实验6 二元液系相图
二元液系相图实验
二元液系相图实验目的：1.采用回流冷凝法测定不同浓度的乙醇-环己烷系统的沸点组成图（T-x图），并确定其恒沸点及恒沸组成。
2.掌握阿贝折光仪及超级恒温槽的使用方法。
实验原理：1. 一个完全互溶双液体系的沸点-组成图，表明在气液两相平衡时，沸点与气液两相组成的关系；它对于了解这一体系的性质及精馏过程都有很大的实用价值。
2. 在恒压下完全互溶的双液体系T~X 有下列三种情况：（1）所有组成溶液沸点介于二纯组分沸点之间，如苯与甲苯(图1-A)。
（2）有最高恒沸点，如卤化氢和水(图1-B)。
（3）有最低恒沸点，如苯和乙醇(图1-C)。
图1 二元液系相图在图1-C 中，绘制沸点~组成图的原理说明如下：当总组成为X 的溶液加热时，体系的温度沿着虚线上升，当温度达到T 时(即和液相线相交时)溶液开始沸腾，此时平衡的气相组成为y，液相组成为X.温度升至Ti，气相组成为yi，液相组成为xi，在此相区f＝C - P + 2，式中：f 为自由度；P 为相数；C 为组分数。
3.在本实验中C＝2，在二相区(气、液二相)，P ＝2，所以f＝2，由于压力指定(实验在恒压下进行)所以在二相区内f＝l，因此，若指定温度则气液相浓度就不可改变，此时气、液两相的相对量亦不可变(服从杠杆原理);反之，若指定了气液相的相对量从而气液相组成一定则沸点也确定了。
4.本实验采用气液沸点仪（见图2）在一定压力下（常在大气压力下），测定不同总组成（即加入平衡沸点仪溶液的组成）的环己烷和乙醇构成的溶液达到气液平衡时的温度及气、液组成。
再根据测得数据作出该系统在此压力下的沸点-组成图。
相图与压力有关，作图时必须注明平衡压力值。
1-温度计；2-电热丝；3-冷凝管；4-液相取样冷凝口；5气相取样冷凝口；6-空气排出口；7-变压器接头两种纯液体构成理想混合物时，其中各组分的气相平衡分压在所有浓度范围内都符合拉乌尔定律：p1=p1*x1p2=p2*x2（1）式中：p1、p2为两组分气液平衡时气相分压；x1、x2为平衡时两组分的液相物质的摩尔分数；p1*、p2*为两组分纯液体在平衡温度下的饱和蒸汽压。
双液系的气-液平衡相图
双液系的气-液平衡相图一、实验目的1.掌握采用阿贝折光率仪确定二元液体组成的方法；2.掌握测定双组份液体的沸点及正常沸点的方法；3.绘制在恒压下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图。
二、实验原理两种液态的物质混合而成的二组分体系称为双液系。
它可以分为完全互溶和部分互溶的双液系。
体系的沸点不仅与外压有关，而且与双液系的组成有关。
在恒压下做温度T对组成x的关系图即为T-x图。
由相律可知，对于双液系在恒压下气-液两相共存区域中，自由度为1。
当温度一定时，气-液两相的相对组成也就有了确定值。
根据杠杆原理，两相的相对量也确定了。
因此实验测定一系列不同组成的双液系溶液的气-液相平衡时的沸点及此时气相和液相的组成，即可得T-x图。
因此双液系气-液平衡相图实验主体上包括一系列混合体系的沸点测定和气-液相组成分析两个主要内容。
体系的沸点可用沸点仪测定的，其构造如图7.2所示。
采用电热丝直接加热溶液，以防止过热现象，同时该沸点仪用平衡蒸馏法分离气液两相，具有可便于取样分析及避免分馏等优点。
体系的气液相组成的分析是相图绘制的另一核心，可以根据待测体系的理化性质寻找多种合适的分析方法。
以完全互溶双液系环己烷-乙醇体系为例。
由于环己烷和乙醇两者的折光率相差较大，因此本实验可采用测定溶液折光率方法来确定两组分的组成，用阿贝折光仪测定两组分组成的折光率,可以测出折光率对组成的工作曲线,根据测得液体样品的折光率,从工作曲线上可查得两相的组成。
三、仪器与药品FDY双液系沸点测定仪，阿贝折光仪，超级恒温槽，长滴管，烧杯(50ml,250ml),具塞锥形瓶(10ml),刻度移液管(5ml)丙酮(AR级)；环己烷(AR级)；乙醇(AR级)图7-1FDY双液系沸点测定仪前面板示意图图7-1是沸点仪加热控制器的前面板示意图，各功能键的说明如下:1、电源开关2、加热电源调节调节所需的加热电源。
3、温度显示窗口显示所测温度值。
4、电压显示窗口显示加热输出电压值。
第5章-两组分系统-液相
1
二组分系统相律
两组分系统的相律可表达为：C=2; =2
f=4－ (1)
f=0, max=4, 最多四相共存。 =1, fmax=3, 需三维图象才能完整描绘系统状态。 二元系统的相图常常固定某因素不变(如温度或压力)， 用二维平面相图表示系统状态的变化情况。 二元系统的相图常为:
T/℃
连接 T-x 图中液相线的各点便 384℃
可得到液相线.
