二组分气-液平衡相图的测定
物化实验双液系的气-液平衡相图实验报告
双液系的气－液平衡相图一实验目的1．绘制在pθ下环己烷－异丙醇双液系的气－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的沸点及正常沸点的方法；3．掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
二实验原理在常温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。
若两液体能按任意比例互溶，则称完全互溶双液体系，若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。
液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有其特定值，但双液系的沸点不仅与外压有关而且还与两种液体的相对含量有关。
通常，如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，在T—X图上溶液的沸点介于A、B二纯液体的沸点之间见图中于 (a)。
而实际溶液由于A 和B二组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大偏差，在T—X图上就会有最高或最低点出现，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，如图2-4-1(b),（c)所示。
恒沸点混合物蒸馏时，所得的气相与液相组成相同，因此通过蒸馏无法改变其组成。
本实验是用回流冷凝法测定环已烷—异丙醇体系的沸点—组成图。
其方法是用阿贝折射仪测定不同组成的体系，在沸点温度时气、液相的折射率，再从折射率—组成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制沸点—组成图。
三仪器和试剂沸点仪1套；恒温槽1台；阿贝折射仪1台；量筒8个；玻璃漏斗8个；滴管2个；环己烷（分析纯）；异丙醇（分析纯）；实验装置如下：四实验步骤1．工作曲线的绘制配制环己烷的质量百分数0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80和0.90的环己烷－异丙醇溶液。
计算所需环己烷和异丙醇的质量，并用分析天平准确称取。
为避免样品挥发带来的误差，称量应尽可能的迅速。
各种溶液的确切组成要按照实际称样结果精确计算。
调节超级恒温水浴的温度为35度，使阿贝折光仪上温度与其保持一致。
分别测定上述九个溶液以及异丙醇和环己烷的折光率。
根据这些数据作出折光率－组成工作曲线。
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。
二组分气液平衡相图的测定
实验过程中的讲解（四）
实验数据记录要求和作图方法
1、把测得的数据填写在事先列好的数据表里； 2、填写数据要用钢笔或油笔，不得使用铅笔； 3、数据填写要真实、准确； 4、错误的数据不能用涂改液等随便涂改，可以 用笔划一下再在旁边写上正确的。 5、作图方法见教材第9页。
分析实验数据,讨论实验结果
二组分气- 液平衡相图愿始数据记录表
1、讲解阿贝折射仪的使用方法和注意事项 每次加入沸点仪的样品的浓度是否要一定，为什么？
2、调压器的电压要合适（多大？）； 实验过程中要把握的重点
1、一定要在完全达到气-液平衡时才可取样测其折光率。
答：不需要，因为虽然加入沸点仪的样品的浓度不同会使样品的沸点发生变化，但是相对应的气液两相的组成也发生变化，不影响相
分析实验数据，讨论实验结果
沸点-组成图
85 80 75 70 65
1、该图为乙醇-环己烷的沸点组成图
2、最低共沸点为65.2℃，共沸 组成x=0.54
3、蓝线为气相线，以上为气 相；红线为液相线，以下为 液相；两线之间为气-液共 存区；两线有一切点。
沸点/C
60
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1.3908
0.429
1.3968
0.502
1.3982
0.533
1.4021
0.542
1.4102
0.561
1.4167
0.617
1.4249
1.000
残掖试样 折光率（n） x环己烷 1.3602 0.000 1.3642 0.062 1.3689 0.109 1.3755 0.185 1.3888 0.354 1.3982 0.534 1.4107 0.745 1.4182 0.907 1.4205 0.935 1.4249 1.000
双液系的气-液平衡相图的绘制实验报告
实验四 双液系的气-液平衡相图的绘制一、目的要求1.用沸点仪测定大气压下乙醇—环己烷或异丙醇-环己烷双液系气-液平衡时气相与液相组成及平衡温度，绘制温度—组成图，确定恒沸混合物的组成及恒沸点的温度。
2.了解物化实验中光学方法的基本原理，学会阿贝折光仪的使用。
3.进一步理解分馏原理。
二、实验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，则称部分互双液系。
双液系的气液平衡相图t x -图可分为三类。
如图4.1。
图 4.1 二元系统t x -图这些图的纵轴是温度(沸点)，横轴是代表液体B 的摩尔分数B x 。
在t x -图中有两条曲线：上面的曲线是气相线，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4.1(a)中对应于温度t 1的气相点为y 1，液相点为1l ，这时的气相组成y 1点的横轴读数是g B x ，液相组成点1l 点的横轴读数为lB x 。
