4.1 两组分气液相图
华东理工大学《物理化学》课件4.1 两组分气液相图
f 22101 (T恒定)
L a LV
x3 x2 x1
y3
y2 y1
bV
xo
A-B二组分液态混合物恒温减压过程的变化
2.理想混合物的恒压相图 液相线(泡点线) 气相线(露点线) 液相面 气相面 气液共存面
C6H5CH3(A)——C6H6(B)
2.理想混合物的恒压相图
液相线(泡点线) 气相线(露点线) 液相面
nV nL
xo xL yV xo
ox yo
m1
m2
L1
L2
m2 L1 m1 L2
(A)甲苯—苯(B)
例 如有200molxB=0.500mol的C6H5CH3(A) —C6H6(B)混合 物，当压力为101.325kPa, 温度为95.3℃时，试计算闪蒸后
气液两相的数量。
解： 总组成点即图4–2的o点，由 图读得yV=0.621，xL=0.400，代入 式(4–1)，
液相线：p ～ x，恒 温下蒸气压随液相组 成的变化。对理想溶 液来说是直线。
液相线
C6H5CH3(A)——C6H6(B)
1.理想混合物的恒温相图
pA p(1 yB ) pA* (1 xB )
pB pyB pB* xB
p pA* xA pB* xB
yA
yB
pA* pB* pB* ( pB* pA* ) yB
b
x2
y2 y1
x1
气相面
a
气液共存面
A-B二组分液态混合物恒压升温过程的变化
理想混合物的恒温相图
L+V L
V
恒压相图
C6H5CH3(A)——C6H6(B) C6H5CH3(A)——C6H6(B)
4.1 两组分气液相图
,
x1(
)
,
,
x( ) K 1
)
0
两组分系统
f (T , p,x1( ) , x1( ) ) 0
相平衡：研究一个多相系统达到相平衡时， 温度、压力和各相组成间的关系。
f ( T , p,x1( ) , ,xK(1) ,x1( ) , ,xK( 1) ) 0
0.9 0.729 nV (5 2.08)mol 2.92mol (4) 若溶液在9.00kPa下的沸点为20℃，求该溶液的组成。
p 2.97xA 9.961 xA kPa 9.00kPa
9.00 9.96 xA 2.97 9.96 0.137 xB 0.863
利于精馏29恒温时总蒸气压随x变化不但比理想混合物虚线为高且出现极大恒压时沸点ohb30在极值左面最低恒沸点在极值点221103122211恒沸混合物不是一种具有确定组成的化合物当条件变化如压力变化恒沸点就会移动
第4章 相平衡
4.1 引 言
相——指系统中具有完全相同的物理性质 和化学组成的均匀部分。 相变化过程——物质从一个相转移至另一 相的过程。
解：(1)
120
t /℃
115
(3) 112.8℃ (2) 110.2℃ 110
(4) xB 0.544 105 yB 0.417 100
实际系统
pyi pi* xi， i 1
正偏差系统
pyi pi* xi， i 1
负偏差系统
4.正偏差系统的恒温相图与恒压相图
pi pi* xi
i 1
不同组分分子间的相互 吸引比纯物质弱,或分 子的缔合程度降低。
4.正偏差系统的恒温相图与恒压相图
二组分气液平衡相图实验报告
二组分气液平衡相图实验报告实验目的，通过实验，掌握二组分气液平衡相图的测定方法和实验技术。
实验原理，在一定温度下，将两种组分的混合物置于容器中，通过调节温度和压力，观察和记录气液相变的情况，最终绘制出气液平衡相图。
实验仪器，实验中所用的仪器有压力计、温度计、气液平衡相图测定装置等。
实验步骤：
1. 将两种组分混合物置于气液平衡相图测定装置中，调节温度和压力；
2. 观察和记录气液相变的情况，包括气液相变的压力和温度值；
3. 根据记录的数据，绘制出气液平衡相图。
实验结果与分析：
通过实验测定和数据处理，得到了二组分气液平衡相图。
在图中，我们可以清晰地看到气相和液相的边界，以及气液相变的压力和温度值。
根据相图的形状和数据分析，我们可以得出一些结论和规律。
实验结论：
1. 随着温度的升高，气相区域逐渐扩大，液相区域逐渐缩小；
2. 随着压力的升高，气相区域逐渐扩大，液相区域逐渐缩小；
3. 在一定温度下，压力越大，气相区域越大，液相区域越小；
4. 在一定压力下，温度越高，气相区域越大，液相区域越小。
实验总结：
通过本次实验，我们掌握了二组分气液平衡相图的测定方法和实验技术，了解了气液相变的规律和特点。