383
373
用类似的方法可以绘制 T-x
图中的气相线，或者用计算的方
363
法也可得到气相线。
353
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 xA
381℃ 373℃ 365℃ 357℃
353.3℃
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 xA
精馏原理
T
B的沸点低, 挥发性较强: yB>xB 将组成为y1的气相收集起来, 并将其冷却至温度T1: 其中将有部分冷凝为液体x2, 与之达平衡的气相组成为 y2, y2>y1. 重复以上过程，气相中B的浓度愈 来愈高，最后可以获得纯的B。 而由液相可以获得纯的A。
A
液相 xB
气相
y1 y2
T1
y3
x2
x3 B
13
精馏原理
实际的工业精馏工 段, 为连续操作，各层的操 作温度相对稳定，溶液 的组成也稳定；
在精馏塔的低温段一般 可以获得纯净的B,在 高 温段,可获得纯净的A。
T
T7 x8 T6 x7
T5
x6
T
T1 T2
y8
x1 x2
T3
双液系气液平衡相图-物理化学实验
一、实验目的1、绘制在标准大气压下乙酸乙酯-乙醇双液系的气液平衡相图；2、掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法；3、掌握用折射率确定二元液体组成的方法二、实验仪器FDY沸点测定仪1只；丙酮（分析纯）；玻璃水银温度计（50~100℃，分度值0.1℃）1支；玻璃漏斗（直径5cm）1只；称量瓶（高型）10只；调压变压器（0.5kV·A）1只；长滴管10条；阿贝折射仪（棱镜恒温）1只；带橡皮塞试管（5cm3）20只；烧杯（50 cm3、250 cm3）各一只；乙酸乙酯（分析纯）；重蒸馏水；无水乙醇（分析纯）；冰。
三、实验原理1、完全互溶双液系的沸点-组成(T-x)(1) 理想的双液系：溶液沸点介于两纯物质沸点之间；(2) 具有恒沸点的双液系：①各组分对拉乌尔定律发生负偏差，其溶液有最高沸点；②各组分对拉乌尔定律发生正偏差，其溶液有最低沸点。
双液系的T-x图如下图所示：（a）为理性的双液系；（b）为各组分对拉乌尔定律发生正偏差，溶液有最低沸点；（c）为各组分对拉乌尔定律发生负偏差，溶液有最高沸点。
实验报告内容：一实验目的二实验仪器三实验原理四实验步骤五、实验数据和数据处理六实验结果七.分析讨论八.思考题2、沸点测定仪本实验所用沸点仪是一只带回流冷凝管的长颈圆底烧。
冷凝管底部有一半球形小室,用以收集冷凝下来的气相样品。
电热丝直接加热液体以减少溶液沸腾时的过热现象及防止瓶暴沸。
小玻璃管有利于降低周围环境对温度计读数可能造成的波动。
3.组成分析本实验选用的乙酸乙酯和乙醇两者折射率相差颇大,而折射率测定又只需要少量样品,所以可用折射率-组成工作曲线来测得平衡体系的两相组成。
4、相图的绘制为了绘制二元双液系的T-x图，需在气液相达平衡后，同时测定气相组成、液相组成和溶液沸点。
实验装置图如图所示：四、实验步骤(1) 安装沸点仪并接通冷凝水;(2) 将乙醇加入沸点仪内，加热至缓慢沸腾(3) 记录乙醇的沸点(4) 测定乙醇的折射率(5) 加入不同摩尔分数的乙酸乙酯-乙醇溶液(6) 记录沸点(7) 吸取气相冷凝液、液相冷凝液测定折射率(8) 将溶液倒入回收瓶(9) 绘制曲线五、实验数据和数据处理室温：25℃大气压：100kPa M无水乙醇=46.07g/mol、M乙酸乙酯=88.11g/mol ρ无水乙醇=0.79g·mol-1ρ乙酸乙酯=0.902g·mol-1无水乙醇体积(ml) 乙酸乙酯体积(ml) 乙酸乙酯浓度（mol%）折射率n90 10 0.063 1.36380 20 0.131 1.36470 30 0.206 1.36560 40 0.287 1.36650 50 0.377 1.36740 60 0.476 1.36830 70 0.585 1.36920 80 0.707 1.37010 90 0.845 1.371 根据乙酸乙酯浓度与折射率，作图如下：添加直线拟合线及拟合方程，由拟合方程式可知：x=(y-1.3626)/0.0104室温：25℃大气压：100kPa混合体系沸点气相冷凝液折射率n 液相冷凝液折射率n 气相组成液相组成78 -- --0 076.8 1.3635 1.3626 0.0865 0.000076.2 1.3642 1.3629 0.1538 0.028875.5 1.3648 1.3632 0.2115 0.057774.7 1.3655 1.3635 0.2788 0.086574 1.3663 1.3642 0.3558 0.153873.3 1.3668 1.3651 0.4038 0.240472.6 1.3673 1.3659 0.4519 0.317372 1.368 1.3672 0.5192 0.442372.7 1.3695 1.3701 0.6635 0.721273.4 1.3697 1.3703 0.6827 0.740474.8 1.3703 1.3709 0.7404 0.798175.5 1.3708 1.3712 0.7885 0.826976.2 1.3713 1.3715 0.8365 0.855876.7 1.3716 1.3717 0.8654 0.875077 -- -- 1 1 查询数据可知：无水乙醇沸点：78℃乙酸乙酯沸点：77℃；由图可知在液相组成时，混合体系沸点76.8℃对应的值为0.0000；此数值属于误差，应当剔除。
物理化学实验二 双液系的气—液平衡相图
实验二双液系的气—液平衡相图1. 目的要求(1) 绘制在p0下环己烷-乙醇双液系的气-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沸点的方法。