如果在恒压下将溶液蒸馏，当气液两相达平衡时，记下此时的沸点，并分别测定气相(馏出物)与液相(蒸馏液)的组成，就能绘出此t x -图。
y 1l 1t 1g Bx l Bx AB t/℃（a ）气液t/℃AB B x →（b ）t/ ℃气液ABB （c ）图4.1(b)上有个最低点，图4.1(c)上有个最高点，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸混合物，在此点蒸馏所得气相与液相组成相同。
三、仪器和药品1.仪器玻璃沸点仪一套；阿贝折光仪一台；WLS 系列可调式恒流电源一台；SWJ 型精密数字温度计一台；SYC 超级恒温槽一台。
2.药品无水乙醇（AR ）或异丙醇（AR ）；环己烷（AR ）。
四、实验步骤（一）、步骤1.按图4.2连好沸点仪，数字贝克曼温度计,感温杆勿与电热丝相碰。
2.接通冷凝水，用超级恒温槽完成冷凝循环。
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（50 ml，250 ml），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7-1 FDY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。
实验七双液系气液平衡相图的测定
数据处理
1. 将实验中测得的折射率—组成数据列表，并绘制成 工作曲线。
2. 将实验中测得的沸点—折射率数据列表，并从工作 曲线上查得相应的组成，从而获得沸点与组成的关 系。
3. 绘制沸点—组成图，并标明最低恒沸点和组成。 4. 在精确的测定中，还要对温度计的外露水银柱进行
仪器操作
使用方法
3. 调光： 转动镜筒使之垂直，调节反射镜使入射光进入棱镜，
同时调节目镜的焦距，使目镜中十字线清晰明亮。调节消 色散补偿器使目镜中彩色光带消失。再调节读数螺旋，使 明暗的界面恰好同十字线交叉点处重合。这时镜筒的轴与 掠射光线平行。 4. 读数：
从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。常用的 阿贝折射仪可读至小数点后的第四位，为了使读数准确， 一般应将试样重复测量三次，每次相差不能超过0.0002， 然后取平均值。
仪器操作
注意事项
1.使用时要注意保护棱镜，清洗时只能用擦镜纸而不能用滤纸 等。加试样时不能将滴管口触及镜面。对于酸碱等腐蚀性液 体不得使用阿贝折射仪。
2.每次测定时，试样不可加得太多，一般只需加2～3滴即可。 3.要注意保持仪器清洁，保护刻度盘。每次实验完毕，要在镜
面上加几滴丙酮，并用擦镜纸擦干。最后用两层擦镜纸夹在 两棱镜镜面之间，以免镜面损坏。 4.读数时，有时在目镜中观察不到清晰的明暗分界线，而是畸 形的，这是由于棱镜间未充满液体；若出现弧形光环，则可 能是由于光线未经过棱镜而直接照射到聚光透镜上。
0.200mL、…、0.900mL的环己烷，再依次移入 0.900mL、0.800mL、…、0.100mL的异丙醇，轻 轻摇动，混合均匀，配成9份已知浓度的溶液（按 纯样品的密度，换算成质量百分浓度）。用阿贝 折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和异丙 醇的折射率。以折射率对浓度作图，即可绘制工 作曲线。
22二组分理想混合物的气液平衡相图
22 二组分理想混合物的气液平衡相图鉴于理想液体混合物中的组分都遵守Raoult 定律，压力较低时气相混合物中的组分都服从Dalton 分压定律，故这种混合物的气液平衡相图是惟一可通过计算得到的，它是各种实际气液平衡相图研究的基础。
本专题便来介绍这种模型混合物的气液平衡相图，并引出杠杆规则等重要的概念。
1. 相律分析对于一个二组分气液平衡系统，若两个组分间没有化学反应，也没有其他独立的限制条件，则由相律可得系统的自由度为：πππ-=--+-='--+-=400222R R K F（22-1）由于系统至少有一个相，自由度最多等于3。
这就是说，要构作二组分气液平衡相图需要三个坐标，是一个T 、p 、B x 或B y 的三维立体图。
然而，为了简单和易读，人们常常使其中一个强度性质保持不变，而去表示其它两者的关系，从而将立体相图变成两个平面相图。
例如，在T 保持不变的条件下，构作B x 或B y 与p 的关系图，此图称为恒温相图。
或者，也可在保持p 不变的条件下，构作B x 或B y 与T 的关系图，此图称为恒压相图。
因此，所有二组分气液平衡系统，都可有两个平面相图。
2. 恒温相图专题17已述，理想混合物中的所有组分，在任意温度和压力下，都遵守Raoult 定律。
如果气液平衡时气相压力较低，则可得总压B *B B *A B A )1(x p x p p p p +-=+= （22-2）*A *B *A B p p p p x --= （22-3）式（22-3）便是液相组成B x 与压力p 的关系式。
式中*A p 、*B p 分别为两个纯组分的饱和蒸气压，对于确定的系统，在指定的温度下是两个常数。
不难看出，式（22-2）是一个线性关系，在图22-1所示的恒温相图中，是一条直线（如实线所示），它称为液相线。
假定蒸气可视为理想气体，则组分的蒸气分压服从Dalton 分压定律：B *B B B x p p p p y == （22-4）将式（22-3）代入式（22-4），可得)()(*A *B *A *B B p p p p p p y --= （22-5）式（22-5）便是气相组成B y 与压力p 的关系式。
双液系的气-液平衡相图要点
参考文献
1.刘寿长，物理化学实验与技术，郑州大学 出版社，2004 2. 于庆水，双液系相图实验中分馏效应的 消除，沧州师范专科学校学报，2005，21 （2）：85.