同时，也加深了对相图的理解和应用，为今后的实验和研究工作打下了坚实的基础。
结语：
二组分气液平衡相图实验是化学实验中的重要内容，通过本次实验，我们不仅学会了实验操作技巧，更重要的是对气液平衡相图有了更深入的理解。
希望通过今后的学习和实践，能够更好地运用这些知识，为科学研究和工程应用做出贡献。
二组分系统气液平衡相图的绘制(含数据)
二组分系统气液平衡相图的绘制一实验目的1.确定不同组成的环己烷——乙醇溶液的沸点及气、液两相的平衡浓度，由此绘制其沸点组成图。
2.掌握阿贝折射仪的原理及使用方法。
二实验原理本实验用回流冷凝法测定不同浓度的环己烷——乙醇溶液的沸点和气、液两相的组成，从而绘制T----x图。
下图为环己烷——乙醇的沸点组成图的大致形状，ADC和BEC为气相线，AD´C和BE´C 为液相线。
体系总组成为x的溶液开始沸腾时，气象组成为y ，继续蒸馏，气相量增加，液相量减少（总量不变），溶液温度上升，回流作用，控制了两相的量一定，沸点一定。
此时，气相组成为y´，与其平衡的液相组成为x´，体系的平衡沸点为t沸，此时气液两相服从杠杆原理。
当压力一定时，对两相共存区进行相律分析：独立组分K=2，相数P=2，则自由度f=K－P＋1=2－2＋1=1即有，体系温度一定，则气液两相成分确定。
总量一定时，亮相的量也一定。
在一实验装置中，控制气液两相的相对量一定，使体系温度一定，则气液组成一定。
用精密温度计可以测出平衡温度，取出气液两相样品测定其折射率可以求出其组成。
折射率和组成有一一对应关系，可以通过测定仪系列已知组成的样品折射率，绘出工作曲线。
测出样品就可以从工作曲线上找到未知样品的组成。
三仪器与药品仪器：阿贝折射仪、超级恒温槽、蒸馏瓶、调压变压器、1/10℃刻度温度计、25ml移液管一支、5ml、10ml移液管各两支、锥形瓶四个、滴管若干支药品：环己烷、乙醇、丙酮四实验步骤1.工作曲线的测定把超级恒温槽调至25℃，连接好恒温槽与阿贝折射仪，使恒温水流经折射仪。
准确配制下列溶液，测定纯环己烷，乙醇和下列溶液的折射率，并测定溶液温度。
环己烷 1 2 3 4ml乙醇 4 3 2 1ml2.测定环己烷的沸点按图装好仪器，调压变压器调至最小，将25ml苯加入蒸馏瓶，打开冷凝水，接通电源，缓慢增加电压，加压至12～16V，加压至液体沸腾使，记下温度稳定值。
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。
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。
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。
二组分气液平衡相图实验报告
二组分气液平衡相图实验报告实验目的，通过实验研究，了解和掌握二组分气液平衡相图的构造和应用，掌握构造气液平衡相图的方法和技巧。
实验仪器和设备，气液平衡相图实验装置、压力计、温度计、样品瓶、气液分离器、温度控制器等。
实验原理，气液平衡相图是研究气体和液体之间平衡状态的图表，它表征了在一定温度和压力下，气体和液体之间的平衡状态。
在气液平衡相图中，通常横坐标表示组分的摩尔分数或体积分数，纵坐标表示压力或温度。
实验步骤：1. 样品制备，按照实验要求，制备好所需的样品，保证样品的纯度和浓度。
2. 装置调试，将气液平衡相图实验装置进行调试，保证仪器的正常运行。
3. 实验操作，将样品加入到样品瓶中，根据实验要求进行温度和压力的控制，观察气液平衡的状态。
4. 数据记录，记录实验过程中的温度、压力和组分等数据，以备后续分析和处理。
实验结果：通过实验观察和数据记录，得到了二组分气液平衡相图的实验数据。
根据实验结果，我们可以绘制出气液平衡相图，并通过图表分析得出相应的结论。
实验结论：通过本次实验，我们成功地制备了二组分气液平衡相图，并对实验结果进行了分析和总结。
通过实验数据的处理和图表的绘制，我们得出了相应的结论，并对气液平衡相图的构造和应用有了更深入的了解。
实验总结：本次实验对于我们深入了解气液平衡相图的构造和应用具有重要意义。
通过实验操作和数据处理，我们不仅掌握了构造气液平衡相图的方法和技巧，还对气液平衡相图的应用有了更加全面的认识。
希望通过本次实验，能够加深我们对气液平衡相图的理解，为今后的研究工作奠定基础。
以上就是本次二组分气液平衡相图实验的报告内容，谢谢阅读！。
二组分理想液态混合物的气-液平衡相图.