(3) 掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
2. 基本原理任意两个在常温时为液态的物质混合起来组成的体系称为双液系。
两种溶液若能按任意比例进行溶解，称为完全互溶双液系；若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系。
环己烷-乙醇二元体系就是完全互溶双液系。
双液系蒸馏时的气相组成和液相组成并不相同。
通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相和液相的组成作图，所得图形叫双液系的沸点(T)组成(x)图，即T—x图。
它表明了在沸点时的液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。
图2.2.1 双液系的T-x图双液系的T—x图有三种情况：(1)理想溶液的T—x图(图2.2.1a)，它表示混合液的沸点介于A、B二纯组分沸点之间。
这类双液系可用分馏法从溶液中分离出两个纯组分。
(2)有最低恒沸点体系的T—x图（图2.2.1b）和有最高恒沸点体系的T—x图（图2.2.1c）。
这类体系的T—x图上有一个最低和一个最高点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，分别叫做最低恒沸点和最高恒沸点。
对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中分离出两个纯组分。
本实验选择一个具有最低恒沸点的环己烷—乙醇体系。
在101.325kPa下测定一系列不同组成的混合溶液的沸点及在沸点时呈平衡的气液两相的组成，绘制T—x图，并从相图中确定恒沸点的温度和组成。
测定沸点的装置叫沸点测定仪(图2.2.2)。
这是一个带回流冷凝管的长颈圆底烧瓶。
冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下来的气相样品。
电流通过浸入溶液中的电阻丝。
这样可以减少溶液沸腾时的过热现象，防止暴沸。
测定时，温度计水银球要一半在液面下，一半在气相中，以便准确测出平衡温度。
溶液组成分析：由于环己烷和乙醇的折光率相差较大，而折光率的测定又只需少量样品，4. 实验步骤(1) 纯液体折光率的测定 ：分别测定乙醇和环己烷的折光率，重复2次～3次。
双元系液液相平衡实验报告
化工专业实验报告第一部分：实验预习实验名称双元系液液相平衡实验一、实验预习1.实验目的1.1学习双元系液液相平衡测定方法的实验原理；1.2绘制异丁醇-水体系相图，学会分配系数的计算方法；1.3掌握基团贡献法计算液液相平衡的方法。
2.实验原理异丁醇与水部分互溶，恒压下二元液夜相平衡体系自由度f=1，因此确定了T，组成随之确定。
恒温条件下，通过测定两相折光指数，在预先测绘的浓度-折光指数关系图上便可查得平衡组成，从而得到液液平衡数据。
在25.5℃时，折光指数n D与异丁醇的摩尔分数x1呈线性关系：水相β：n D=0.41903x1+1.33246醇相α：n D=0.01524x1+1.380643.流程装置1）化学试剂异丁醇（分析纯），去离子水，部分物性如下：表1 异丁醇、去离子水的部分物性品名沸点/℃折光指数密度异丁醇107.8 1.3960 0.797水100.0 1.3325 0.9972）测量仪器恒温水浴，电磁加热搅拌器，阿贝折光仪，液液平衡釜，取样器和吸管。
3）装置图图1 液液相平衡关系测定装置4.实验步骤1）合上电闸，打开恒温槽，将温度恒定在30℃；2）开电磁搅拌开关（不要打开加热开关）并调节至适当的搅拌速度；3）观察平衡釜中的温度计，5min内温差不超过0.1℃，即停止搅拌；4）静置5min，继续观察有无温度变化；5）仔细观察液液分界面，用清洁的吸管吸取上层清液，洗涤3次，再吸取上层样品，供折光分析用（注意，吸取样品时必须十分细心，防止上下液层有所混杂）；6）将下层取样器沿着铁架降至液液平衡釜底部，抽出玻璃棒，使下层清液流入下层取样管中，再用清洁的吸管插入下层取样管中，按吸取上层样品的方法取样（注意：吸管需干燥，清洁）；7）用阿贝折光仪分析样品，折光仪恒温25.5±0.1℃，取样两次取平均（注意：不要连续两次取同一相，以对原有平衡造成更大破坏，应按照上相、下相再上相、下相的顺序）；8）将釜内温度提高至40及50℃，重复上述工作；9）实验完毕，关电源，将试液倒回回收瓶，做好清洁工作。
实验六、二组分合金相图
二组分合金相图一、实验目的1．用热分析法(步冷曲线法)测绘Pb—Sn二组分金属相图。
2．了解固液相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。
3．掌握金属相图（步冷曲线）测定仪的基本原理及方法。
二、实验原理1、二组分固-液相图人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。
以体系所含物质的组成为自变量，温度为应变量所得到的T-x图是常见的一种相图。
二组分相图已经得到广泛的研究和应用。
固-液相图多应用于冶金、化工等部门。
二组分体系的自由度与相的数目有以下关系：自由度= 组分数–相数+ 2 （1）由于一般的相变均在常压下进行，所以压力P一定，因此以上的关系式变为：自由度= 组分数–相数+ 1 （2）又因为一般物质其固、液两相的摩尔体积相差不大，所以固-液相图受外界压力的影响颇小。
这是它与气-液平衡体系的最大差别。
图1以邻-、对-硝基氯苯为例表示有最低共熔点相图的构成情况：高温区为均匀的液相，下面是三个两相共存区，至于两个互不相溶的固相A、B和液相L三相平衡共存现象则是固-液相图所特有的。
从式（2）可知，压力既已确定，在这三相共存的水平线上，自由度等于零。