3.苏碧泉，气液平衡相图绘制实验的改进， 化学教育，2006 ，27（2） ：54
液体的沸点 是指液体的蒸气压与外界压力相等时的 温度。在一定的外压下，纯液体的沸点有其 确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关， 而且还与两种液的相对含量有关。根据相律， 自由度＝组分数－相数＋2，因此，一个以 气－液共存的二组分体系，其自由度为2。
只要任意再确定一个变量，整个体系的 存在状态就可以用二维图形来描述。在一 定温度下，可以画出体系的压力 P 和组分 x 的关系图，如体系的压力确定，则可作温 度 T 对 x 的关系图。在 T－x 相图上，还有温 度、液相组成和气相组成三个变量，则其 它两个变量必须有相应的确定值。
双液系的气－液平衡相图
实验目的与要求
绘制在常压下环己烷－乙醇双液系的气液 平衡相图，了解相图和相律的基本概念。 掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的 方法。 掌握用折射率确定二元液体组成的方法。
实验原理
气－液相图 两种液态物质混合而成的二组分体系 称为双液系，两个组分若能以任意比例相 互溶解，称为完全互溶双液系。两个组分 若只能在一定比例范围内相互溶解，称为 部分互溶双液系。
操作要点
由于沸点及气液两相折光率的测定需要气液平衡 的条件下测定，因此应注意以下几个操作要点：
变压器调节电压时，应由零开始逐渐加大电压使溶液 缓慢加热。每种浓度样品其沸腾状态应尽量一致。即 气泡连续、均匀冒出为好，不要过于激烈也不要过于 慢。 蒸气在冷凝管中的高度应保持在2cm左右，温度计读 数稳定后体系达到平衡，(温度保持恒定，证明气液相 达到平衡，一般约10分钟) 最初收集在球形凹槽内的冷凝液常不能代表平衡时的 气相的组成。因此需将最初的冷凝液倾倒回烧瓶2~3次。
二组分气液平衡相图
实验三二组份气液平衡相图一、目的1、用沸点仪测定和绘制乙醇和环己烷的二组份气液平衡相图；2、用阿贝折射仪测定液体的组成，了解液体折射率的测量原理及方法。
二、基本原理两种液态物质混合而成的二组份系统称为双液系。
二液体若能按任意比例互相溶解，称完全互溶双液系；若只能在一定比例范围内互相溶解，则称部分互溶双液系。
例如水－乙醇双液系、苯－甲苯双液系都是完全互溶双液系，苯－水双液系则是部分互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸汽压和外压相等时的温度。
在一定的外压下，纯液体的沸点有确定的值，但对于双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与双液系的组成有关，即和双液系中两种液体的相对含量有关。
通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相、液相的组成作图，即得二组份气液平衡相图，它表明溶液在各种沸点的液相组成和与之成平衡的气相组成的关系。
在恒压下，二组份完全互溶双液系的沸点组成图可分为三类：(1)溶液的沸点介于两纯组份沸点之间，如苯和甲苯、水和甲醇等。
(2)溶液有最高沸点，如氯化氢与水、硝酸和水、丙酮与氯仿等。
(3)溶液有最低沸点，如水和乙醇、苯和乙醇、乙醇和环已烷等。
这三种类型的相图如下图所示图4-1 二组份气液平衡相图的三种类型图中、T 分别表示纯A 纯B 的沸点。
图中两曲线包围的区域为气－液两相平衡共存区。
它的上方G 代表气相区，下方L 为液相区。
C 和C'分别表示最高和最低恒沸物的沸点和组成。
T A *B *测绘这类相图时，要求同时测定溶液的沸点及气液平衡时两相的组成。
本实验用回流冷凝法测定环己烷－乙醇溶液在不同组成时的沸点。
所用沸点仪如图4-2所示，是一只带有回流冷凝管的长颈园底烧瓶，冷凝管底部有一球形小室D ，用以收集冷凝下来的气相样品，液相样品则通过烧瓶上的支管L 抽取，图中E是一根电热丝，直接浸在溶液中加热溶液。
溶液的组成用测定其折射率确定。
折射率是物质的一个特征数值。
溶液的折射率与组成有关，因此测得一系列已知浓度的溶液折射率，作出该溶液的折射率－浓度工作曲线，就可按内插法求得具有某折射率的溶液组成。
二组分完全互溶系统的气液平衡相图
