此瓶中再图1 等边三角形表示三元相图2 共轭溶液的三元相图

加入1.00mL 醋酸，使体系成为均相，继续用水滴定至终点。然后依次用同样方法加入1.00mL 、1.00mL 、1.00mL 、2.00ml 、10.00ml 乙酸，分别再用水滴至终点，记录每次各组分的用量。

五、数据处理

室温： 23.8℃ 气压： 100.82kPa 1.溶解度曲线的绘制

根据苯、乙酸和水的实际体积及由附录查得实验温度时三种试剂的密度（表 1），算出各组分的质量百分含量，列入表2；

表1 实验温度时试剂的密度

T ／℃ P ／kPa

苯 乙酸 水

23.8

100.82 0.876 1.0444 0.9973

表2 不同实验条件下各组分的质量百分数

v/ml

w/g v/ml w/g v/ml w/g 醋酸苯

水

1 4.00 4.1810.008.760.320.3213.26

31.5166.08 2.4129.009.4010.008.760.890.8919.0549.3545.99 4.66317.0017.7510.008.76 1.98 1.9728.4962.3230.75 6.93425.0026.1110.008.76 2.64 2.6337.5069.6223.367.025 2.00 2.09 1.000.880.250.25 3.2164.9927.257.766 3.00 3.13 1.000.880.560.56 4.5768.5919.1812.237 4.00 4.18 1.000.880.700.70 5.7572.6315.2312.148 5.00 5.22 1.000.880.810.81 6.9175.6212.6811.709 6.00 6.27 1.000.88 1.05 1.058.1976.5210.7012.79108.008.36 1.000.88 1.66 1.6610.8976.758.0515.211118.0018.80 1.000.8813.3213.28

32.96

57.04 2.6640.30120.000.1899.8213

0.0099.94

0.06质量百分数/%编号

醋酸苯水

总质量/g

根据上表数据绘制出溶解度曲线，即乙酸-苯-水溶液的三元相图。

图3 苯-乙酸-水的三元相图

六、注意事项

1.因所测体系含有水的成分，故玻璃器皿均需干燥。

2.在滴加水的过程中须一滴一滴地加入，且需不停地摇动锥形瓶，由于分散的“油珠”颗粒能散射光线，所以体系出现浑浊，如在2-3min内仍不消失，即达到终点。当体系中醋酸含量少时要特别注意慢滴，含量多时开始可快些，接近终点时仍然要逐滴加入。

七、思考题

1.为什么根据体系由清变浑的现象即可测定相界？

答：因为本实验是向匀相的苯-乙酸-水体系滴加水使之变成二相混合物的方法，确定二相间的互相溶解度。