3、较为简单的二组分金属相图主要有三种；（1）是液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固熔体的系统，最典型的为Cu—Ni系统；（2）是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型是Bi—Cd系统；（3）是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如Pb—Sn系统，本实验研究的系统就是这一种。
在低共熔温度下，Pb在固相Sn中最大溶解度为(质量百分数)。
2、热分析法(步冷曲线法)是绘制相图的基本方法之一。
热分析法是相图绘制工作中常用的一种实验方法。
按一定比例配成均匀的液相体系，让它缓慢冷却。
以体系温度对时间作图，则为步冷曲线。
曲线的转折点表征了某一温度下发生相变的信息。
由体系的组成和相变点的温度作为T-x图上的一个点，众多实验点的合理连接就成了相图上的一些相线，并构成若干相区。
二元液系相图
定平衡时的沸点，并分别收集气相冷凝液和液相的样品，用化学方法或物理方法分析其组成 ， 这样在 T—X 图上可找到此沸点 T1 时互成平衡的液相组成 Xl 和气相组成 yl 。
5. Ellis 平衡蒸馏仪具有气液两相同时循环的优点，循环的原理简述如下 (图 C-8.3): （1）在沸腾器 A 中放入一定组成的二元溶液，在恒压下加热，液体沸腾后，蒸气逸出，经 冷凝后流入收集器 B 达到一定数量后溢流从回流管流至 A。 （2）由于气相中易挥发组分含量高于液相中的含量，从而 B 中冷凝液,其易挥发组分较 A 中要高。 （3）随着过程进行，A，B 二容器中的组成不断改变，直至达到稳定状定，此时气液相组 成不再随时间改变。 （4）A，B 二容器中组成保持恒定，分别自 A，B 容器中取样进行分析即得平衡的二相组成 ， 记下当时的温度，也就是二元溶液的沸点。
六、实验结果与数据处理：
1. 实验数据记录
室温： ℃； 大气压力：
mmHg
溶液组成
温 度℃Βιβλιοθήκη 液上温度计下温 折光率
度计
醇
相
气
X 乙 折光率
醇
相 y乙
乙醇一乙酸乙酯沸点组成表（1atm）
X(乙醇) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
恒沸点:
X（苯） Wt%(乙醇) 组成 X=
（林曼斌）
图 C-8.2 Ellis 平衡蒸馏仪
三、仪器与药品：
图 C-8.3 循环原理
1．Eills 平衡蒸馏仪及附属二台调压变压器（上保温与下保温）。 2．阿贝折光仪,超级恒温槽。小试管及滴管。 3．分析纯乙酸乙酯和乙醇。
四、实验步骤：（略）
五、注释
1、新仪器和长期不用第一次加热易发生暴沸。 2、由于保温仅使用石棉布，未用石棉。不可能达到上下温度计差 0.5~1.5℃。可将调压 变压器直接放在 25V。
双液系的气液平衡相图
一、目的要求1．用沸点仪测定在一大气压下乙醇及环己烷双液系的气液平衡时气相与液相的组成及平衡温度，绘制温度-组成图，并找出恒沸混合物的组成及恒沸点的温度。
2．学会阿贝折光仪的使用。
二、原理两种在常温时为液态的物质混合起来而组成的二组分体系称为双液系，两种液体若能按任意比例互相溶解，称为完全互溶的双液系。
若只能在一定比例范围内互相溶解，则称部分互溶双液系。
双液系的气液平衡相图T-x 图可分为三类，见图5-1。
相线，表示在不同溶液的沸点时与溶液成平衡时的气相组成，下面的曲线表示液相线，代表平衡时液相的组成。
例如图x，液相组成点x。
无水乙醇(ml)1234环己烷(ml)43213．用阿贝折光仪测标准溶液以及纯乙醇、纯环己烷的折射率。
4．测定体系的沸点及气液两相的折射率。
测定方法如下：将一配制好的样品注入沸点仪中，液体量应盖过加热丝，处在温度计水银球的中部，旋开冷凝水，接通电源，电压不能超过规定电压，否则会烧断加热丝。
当液体沸腾、温度稳定后，记下沸腾温度及环境温度，并停止加热。
分别用滴管吸取气相及液相的液体用阿贝折光仪测其折射率，每份样品读数二次取平均值。
测定完之后，将沸点仪中的溶液倒回原试剂瓶中，换另一种样品按上述操作进行测定。
五、注意事项1．沸点仪中没有装人溶液之前绝对不能通电加热，如果没有溶液，通电加热丝后沸点仪会炸裂。
2．一定要在停止通电加热之后，方可取样进行分析。
3．使用阿贝折光仪时，棱镜上不能触及硬物（滴管），用擦镜纸擦镜面。
六、数据处理1．将标准溶液的体积百分数按式(5-1)换算成重量百分数，然后以重量百分数对折射作图。
W%=×100% (5-1)式中V1、D1分别代表乙醇的体积及比重，乙醇的比重在20℃为0.7893；V2、D2分别代表环己烷的体积及比重，环己烷的比重在20℃时为0.7791。
2．沸点校正，由于温度计的水银柱未全部浸人待测温度的区域内而须进行露茎校正。
校正公式 D t露＝K·n·（t测一t环） (5-2)式中K=0.00016，n为露出于被测体系之外的水银柱长度，t测为测量温度计上的读数，t环为环境温度。
实验六 实验六完全互溶二组分液态混合系统的 气液平衡相图
五、实验步骤
4、停止加热，冷却2~3分钟，由侧管加入0.1ml乙醇 于蒸馏瓶中，重新加热至沸腾，边加热边将沸点仪倾 斜，目的是用冷凝器流下来的回流液冲洗球形小室， 斜， 以保证收集的冷凝液是与液相平衡的气相组成。冲洗 两次后，将冷凝液收集在球形小室中，等沸点稳定 后，记录沸点温度。停止加热，冷却2~3分钟，由凝 液取样口和侧管分别取气相和液相样品，迅速测定其 折光率。测完后，打开棱镜，用镜头纸擦干，并用洗 耳球吹干，以备测另一样品。
八、问题讨论
1、每次加入蒸馏瓶中的环己烷或乙醇的量是否需要 精确量取？为什么？ 2、如何判断气、液两相已达平衡？本实验能否真正 达到平衡？为什么？ 3、测定纯环己烷和乙醇沸点时，为什么要求蒸馏瓶 必须是干燥的？ 4、我们测的沸点与标准大气压的沸点是否一致？ 5、为什么每次测定气相冷凝液的折光率以前，一定 要将取样支管的球形小室冲干净？