二组分完全互溶系统的气——液平衡相图周韬摘要：测定了乙醇--环己烷完全互溶系统的气--液平衡相图。
在相图上，以环己烷占互溶系统的摩尔含量作为横坐标，以混合物的沸点为纵坐标，分别从分析纯的乙醇出发和分析纯的环己烷出发，制作出完整的混合溶液相图。
实验中通过控制压力相等的条件测定相图需要的各项数据，混合物溶液各组分的含量利用折光率不同来确定。
实验结果与理论值能够很好的符合。
关键词：相律；折射率；沸点。
1 前言许新华，王晓岗，刘梅川等人的“双液系气液平衡相图实验的新方法研究”①中讨论了自制工作曲线和引用文献数据的优良，由于实验环境等因素的影响，文献值之间也会有差别，所以文献数据并不能很好地反映真实情况，而自制工作曲线由于溶液配制时会挥发，准确浓度的溶液配制又有难度。
另一方面气相测折光率确定组分是，由于气相冷凝液非常少，难以进行平行测定，偶然误差比较大。
他们在文献中提到的解决办法是，用气相色谱法是进行微量样品分析。
借鉴气相色谱实验定量配制混合样品的方法，比较精确地配制出乙醇－环己烷标准组成溶液。
对最后得出的实验数据用Origin 处理得到如下的工作曲线（图1）：进行实验时，由于器材和时间的限制，我们采用直接引用文献数据和测定折光率的方式。
最后的数据进行温度校正之后作图，得到的工作曲线依然可以很好地和文献相吻合。
2实验部分 2.1原理两种液态物质若能以任意比例混合，则称为二组分完全互溶混合物系统。
当其蒸气压与外压相当时，溶液就会沸腾，此时的温度称为沸点，沸腾的溶液也产图 1 文献的工作曲线生了气相和液相两种相数。
在一定压力下，二组分完全互溶混合物系统的沸点可能有三种情况：①混合物的沸点介于两种纯液体的沸点之间，这种混合物，气液两项的组成不同，可以通过精馏使系统的两个组分完全分离开；②混合物有沸点极大值；③混合物有沸点极小值。
②、③两种由于实际系统严重偏离了拉乌尔定律，②项负偏差很大，在相图上有沸点极大值，③项的正偏差很大，会产生沸点极小值，后面两种混合物情况，难以用精馏的方式将两种液体分离开②。
实验二 双液系组分的测定
实验二双液系的气—液平衡相图一、实验目的：1.绘制在标准压力下乙酸乙酯-乙醇双液系的气-液平衡相图2.学会阿贝折光仪的使用方法3.初步学会通过折光率确定二元液体组成的方法4. 掌握测定双组分液体的沸点以及正常沸点的方法二、实验原理两种液态物质混合后的双组分混合液称为双液系。
两个组分若能以任意比互溶称为完全互溶双液系。
溶液的沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有确定值；双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。
根据相律:自由度= 组分数-相数+ 2因此，气液共存的双组分体系的自由度为2。
只要确定一个变量，整个体系的存在状态可以用二维图象来描述。
例如，在一定温度下，可以画出体系的压力p和组分x的关系图（图1, 请参考实验教材），这就是相图。
在T-x相图上，还有温度、液相组成和气相组成三个变量，但是只有一个自由度。
一旦设定某个变量，则其它两个变量必有相应的确定值。
图1为完全互溶双液系的沸点-组成图。
组分分析:本实验使用数字阿贝折光仪对样品进行分析，关于数字阿贝折光仪的使用方法和折光仪的工作原理见《物理化学实验》（复旦大学）（高等教育出版社第二版）262页。
五、实验步骤1. 沸点测定：用量筒取25ml乙醇或乙酸乙酯并倒入沸点仪中，注意电热丝应完全浸没在液体中，打开冷凝水接通电源并调节电压）待溶液沸腾后，调节冷凝水流量，温度计的读数稳定后方可读取沸点，并记录环境温度计的读数，在上述过程中要不断把气相凝聚液倒回圆底烧瓶中。
投料表:计算乙醇含量：Y乙醇=2. 折光率的测定及组成的确定停止加热，用干燥的长滴管分别从支管和冷凝管的上口取样，注意一个滴管只能取一个样，不得使同一个滴管取不同的样，每取一个样要测定三次折光率。
这样就得到两个系列的溶液的折光率。
未知溶液的组成从对应的折光率-组成工作曲线查得。
将乙醇、乙酸已酯以及系列溶液的沸点和气、液两相组成列表并绘制乙醇-乙酸已酯的温度-组成相图。
双液系二组分相图
3、根据所得蒸出液和蒸馏液的折光率， 在标准曲线上找出对应的成分，并对应 各沸点温度的蒸出液和蒸馏液的折光率 与含环己烷量列表。