x1>x2>x3 ---→纯A y1＜ y2/＜y3 / --→纯B • 6.3 精馏操作的条件
蒸气总压介于两纯组分饱和 蒸气压之间
恒沸点：沸腾时温度不变
特点—该点气相组成始终等于液 相组成
相律解释—C=S-R-R/=2-0-1=1， F=1-2+1=0
恒沸混合物不是化合物
§6.6 精馏原理
• 6.1 精馏操作的理论基 础
易挥发组分在气相中的含量 大于液相中的含量，难挥发组 分在液相中的含量大于气相中 的含量
• 6.2 精馏操作过程分析
• 5.1 真实液态混合物与理想 液态混合物的差别 • 5.2 蒸气压-组成图
（1）一般正、负偏差
在一定温度下，混合物中任一组分是否在 全部组成范围内都符合拉乌尔定律
§6.5 二组分真实液态混合物的气-
液平衡相图• 5.1 真实液态 Nhomakorabea合物与理想 液态混合物的差别 • 5.2 蒸气压-组成图
（1）一般正、负偏差 （2）最大正、负偏差
液相线—泡点，泡点线
（2）对比T-x图与p-x图
① p-x图中液相区在上，气相区在
下； T-x图则相反
② p-x图中液相线为直线，气相线
为曲线；T-x图中液相线和气相
线都为曲线
（3）a→b系统加热过程状态变化分析
易挥发组分在气相中的含量大于 液相中的含量
§6.5 二组分真实液态混合物的气-
液平衡相图
§6.4 二组分理想液态混合物的气-
液平衡相图 复 习
• 4.1 二组分系统相律分析
温度-组成图：恒定压力下研究
• 4.2 压力-组成图
T、x、y之间关系
• 4.3 温度-组成图
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
页码，3/3
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。
二组分理想液态混合物的气液平衡相图标准版文档
恒沸点：沸腾时温度不变
特点—该点气相组成始终等于液 相组成
相律解释—C=S-R-R/=2-0-1=1， F=1-2+1=0
恒沸混合物不是化合物
§6.6 精馏原理
• 6.1 精馏操作的理论基 础
易挥发组分在气相中的含量 大于液相中的含量，难挥发组 分在液相中的含量大于气相中 的含量
• 6.2 精馏操作过程分析
精馏是多次蒸馏过程
x1>x2>x3 ---→纯A y1＜ y2/＜y3 / --→纯B • 6.3 精馏操作的条件
蒸气总压介于两纯组分饱和 蒸气压之间
• 5.1 真实液态混合物与理想 液态混合物的差别 • 5.2 蒸气压-组成图
（1）一般正、负偏差
在一定温度下，混合物中任一组分是否在 全部组成范围内都符合拉乌尔定律
§6.5 二组分真实液态混合物的气-
液平衡相图
• 5.1 真实液态混合物与理想 液态混合物的差别 • 5.2 蒸气压-组成图
（1）一般正、负偏差 （2）最大正、负偏差
液相线—泡点，泡点线
（2）对比T-x图与p-x图
① p-x图中液相区在上，气相区在
下； T-x图则相反
② p-x图中液相线为直线，气相线
为曲线；T-x图中液相线和气相
线都为曲线
（3）a→b系统加热过程状态变化分析
易挥发组分在气相中的含量大于 液相中的含量
§6.5 二组分真实液态混合物的气-
液平衡相图
一般正、负偏差的蒸气压-组成图中蒸气 总压仍然介于两纯组分饱和蒸气压之间， 而另一种情况则不然
§6.5 二组分真实液态混合物的气液平衡相图
• 5.1 真实液态混合物与理想 液•• 态55..混23 合蒸压物气力的压-组差-组成别成图图 （液大11x精 15温相1液5②气1111总1y（1温1全液（精11真真真二精二二真精精真真真2相于馏度律相相压2度部相1馏>＜p） ） ）x实实实组馏组组实馏馏实实实-线 液 是-解 线 线 仍 -组 线 是2x组y组最最气图>2液液液分操分 分液操操液液液：相多 释：—然成：多x成成/大大相中＜3态态态真作真 系态作作态态态表中次 —表露介范表次图图正正线液y混混混实的实 统混的的混混混示的蒸 C示点于围示蒸3：：、、、相=-合合合液理液 相合理理合合合/液含馏 液，两内液馏-S恒恒-负负液线→物物物态论态 律物论论物物物--相量过 相露纯都相过-R定定→偏偏相为纯与与与混基混 分与基基与与与蒸，程 蒸点组符蒸程-压压R纯差差线直A理理理合础合 析理础础理理理气难气线分合气/力力=B线想想想物物 想想想想2总挥总饱拉总下下-，0的的压发压和乌压研研-气1气气与组与蒸尔与=究究相--1液液气定液液液TT，线、、相相压律相平平Fxx组组之组=衡衡、、1成成间成相-相yy2之之关关，关+图图1间间系系系=0关关的的的系系曲曲曲线线线