五、实验步骤
5、为了使数据在图中均匀分布，按0.1,0.2,0.2,0.5,0.5, 1.0,1.0,2.0ml的顺序依次加入乙醇，重复步骤4，记录 沸点和折光率数据。 6、将蒸馏瓶中的液态混合物从侧管吸出，并用洗耳 球吹干，重新加入20ml乙醇，按步骤3测沸点后，再 按步骤4，依次加入1.0,1.0,2.0,2.0,4.0,8.0,10.0,12.0ml 的环己烷，重复步骤4,记录沸点和折光率数据。
四、实验仪器及试剂
固-液二元体系相图二级相变
根据涉及的变量数， 相图可分为一元、二 元和三元相图。
02
二级相变
二级相变的定义
二级相变
在热力学中，二级相变是指系统在等温、等压条件下，从 一个物态转变为另一个物态，同时伴随着热量的吸收或释 放，但系统的熵值保持不变的相变过程。
特征
在二级相变过程中，系统的某些物理性质（如密度、比热 容、热膨胀系数等）会发生突变，但系统的熵值保持不变。
相图的重要性
相图是研究物质热力学性质和相平衡的重要工具，有助于理解物质在不同条件下 的相态和性质。
在化学工程、材料科学、地质学等领域，相图具有广泛的应用价值，如指导工业 生产、矿产资源开发等。
相图的分类
根据涉及的相数，相 图可分为单相图和多 相图。
根据涉及的转变类型， 相图可分为一级、二 级和连续相变相图。
热力学稳定性
二级相变是热力学稳定的相变过程，因为系统在相变过程中不会发生 能量的损失或浪费。
二级相变的类型
连续相变
在二级相变过程中，系统的物理性质 会连续地发生变化，而不是突然地跳 跃。这种类型的二级相变通常发生在 物质从固态转变为液态的过程中。
跳跃相变
在二级相变过程中，系统的物理性质 会突然地跳跃式变化，而不是连续地 变化。这种类型的二级相变通常发生 在物质从液态转变为气态的过程中。
二级相变在固-液二元体系相图中的实例分析
水-冰相图
水在0°C以下结冰，发生二级相变。在相图中表现为曲线，随着温度降低，水从液态变 为固态。
金属-合金相图
金属合金在不同温度和成分下呈现不同的状态，如固溶体、金属间化合物等，这些状态 之间的转变即为二级相变。在相图中表现为曲线或平台，指导合金材料的制备和应用。
05
二元液系气液平衡相图
实验二二元液系气液平衡相图一、实验目得1、了解环己烷—乙醇系得沸点—组成图2、由图上得出其最低恒沸温度及最低恒沸组成(含乙醇％)3、学会使用数字阿贝折射仪4、学会使用WTＳ-05数字交流调压器二、原理一个完全互溶双液体系得沸点—组成图,表明在气液二相平衡时沸点与二相成分间得关系,它对了解这一体系对行为及分馏过程都有很大得实用价值。
在恒压下完全互溶双液系得沸点与组分关系有下列三种情况:１、溶液沸点介于二纯组分之间;2、溶液有最高恒沸点;３、溶液有最低恒沸点、图１表示有最低恒沸点,本次实验图形也像如此得样子,A′ＬB′代表液相线得交点表示在该温度时互成平衡得二相得成份。
绘制沸点—成份图得简单原理如下:当总成份为X得溶液开始蒸馏时,体系得温度沿虚线上升,开始沸腾时成份为Y得气相生成、若气相量很少,x、ｙ二点即代表互成平衡时液气二相成份。
继续蒸馏,气相量逐渐增多,沸点沿虚线继续上升,气液二相成份分别在气相与液相线上沿箭头指示方向变化。
当二相成份达到某一对数值x′与y′,维持二相得量不变,则体系气液二相又在此成份达到平衡,而二相得物质数量按杠杆原理分配。
本实验利用回流得方法保持气液二相相对量一定,则体系温度恒定。
待二相平衡后,取出二相得样品,用阿贝折光仪测定其折射率。
得出该温度下气液二相平衡成份得坐标点,改变体系得总成份,再用上法找出一对坐标点,这样测得若干坐标点后,分别按气相点与液相点连成气相线与液相线,即得T—X平衡图。
三、步骤1、安装接通仪器,打开冷凝水;2、加入环己烷20mｌ,蒸馏至沸腾,待小兜有液体后回流三次,温度平衡2—3分钟基本不变,记下温度,关闭调压器;3、Ａ组加入乙醇０。
5mｌ,用上法测定温度,然后关闭调压器,取出气相,液相得样品,测其折射率,以后分别加入1。
0,2.0,4、0,8.0,12、0mｌ乙醇;4、B组加入20ｍl无水乙醇,蒸馏至沸腾,待小兜有液体后回流三次,温度平衡２-３分钟基本不变,记下温度,关闭调压器;5、加环己烷0。
实验6 二元液系相图
实验6 二元液系相图第次课 4 学时实验6 二元液系相图一、实验目的1. 用回流冷凝法测定常压下环己烷—异丙醇的气液平衡数据，绘制二元液系T～x 图，确定系统恒沸组成及恒沸温度。
2. 学会阿贝折光仪的使用。
二、实验原理在常温下，两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的系统为完全互溶系统。
在恒定的压力下，表示溶液沸点与组成的图称之为沸点－组成图。
完全互溶双液系恒定压力下的沸点－组成图可以分成三类：⑴溶液沸点介于两纯组分沸点之间(图6－1)⑵溶液存在最低沸点(图6－2)⑶溶液存在最高沸点(图6－3)。
t/ ℃ p=常数 t/ ℃ p=常数t/ ℃ p=常数g g gt1l llA xG xLxB→ B A xB→B A xB→ B图(6－1) 图(6－2) 图(6－3)图(6－2)、图(6－3)有时被称为具有恒沸点的双液系。
和图(6－1)根本的区别在于，系统处于恒沸点时气、液两相的组成相同。
因而不能象第一类那样通过反复蒸馏而使两种组分完全分离。
如果进行简单的反复蒸馏只能得到某一纯组分和组成为恒沸点相应组成的混合物。
如果要获得两纯组分需要采用其它的方法。
系统的最高或最低恒沸点即为恒沸温度，恒沸温度对应的组成为恒沸组成。
异丙醇－环己烷双液系属于具有最低恒沸点一类的系统。
为了绘制沸点－组成图，可采用不同的方法。
化学方法和物理的方法，相对而言物理的方法具有简捷、准确的特点。
本实验是利用回流及分析的方法来绘制相图。