4、作环己烷－乙醇的T－x图。并从图中 确定出最低恒沸点和恒沸物组成。
七、思考题
1、在测量沸点，如溶液过程或出现分馏 现象，将使绘出的相图图形会产生什么 变化？
五、实验注意事项
1、加热电热丝一定要被欲测液体浸没， 否则通电加热时会引起有机溶液的燃烧 或烧断加热丝，所加电压不能太大，加 热丝上有小气泡逸出即可，温度计水银 球不要直接碰到加热丝。
2、一定要使体系达到平衡，即温度计 读数稳定，先停止通电加热再取样分析。
3、使用阿贝折光仪时，棱镜上不能触 及硬物（如滴管）。
六、数据处理
1、沸点温度校正 (1)正常沸点。在PQ下测得的沸点称为正 常沸点。通常外界压力并不恰好等于 101.325KPa，因此，应对实验测得值作 压力校正。应用特鲁顿规则及克劳修斯 －克拉见龙公式校正。
△t后＝（273.15+ t观）/10·（101325－P）/101325
校正后溶液的正常沸点为
完全互溶双液系在恒定压力下的气－液 平衡相图可分为三类：
绝对大多数实际体系与拉乌尔 （Raoult）定律有一定偏差。如果偏差不 大时，在T－x图上，液体的蒸气压和沸 点介于A－B两纯组分蒸气压及沸点之间， 如甲苯－苯体系如图1所示，为第一类。
但是，实际溶液由于A－B两组分的相互 影响，常与拉乌尔定律有很大的偏差， 以至其相图将出现极值，在T－x图上出 现最低点和最高点，如图2、图3。这些 点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸
度测量时，需对温度计读 数校正。根据玻璃与水银膨胀系数的差 异，校正计算式为：
二组分气-液平衡相图的测定
二组分气-液平衡相图的测定相图系指系统的相平衡状态图。
相图用图解的方法研究系统的相平衡行为，是相平衡热力学研究的重要手段之一。
相律只能给出系统的独立组分数、平衡共存相数和自由度数，而相图可以给出更加详尽得多的信息。
利用相图提供的信息，化学工程师可以进行工程（如精馏塔）设计及工艺操作（如利用盐-水系统相图进行盐类的精制）；可以进行精馏分离或制备具有精确组成的标准样品（如恒沸蒸馏混合物）；可以利用区域熔炼技术把金属提纯到极高的纯度，也可以把有机混合物或高分子混合物按照相对分子质量进行重新排布；利用二组分气-液平衡实验数据，结合实际溶液知识，可以测量实际溶液中溶剂或溶质的活度及活度因子。
合金相图是合金冶炼、金属热处理和表面处理的理论依据。
利用相图还可以估算纯组分的相变焓。
实验目的1．了解蒸馏法绘制具有恒沸点的二组分气-液平衡相图的原理与方法；2．了解阿贝折光仪的工作原理及样品折光指数的测量方法；3．用蒸馏法绘制无水乙醇-环己烷二组分气-液平衡相图。
实验原理由于系统性质的千差万别，系统的相图也各不相同。
大部分相图都靠实验测定。
目前，实验上测定相图的方法主要有三种：1、冷却曲线法（又称热分析法），此法一般用于具有较高相变温度的系统（如金属和合金相图）。
2、溶解度法，此法一般用于部分互溶凝聚系统（如苯胺和水的相图）。
3、蒸馏法，此法一般用于气-液平衡系统（如乙醇-苯相图）。
对于气-液平衡系统，按照蒸馏条件的不同，可分为蒸气压~组成图，即p~x图（恒温蒸馏）和沸点~组成图，即t~x图（恒压蒸馏）。
本实验测定常压下乙醇-环己烷的沸点~组成图，即t~x图。
因此，本实验的技术关键是如何正确测量所给系统的相平衡温度（沸点）和相平衡组成（气相组成，液相组成）。
仪器和药品平衡蒸馏仪一套（见图3-15）；阿贝折光仪（附带超级恒温水浴）；自偶调压器一台；放大镜一只；量筒、移液管、滴管等；环己烷（A·R）；无水乙醇（A·R）。
双液系的气液平衡相图(物理化学实验)
双液系的气液平衡相图实验者：林澄昱生04 2010030007 同组者：张弯弯实验日期：2012-03-10 提交日期：2012-03-16实验指导：刘晓惠1引言两种蒸气压不同的挥发性液体在混合之后，其溶液组成与与其平衡气相的组成不同。
在恒外压下，二组分系统达到气液平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时气液两相组成关系的相图，称为沸点和组成（T-x）图。
大致分为三大类，包括：（1）理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其混合物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，有最高恒沸点。
