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 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。