取不同组成的溶液在沸点仪中回流，测定其沸点及气、液相组成沸点数据可直接由温度计获得，气、液相组成可通过测定其折光率，然后由组成－折光率曲线中最后确定。
三、仪器和试剂蒸馏瓶 1套；调压器 1台；温度计( 50～100℃，1/10) 1支；阿贝折光仪 1台；长取样管 1支；短取样管 1支；25ml移液管 3支；电吹风机 1台；环己烷(A.R) 1瓶；异丙醇(A.R) 1瓶四、实验步骤1. 用阿贝折光仪测定纯环己烷、异丙醇及标准混合物样品的折光率。
实验六 步冷曲线法绘制二元合金相图
实验六步冷曲线法绘制二元合金相图一、目的要求1. 用热分析法测熔融体步冷曲线，再绘制绘Bi-Sn二元合金相图。
2. 了解热分析法的实验技术及热电偶测量温度的方法。
二、实验原理1.相图相图是多相（二相或二相以上）体系处于相平衡状态时体系的某些物理性质（如温度或压力）对体系的某一变量（如组成）作图所得的图形，因图中能反映出相图平衡情况（相的数目及性质等），故称为相图。
由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系相平衡情况的演变（例如钢铁及其它合金的冶炼过程，石油工业分离产品的过程），都要用到相图。
由于压力对仅由液相和固相构成的凝聚体系的相平衡影响很小，所以二元凝聚体系的相图通常不考虑压力的影响，而常以组成为自变量，其物理性质则取温度。
2.热分析法测绘步冷曲线热分析法是绘制相图常用的基本方法。
其原理是将体系加热融熔成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，用体系的温度随时间的变化情况来判断体系是否发生了相变化。
记录体系的温度随时间的变化关系，再以时间为横坐标，温度为纵坐标，绘制成温度--时间曲线，称为步冷曲线（如图6－1）。
从步冷曲线中一般可以判断在某一温度时，体系有无相变发生。
当系统缓慢而均匀地冷却时，若系统内无相的变化，则温度将随时间而均匀地改变，即在T-t曲线上呈一条直线，若系统内有相变化，则因放出相变热，使系统温度变化不均匀，在T-t图上有转折或水平线段，由此判断系统是否有相变化。
对于二组分固态不互溶凝聚系统（A-B系统），其典型冷却曲线形状大致有三种形态，见图6－1所示。
图6－1(a) 图6－1(b) 图6－1(c)图6－1(a)体系是单组分体系。
在冷却过程中，在a～a1段是单相区，只有液相，没有相变发生，温度下降速度较均匀，曲线平滑。
冷却到a1时，达到物质的凝固点，有固相开始析出，两相共存，自由度为零，温度保持不变，冷却曲线出现平台（温度不随时间而改变）。
当到达a1′点液相完全消失，系统成为单一固相，自由度为1，此后随着冷却，温度不断下降。
二元体系相图
四、简单相图的分析和研究
1、纵轴 左边纵轴是纯水一元体系，A点是冰 点，是液相水和固相冰处于相平衡 的二相点。 右边纵轴为硝酸钠一元体系，B点是 熔点，是液态硝酸钠与固相硝酸钠 处于平衡的二相点。
2.曲线BE和AE BE是NaNO3在水中的溶解度曲线， 即NaNO3饱和溶液； AE是NaNO3溶液的结冰线，也称 为水的溶解度曲线
四、简单相图的研究
3.E点 E点表示冰与硝酸钠两个固相平衡 的饱和溶液。是无变量点
4.AEB曲线上方的区域为不饱和 液相区，无固相析出 5.BEDB与AECA分别为硝酸钠 和冰的固相结晶区 6.直线CED，是三相共存的三相 线 7.CDSW区域是冰和硝酸钠两个 纯固相无液相的共存区
课堂练习1：简单二元体系相图的标绘
称为有相合熔点的化合物，或称为同成分水合盐。例如
Mn(NO3)2-H2O 二元体系
2、不稳定水合盐
这种水合盐加热至一定温度时，不是简单地熔化， 而是生成无水盐或含水少的水合盐及同时生成较水 合盐含水量多的溶液，因而造成固液两相组成不一 致。这个温度就是固液异组成物的“熔点”，或叫 不相称熔点。这个温度实际上也是水合盐的分解温
相没有计入相数P中，水盐体系也不研究气相的组成
二、坐标系
在二元体系相图中，我们横坐标来表示组 成；用纵坐标表示温度，温度用ºC或K表 示。当组成用不同单位表示时，可得到不 同形式的相图。 通常采用质量百分数和摩尔百分数表示盐 在系统中的百分含量，以利于直读数据。 水的含量则用100%减去盐的含量来确定。
液相L中含Na2SO433.25%,水合物中含 Na2SO444.09%，所以Na2SO4.10H2O是异成 分水合盐
例题2-1
若Na2SO4.10H2O总分子量为142+180=322，求其组成。 解：
二元液相系图
物理化学实验报告实验名称：完全互溶双液系统气液平衡相图的绘制专业班级：生物工程112班学生姓名：钟坤学号：1108110391实验时间：2103年5月14日8:00~10:00指导老师：刘定富老师一．实验目的1．测定常压下环己烷－乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点－ 组成相图。
2．掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。
3．掌握阿贝折射仪的使用方法。
二．实验原理两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。
根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。
两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。
当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。
恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T －x ），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为3类：（1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯－苯体系，如图2.7(a)所示。