见图1（b）；（3）各组分蒸汽压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，有最低恒沸点。
见图2（c）1。
图1 三类沸点组成（T-x）图本实验为了绘制常压下环己烷-乙醇的气液平衡相图，先利用阿贝折射仪测定一系列已知组成混合溶液及纯液体的折射率，绘制标准曲线，再通过沸点仪测定一系列混合溶液的沸点，收集少量气相冷凝液以及溶液，测定其各自折射率，反查标准曲线得到气液两相的组成，绘得双液系的气液平衡相图。
2实验操作2.1实验药品、仪器及测试装置示意图2.1.1实验药品环己烷，无水乙醇；2.1.2实验仪器沸点仪，调压器，温度传感器，锥形瓶，分析天平（AR2140），阿贝折射仪（型号不明，为靠近恒温箱的一台），恒温箱，胶头滴管，10ml吸量管，洗耳球；2.1.3装置示意图1. 冷却水入口2. 气相冷凝液贮存小泡3. 温度传感器4. 喷嘴5. 电热丝6. 调压器2图2 沸点仪2.2实验条件恒温槽温度：26 ℃室温：未测气压：未测2.3实验操作步骤及方法要点2.3.1标准曲线的测定及绘制2.3.1.1标准溶液的配制取5个干燥、洁净的锥形瓶，编号为1~5，分别称量空瓶质量并记录；依照表1分别量取并加入相应体积的环己烷和无水乙醇，每加入一种溶液以后称量其质量并记录；得到5份已知组分的标准溶液。
表1 标准溶液的配制方案通过称量得到的质量，可以计算得到每锥形瓶中液体含有的环己烷质量分数，通过测定其折射率，可以确定特定环己烷质量分数与折射率的关系；同时，直接量取纯的无水乙醇和环己烷，测定其折射率，可以绘制在环己烷质量分数在0~1之间的无水乙醇混合溶液与折射率的关系曲线。
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.绘制在Pθ环已烷—乙醇的气液平衡相图，了解相图和相律基本概念；2.掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法；3.掌握用折光率确定二元液体的组成方法。
二、实验原理液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有确定值。
但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。
根据相律：自由度=组分数-相数+2因此，一个气—液共存的二组分体系，其自由度为2。
只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。
两种挥发性液体混合，假设该二组分的蒸气压不同，则溶液的组成与其平衡气相的组成不同。
在压力保持一定，二组分系统气液到达平衡时，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〕的关系有以下三种：〔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. 沸点和组成〔T-x〕图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〔如图2所示〕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〕，分别用阿贝折光仪测定其折光率。
根据已知组成的溶液折光率，作出一定温度下〔25℃〕该溶液的折光率—组成工作曲线，然后根据测得的样品溶液的气液两相的折光率，在此曲线上即可按内描法得到待测未知样品溶液的组成。
图2. 沸点测定仪示意图三、仪器与药品沸点测定仪1只丙酮〔分析纯〕水银温度计〔50~100℃，分度值0.1℃〕1支超级恒温水浴1台玻璃温度计〔0~100℃，分度值1℃〕1支称量瓶〔高型〕10只调压变压器〔0.5kVA〕1只25mL移液管数字式Abbbe折光仪〔棱镜恒温〕1台长滴管10支带玻璃磨口塞试管〔5mL〕4支无水乙醇〔分析纯〕烧杯〔50ml，250ml〕各1支环己烷〔分析纯〕玻璃漏斗〔直径5cm〕1只重蒸馏水，冰四、实验步骤1.调节超级恒温水浴温度，使阿贝折光仪上的温度计读数保持在25℃。
二组分体系气-液平衡相图
