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。

若构成非理想混合物，其性质则不符合拉乌尔定律，在低压下符合下列各式所示关系：
p1=p1*a1 p2=p2*a2 （2）
a1= r1 x1 a2= r2 x2 （3）
式中：a1、a2为两组分在平衡液相中的活度；
r1、r2为两组分在平衡液相中的活度系数；
活度系数除与两组分本性有关外，还与温度、压力及组成有关。

根据分压定律及式（2）（3）= p y1/ p1* x1 r2= p y2/ p2* x2 （4）
可得：r1
式中：p为气液平衡总压
r1、r2为两组分在平衡气相中的物质的量分数。

当从手册上查到一定温度下的p1、p2，并从相图上查到平衡总压p及在此温度下气液平衡时的x1、y1（x2、y2）,就可以用（4）计算出各组分在平衡液相中的活度系数y1、y2。

溶液的折射率随它的组成而改变。

如果一定温度下配置的一系列已知组分的二组分溶液，测定它们的折射率，可绘制出反应此溶液组成与折射关系的标准曲线。

根据这些标准曲线可由此二组分溶液在给定温度下的折射率查的其组成。

亦可由实验数据回归为组成与折射率的关系式计算混合溶液在不同折射率下的组成。

仪器与试剂：
沸点仪1套；超级恒温槽一台；阿贝折射仪一台；变压器一台；0.1°刻度温度计(50～100℃)1支；30ml小滴瓶6个；20ml量筒2个；毛细滴管2支；洗耳球1个；擦镜纸若干。

无水乙醇(A.R),环己烷(A.R)，1～10号不同组成环己环-乙醇溶液，丙酮。

实验步骤：
1、接好超级恒温槽与折射仪间的循环水管，将超级恒温槽温度调至25.0℃。

2、2、校正折射仪。

3、绘制标准曲线；用吸量管配制6种不同体积百分数(10、25、40、55、
70、85%环己烷)各10ml 的乙醇－环己烷溶液，分别放在6个干燥的
30ml滴瓶中(注意盖严)。

记录配制时室温。

用折射仪分别测定各溶液的
折射率。

4、读大气压力。

5、在干燥的沸点仪内，加入实验室配制好的乙醇－环己烷Ⅰ号溶液。

使沸
点仪内液面达到温度计水银球约一半的位置。

开冷却水。

沸点仪电热丝
接至变压器20V的输出位置，加热至沸腾，使气相冷凝液充分回流。

此时
应注意观察温度。

当在2～3 min 内温度不变时，认为气液相达到平衡，记下温度数值。

停止加热。

迅速用干燥的毛细滴管先取气相冷凝液样品，测其折射率。

用丙酮洗净折射仪棱镜后，再用另一支干燥的毛细滴管取
液相样品，测定其折射率。

洗净棱镜做好下次测定的准备工作。

测定完
毕，放出1号溶液装入原溶液瓶内(切勿装错)。

6、在沸点仪内加入2号溶液，按上述步骤重复操作。

再依次测量3～8号溶液。

7、实验完毕，切断超级恒温槽电源，擦净折射仪。

重读大气压。

数据处理：
1、作出乙醇-环己烷标准溶液的折射率与组成关系图。

2、
用以上关系曲线确定各气液相组成，填于下表1中。

思考题：1.作乙醇-环己烷标准溶液的折射率-组成曲线目的是什么？
2.如何判定气-液相已达平衡状态？
3. 此实验中某一号溶液组成发生不大的变化，对实验测得相图是否有
影响？
参考相图：。