（2）最大负偏差：存在一个最小蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都小，混合物存在着最高沸点，如盐酸—水体系，如图2.7(b)所示。
（3）最大正偏差：存在一个最大蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压t A t A tAtB t B t Bt / o C t / o C t / o C x B x Bx B A B A A B B(a)(b)(c)x 'x '都大，混合物存在着最低沸点如图2.7(c)）所示。
图2.7 二组分真实液态混合物气—液平衡相图（T-x图）后两种情况为具有恒沸点的双液系相图。
它们在最低或最高恒沸点时的气相和液相组成相同，因而不能象第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离，而只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。
为了测定双液系的T－x相图，需在气－液平衡后，同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。
本实验以环己烷－乙醇为体系，该体系属于上述第三种类型，在沸点仪（如图2.8）中蒸馏不同组成的混合物，测定其沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出T－x相图。
二元液系相图的绘制实验报告
仪器与试剂
WAY型阿贝折射仪一台，超极恒温水浴一台，带有冷凝管的沸点仪一支，电加热套一个，数字式温度计一台，长、短胶头滴管个一支，100ml量筒一个，3%、15%、30%、50%、60%、70%、80%、92%、97%的环己烷溶液各一瓶。
4、烘干沸点仪时注意温度指示，温度达1000C前将沸点仪从电加热套上移开，防止温度过高而损坏温度计。
5、使用阿贝折射仪时，棱镜不能触及硬物，每次用完后应用洗耳球吹干棱镜。
原始数据记录
环己烷含量
沸点(0C)
气相折射率ng
液相折射率nl
3%
75.0
1.3752
1.3623
15%
69.9
1.3925
1.3734
注意事项
1、实验中可通过调节电加热套的温度或调整沸点仪的高度控制回流速度的快慢，一般控制回流高度在1.5cm左右。
2、在每一份样品的蒸馏过程中，每加入一次样品，待溶液沸腾后，控制好回流高度，再回流2～3min后，即可取样测定，不宜等待时间过长。
3、每次取样量不宜过多，取样时吸管一定要干燥，不能留有上次残夜，气相部分的样品要取干净。
二元液系相图的绘制实验报告
指导老师：
实验时间：
姓名：
学号：
实验目的
1、掌握阿贝折射仪的使用方法，通过测定混合物的折射率确定其组成。
2、学习常压下完全互溶双溶液系统气-液平衡相图的测绘方法，加深对相律、恒沸点的理解。
二元液系相图 实验报告
二元液系相图一、实验目的1、用沸点仪测定在常压下环己烷-乙醇的气液平衡相图。
2、了解沸点的测定方法。
3、掌握阿贝折射仪的测量原理及使用方法。
二、实验原理1、液体的沸点是指液体的饱和蒸汽压和外压相等时的温度。
在一定外压下，纯液体的沸点有确定的值。
但对于完全互溶的双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与双液系的组成有关。
2、用阿贝折射仪测定气液组成的折光率，来获得气液组成。
三、实验装置四、仪器及试剂仪器：EF-03沸点测量仪、阿贝折射仪、沸点仪、取样管试剂：无水乙醇、环己烷五、实验步骤1、安装好干燥的沸点仪。
2、加入纯乙醇30ml左右，盖好瓶塞，使电热丝浸入液体中，温度传感器与液面接触。
3、开冷凝水,将稳流电源调至（1.8-2.0A），接通电热丝，加热至沸腾，待数字温度计上读数恒定后，读下该温度值。
4、关闭电源，停止加热，将干燥的取样管自冷凝管上端插入冷凝液收集小槽中,取气相冷凝液样,迅速用阿贝折射仪测其折光率。
5、用干燥的小滴管取液相液样，用阿贝折射仪测其折光率。
6、分别在沸点仪中加入混合液，1、2、3、4、5、6重复上述操作。
7、根据环己烷-乙醇标准溶液的折射率，将上述数据转换成环己烷的摩尔分数，绘制相图。
8、实验完毕后,关闭冷凝水，关闭电源，整理实验台。
六、阿贝折光仪的使用1、用擦镜纸将镜面擦干，取样管垂直向下将样品滴加在镜面上，注意不要有气泡，然后将上棱镜合上，关上旋钮。
2、打开遮光板，合上反射镜。
3、轻轻旋转目镜，使视野最清晰。
4、旋转刻度调节手轮（下手轮），使目镜中出现明暗面（中间有色散面），图a。
5、旋转色散调节手轮（上手轮），使目镜中色散面消失，出现半明半暗面，图b,c。
6、再旋转刻度调节手轮（下手轮），使分界线处在十字相交点，图d。
7. 在下标尺上读取样品的折光率。
阿贝折光仪的校正（1）仪器校正。
在开始测定前，用纯水校正阿贝折光仪。
将超级恒温槽的温度调至25℃，将阿贝折光仪的数据调至1.3325，然后观察明暗分界线是否在十字线中间，若有偏差，则用螺丝刀微量旋转小孔内的螺钉，使分界线位移至十字线中间。
固-液二元体系相图二级相变
进一步将N点的原料加温至全部熔
化,冷却过程中首先结晶出来的固
体杂质含量高,最后结晶出来的固
体纯度较高.多次重复此种操作,最
后结晶出来的晶体将极其纯净,从
而得到高纯A.
A
液相
固-液两相平衡
N
P
固相 B→
区域熔炼装置图
加热区域将熔化为液态,当加热 圈向右移动时,左边部分因离开 加热区而冷却凝固.因为杂质B 在固相的浓度比较小,所以凝固 下来的固体端B的浓度较小,原 料的纯度比较高.加热圈从左移 动到右的过程,是将B从作边扫 到右边的过程.