通过25℃的无水乙醇，折射率应为 n D ＝1.3594（文献值），如果25℃实测值为1.3600，则1.3600－
1.3594=0.0006 表 明 标 尺 零 点 有 正 误 差，应 予 校 正，校 正 值 △ ＝ － 0.0006，实 验 中 每 次 测 定 应 加 上
△，此例为减去0.0006。用环己烷（
n
D 25
＝1.4326）校正零点也是同样。
3．测定乙醇－环己烷溶液不同组成时的沸点及此时（气液平衡）气、液相的组成。待上述无水 乙醇冷却至近于室温或不烫手时，加1.5ml环己烷至无水乙醇中，测定沸点并测沸腾时气、液组成。 再 依 次 加 入 环 己 烷 2.0、2.0、8.0、10.0、10.0、10.0ml 至 无 水 乙 醇 中，分 别 测 其 沸 点 和 气、液 相 组 成。
file://E:\whsy\whsy05.htm
2008-4-22
二组分体系气-液平衡相图
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五．数据处理
1．根据沸点数据以及从折射率－组成曲线内插得到气液组成；
乙醇－环己烷溶液不同组成的沸点及气、液组成
加入量
T
n液
n气
液相组成
气相组成
20ml乙醇 加1。5环己烷 加2.0环己烷 加2.0环己烷 加8.0环己烷 加10.0环己烷 加10.0环己烷 加10.0环己烷
4．同法测定环己烷－乙醇不同组成的沸点及其相应的气、液组成。在沸点仪先加入25ml环己 烷，测定沸点，然后依次加入无水乙醇0.5、0.5、0.5、1.0、1.0、2.0、5.0ml，分别测定沸点和气、 液组成。
判断沸点的准则：温度计汞柱上升明显变缓；液体发生大量气泡；蒸汽冷凝得到的液体很快充 满支管。此时一手握住台架，一手扶好台架底座，倾斜沸点仪，将支管中冷凝液倒回液体中（此步 骤简称“回流”），，立即读温度计示值，反复回流数次待温度计示值稳定，就是沸点。
实验四 二组分体系气液平衡相图
实验四二组分体系气液平衡相图一．实验目的1．了解液体沸点的测定方法。
2．掌握温度计的露茎校正方法。
3．掌握阿贝折光仪的原理及使用方法4．测定环己烷——乙醇二元系统气液平衡数据，给出沸点组成图。
二．实验原理常温下两液态物质混合构成的体系称为双液系。
若该双液系能按任意比例混合成为一相则称为完全互溶双液系。
若只能在一定比例范围内混合成为一相，其它比例范围内为两相则称部分互溶双液系。
环己烷——乙醇体系是完全互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气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值。
但是双液系沸点不仅与外压有关还随双液系的组成的改变而改变。
同时，在一般情况下双液系蒸馏时的气相组成和液相组成并不相同，因此原则上可通过反复蒸馏即精馏的方法分离双液系中的两液体。
但是当双液系具有恒沸点时，不能用单纯蒸馏的方法分离两液体。
如图4.1所示，本实验所用体系环己烷——乙醇的温度组成图是一个典型的具有最低恒沸点的相图。
若将组成在恒沸点处的体系蒸馏时气相组成和液相组成完全一样，因此在整个蒸馏过程中沸点也恒定不变，无法通过蒸馏的方法分离两组分。
恒沸点和恒沸混合物的组成还和外压有关，因此在不同外压条件下实验时所得双液系的相图也不尽相同，通常压力变化不大时恒沸点和恒沸混合物的组成的变化也不大，在未注明压力时一般均指外压为101.325kPa。
图4.1 具有最低恒沸点体系相图示意图本实验采用回流冷凝法测定环己烷——乙醇溶液在不同组成时的沸点。
由于液体沸腾时易发生过热现象，同时气相又易出现分馏效应，因此沸点的准确测定不易。
本实验所用的沸点仪如图 4.2所示，称为奥斯默沸点仪，它是一支带有回流冷凝管的长颈圆底烧瓶，加热用的电热丝直接浸在溶液中，这样可以减少溶液的过热现象和防止暴沸。
冷凝管的底部有一个小球泡用以收集冷凝下来的气相样品，由于分馏作用会使获得的气相样品的组成与气液平衡时的气相组成发生偏差，为此须在吹制沸点仪时尽量缩短小球泡与烧瓶间的距离以减少分馏作用。
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二组分气-液平衡相图的测定
相图系指系统的相平衡状态图。