phase diagram of two compounds (1)
• 1区: 单相,熔液,f=2
• 2区: 两相,A2+l,f=1
1
• 3区: 两相,C+l
• 4区: 两相,B+l
F
G
• 5区: 两相,A2+C
• 6区: 两相,A1+C • 7区: 两相,B+C
白硅石A2
2
I E
M
3
D
5
N
鳞石英A1
体系分为两个固相， 其组成分别由E和F 点表示。
此帽形区有一最高会 熔温度。
solid
s1+s2
E
F
P
A
B
固相部分互溶的相图的变化
T
T
liquid
T
liquid
liquid
l+s
l+s
solid
s1
solid
s1+s2
s1+s2
A
s1+s2
A B
A
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第次课 4 学时
实验6 二元液系相图
一、实验目的
1. 用回流冷凝法测定常压下环己烷—异丙醇的气液平衡数据，绘制二元液系T～x 图，确定系统恒沸组成及恒沸温度。
2. 学会阿贝折光仪的使用。
二、实验原理
在常温下，两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的系统为完全互溶系统。
在恒定的压力下，表示溶液沸点与组成的图称之为沸点－组成图。
完全互溶双液系恒定压力下的沸点－组成图可以分成三类：⑴溶液沸点介于两纯组分沸点之间(图6－1)⑵溶液存在最低沸点(图6－2)⑶溶液存在最高沸点(图6－3)。
t/ ℃ p=常数 t/ ℃ p=常数 t/ ℃ p=常数
g g g
t1
l l
l
A x
G x
L
x
B
→ B A x
B
→ B A x
B
→ B
图(6－1) 图(6－2) 图(6－3) 图(6－2)、图(6－3)有时被称为具有恒沸点的双液系。
和图(6－1)根本的区别在于，系统处于恒沸点时气、液两相的组成相同。
因而不能象第一类那样通过反复蒸馏而使两种组分完全分离。
如果进行简单的反复蒸馏只能得到某一纯组分和组成为恒沸点相应组成的混合物。
如果要获得两纯组分需要采用其它的方法。
系统的最高或最低恒沸点即为恒沸温度，恒沸温度对应的组成为恒沸组成。
异丙醇－环
己烷双液系属于具有最低恒沸点一类的系统。
为了绘制沸点－组成图，可采用不同的方法。
化学方
法和物理的方法，相对而言物理的方法具有简捷、准确的
特点。
本实验是利用回流及分析的方法来绘制相图。
取不
同组成的溶液在沸点仪中回流，测定其沸点及气、液相组
成沸点数据可直接由温度计获得，气、液相组成可通过测
定其折光率，然后由组成－折光率曲线中最后确定。
三、仪器和试剂
蒸馏瓶 1套；
调压器 1台；温度计( 50～100℃，1/10) 1支；阿贝折光仪 1台；
图6.2 沸点仪
精密温度计；2.磨口塞；3.电加热丝；
4.冷凝管；
5.气相凝聚液。
长取样管 1支；
短取样管 1支；
25ml移液管 3支；
电吹风机 1台；
环己烷(A.R) 1瓶；
异丙醇(A.R) 1瓶
四、实验步骤
1. 用阿贝折光仪测定纯环己烷、异丙醇及标准混合物样品的折光率。
在坐标纸上做出折光率对组成的工作曲线。
2. 测定纯异丙醇、环己烷沸点：
在干燥的蒸馏瓶中加入25ml异丙醇，盖好瓶塞，检查电炉丝全部浸没于液体中。
冷凝器通冷却水，接通电源，缓慢旋转调压器转盘，控制电压在20～30V左右，随时观察瓶内液体，待液体沸腾温度恒定后，记下温度计读数。
将调压器回零，切断电源，使蒸馏瓶内液体稍冷后倒回原样品瓶内。
用吹风机将蒸馏瓶及冷凝器吹干后，重复上述操作测定环己烷的沸点。
此步可以不做，环己烷和异丙醇的沸点利用克－克方程计算出来。
3. 测定环己烷—异丙醇混合物的气液平衡温度及气液相组成：
移取25ml 5%的混合物到蒸馏瓶中，同法加热至沸腾，最初冷凝在气相取样槽中的液体不能代表平衡时的气相组成，需用长取样管从冷凝管上口插入到气相取样槽处，缓缓捏压橡皮头将冷凝液吹回蒸馏瓶，反复2～3次，待温度计读数短时间内恒定不变且气相取液槽已满时记下平衡温度，停止加热。
随即用长取样管(注意：取样管在取样前必须用吹风机吹干)从气相取样槽吸出气相样品，迅速测定其折光率。
再用另一短取样管从磨塞小口处吸取少量液相样品，迅速测其折光率。
迅速测定是防止样品蒸发而改变组成。
测定完毕后，将蒸馏瓶中的溶液倒回原瓶中。
用同样的方法测定其它混合物的气液平衡温度、气液相样品的折光率。
各次实验后的溶液均倒回原瓶。
五、实验注意事项
1. 电炉丝一定要被液体浸没，不能露出液面。
加热电压不能过高，否则易引起有机液体燃烧或烧断炉丝。
2. 一定要使系统达到气液平衡即温度恒定后，才能读取温度值、取样分析。
3. 取样管在取样前必须用吹风机吹干。
4. 使用阿贝折光仪时棱镜上不能触及硬物（如取样管），擦棱镜时需用擦镜纸。
5. 实验过程中，一定在冷凝器中通入冷却水，使气相全部冷凝。
6. 测定纯组分的沸点时，蒸馏瓶必须烘干，而测定混合物时，不必烘干。
六、数据记录与处理
室温 25.5℃ 大气压 100.12kPa
表6.1 环己烷—异丙醇标准溶液的折光率测定记录
环己烷的质量百分率
0% 20% 40% 60% 80% 100%
环己烷的摩尔分数 0 0.152 0.318 0.521 0.743 1.00
折 光 率 1.3768 1.3811 1.3900 1.4021 1.4116 1.4242
表6.1 环己烷—异丙醇气液平衡数据
基础数据
1. 做出环己烷—异丙醇标准溶液的折光率—组成的工作曲线。
2.由上述的工作曲线确定各气液相组成，填于表中。
3.做环己烷—异丙醇系统的T～x图，找出其恒沸点及其恒沸组成。
恒沸点及组成为69.75℃，0.625
七、思考题
1. 做环己烷—异丙醇标准溶液的折光率—组成工作曲线的目的是什么？
答：在测定未知混合物的折光率后由工作曲线上查出气、液相对应的组成。
2.如何确定气液相已达到平衡状态？
答：观察温度，温度计读数短时间内恒定不变且气相取液槽已回流满时可视为达到气液相已达到平衡状态。
3.为什么测定纯组分的沸点时，蒸馏瓶必须烘干，而测定混合物沸点和组成时，不必烘干蒸馏瓶？
答：测定纯组分的沸点时，蒸馏瓶不烘干会混入前一次的混合液，就不再是纯组分了；测定混合物沸点和组成，不必烘干蒸馏瓶，只要沸点和组成对应就可以，组成从工作曲线上查找。
4.气相取样槽体积的大小对测量有无影响？
答：有。
气相取样槽体积过小，会影响气相样品的测定准确度，而其体积过大，则相当于分馏。
5.讨论本实验的主要误差来源。
答：仪器误差、人为误差。
如温度计及折光仪读数误差，取样误差等。