相图用图解的方法研究系统的相平衡行为，是相平衡热力学研究的重要手段之一。
相律只能给出系统的独立组分数、平衡共存相数和自由度数，而相图可以给出更加详尽得多的信息。
利用相图提供的信息，化学工程师可以进行工程（如精馏塔）设计及工艺操作（如利用盐-水系统相图进行盐类的精制）；可以进行精馏分离或制备具有精确组成的标准样品（如恒沸蒸馏混合物）；可以利用区域熔炼技术把金属提纯到极高的纯度，也可以把有机混合物或高分子混合物按照相对分子质量进行重新排布；利用二组分气-液平衡实验数据，结合实际溶液知识，可以测量实际溶液中溶剂或溶质的活度及活度因子。
合金相图是合金冶炼、金属热处理和表面处理的理论依据。
利用相图还可以估算纯组分的相变焓。
实验目的
1．了解蒸馏法绘制具有恒沸点的二组分气-液平衡相图的原理与方法；
2．了解阿贝折光仪的工作原理及样品折光指数的测量方法；
3．用蒸馏法绘制无水乙醇-环己烷二组分气-液平衡相图。
实验原理
由于系统性质的千差万别，系统的相图也各不相同。
大部分相图都靠实验测定。
目前，实验上测定相图的方法主要有三种：1、冷却曲线法（又称热分析法），此法一般用于具有较高相变温度的系统（如金属和合金相图）。
2、溶解度法，此法一般用于部分互溶凝聚系统（如苯胺和水的相图）。
3、蒸馏法，此法一般用于气-液平衡系统（如乙醇-苯相图）。
对于气-液平衡系统，按照蒸馏条件的不同，可分为蒸气压~组成图，即p~x图（恒温蒸馏）和沸点~组成图，即t~x图（恒压蒸馏）。
本实验测定常压下乙醇-环己烷的沸点~组成图，即t~x图。
因此，本实验的技术关键是如何正确测量所给系统的相平衡温度（沸点）和相平衡组成（气相组成，液相组成）。
仪器和药品
平衡蒸馏仪一套（见图3-15）；
阿贝折光仪（附带超级恒温水浴）；
自偶调压器一台；放大镜一只；
量筒、移液管、滴管等；环己烷
（A·R）；无水乙醇（A·R）。
实验步骤
1．乙醇~环己烷液体混合物
折光指数（n）—组成（x）工作
曲线的绘制。
在一定温度下量取一定体积
图3-15 二元气-液平衡蒸馏仪示意图
1 加热电阻丝；
2 蒸馏瓶；
3 加料口即残液取样口；
4 气相冷凝液取样口；
5 冷凝管；
6 温度计
7 温度计套管；
8 干燥管
1
2
4
3
5
6
7
8
的乙醇和环己烷配制成一系列不
同组成的乙醇—环己烷液体混合
物。
开动超级恒温水浴，用阿贝
折光仪分别测量各液体混合物的折光指数n。
以折光指数为纵坐标，以组成为横坐标作n~x 图，即工作曲线。
2．蒸馏
（1）由加料口3向确认干燥的蒸馏瓶2中加入25mL无水乙醇，盖好加料口3和冷凝液取样口4，拔下干燥管的橡胶塞(图中未画出)，打开冷凝水（不可忘记！）。
当确认调压器输出为零时插上电源插头并缓慢调节调压器的输出电压给蒸馏瓶通电加热（不要超过安全电压！也不要把电阻丝烧得通红），待蒸馏瓶内的液体稳定沸腾后约3~5分钟，记录温度后切断电源。
（2）向蒸馏瓶中加入一定体积的环己烷，接通电源进行蒸馏。
等稳定沸腾3~5分钟后，先记录温度再切断电源。
首先用取样管从取样口4吸取气相冷凝液，用阿贝折光仪测定其折光指数。
用另一只取样管从残液取样口3吸取少许液相样品，测其折光指数。
（3）按指导教师给的参考量向蒸馏瓶中依次加入环己烷，依据（2）的方法测定温度和气、液相样品的折光指数。
（4）取出蒸馏瓶中的全部残液并吹干蒸馏瓶和量筒。
向蒸馏瓶中加入一定量的环己烷，测定沸点。
（5）按指导教师给的参考量依次向蒸馏瓶中加入无水乙醇，并依据（2）的方法测定沸点和各样品的折光指数。
（6）取出蒸馏瓶中的全部残液。
把所用的全部仪器整理好。
（7）从工作曲线上查出对应各折光指数的样品组成。
测量实验条件下的大气压力。
数据处理
1．将测量数据记入表3-3
2。
作沸点~组成图。
从图中读出乙醇—环己烷二组分系统在实验大气压力下的恒沸温度和恒沸组成。
思考题
1。
蒸馏瓶通电加热前为什么一定要通大气并通冷却水？蒸馏时你从冷凝管内看到的冷凝液面有何意义？
2。
每次向蒸馏瓶中添加的液体体积是否需要精确计量？为什么？
3．蒸馏瓶气相冷凝液取样口处收集冷凝液的小球太大、太小都不好，为什么？每次蒸馏取样为何应该先取气相冷凝液？
4．蒸馏时，蒸馏瓶附近为什么不要有强风或冷源存在？
5。
具有恒沸点的二组分气-液平衡相图，在恒沸点处气相线与液相线是重合还是相切？试用Gibbs相律分析之。