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。
二组分固液相图类比液气相图
• 两相平衡区, f*=1, 温度-浓度一定关系,
若温度变化，浓度也随之变化
• 三相共存, f*=0, 温度和浓度确定 例如：若二组分在熔融态混溶为溶液，但固态互不相
溶，当两种晶体都结晶析出并与液相共存时，或者两 个固相一旦出现熔融态时：F=3, f*=0, 此时温度固定、 液相浓度固定，该温度称为低共熔点(凝固点降低)
m A bS = mb SA M = mb m A Mw = mbw m A
S A b A S S = mbw A m Aw A S b bS mA w A - wA = = S mb 1- wA SA
二、部分互溶三液系
二、部分互溶三液系
二、部分互溶三液系
三、简单水盐系统
四、简单低共熔三组分系统
一. 等边三角形坐标表示法
① 顶点，纯 A B C
② 边，AB BC AC 二组分 ③ 内部一点代表三组分体系
④ 逆时针方向
⑤ 点与浓度(wA, wB, wc)一一对应 ⑥ wA+wB+wc = 1 (w表示质量分数)
1. 等含量规则
平行于三角形某一边的直
线上所有的点，含有该边所 对顶角组分的浓度都相同。
过量B与A混合，由AB和未反应的B组成，B与AB形成共熔物 过量A与B混合，由AB和未反应的A组成，A与AB形成共熔物
多种化合物，根据过量判断成分，二元简单低共熔相图组合合并
4. 不稳定化合物
生成化合物不稳定，
发生分解；
分解温度称为 异成份熔点， 或转熔温度； 该化合物只在低于
(3)
Na+l (2) (1)
二组分体系气-液平衡相图
页码，1/3
二组分体系气-液平衡相图
一．实验目的
1．根据实验数据绘制恒压下二组分体系的气液相图，理解相图中点、线、面的意义，理解组 分、相和自由度的概念；
2．了解和掌握折射仪的原理和使用方法。
二．实验原理
乙醇和环己烷完全互溶，溶液性质与理想溶液相差甚远。相图如图一所示，纵坐标为温度，横 坐标为环己烷的摩尔分数。标准大气压（101.325kPa）下纯乙醇（横坐标为0）和环己烷（横坐标 100％）的沸点分别为78.6和81.5℃。气相线上方为气态，液相线下方为液态，气相线和液相线之间 为气液平衡，二线之交点为最低恒沸点混合物，标准大气压下共沸物的沸点和组成是64.8℃、57％ （环己烷摩尔分数）。
图一 环己烷－乙醇体系的温度－组成相图
二组分气液相图作法如下：用沸点仪（图二）测定乙醇－环己烷各种据折射率－组成的标准曲线（图三）用内插法求出气相组 成和液相组成。
file://E:\whsy\whsy05.htm
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二组分体系气-液平衡相图
file://E:\whsy\whsy05.htm
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△，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。
环己烷－乙醇溶液不同组成的沸点及气、液组成
加入量
双组份理想溶液的气液平衡相图(课堂PPT)
2.图中红色线为气相线t-y（露点线）：它表
示混合液的沸点和平衡液相组成x之间的关系，此曲 线称为饱和液体线。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
三个区域：
液相区：蓝线以下区域 过热蒸气区：红线以上区域 气液共存区：红线和蓝线包围的区域
yxAA51
yA3 yA2
yA1
x(y)
1.0
当温度达到该溶液的露点TB，溶液全部 气化成为组成为 yA5= xf 的气相，最后 一滴液相的组成为 xA5。
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两组分溶液的气液平衡相图
2、气液平衡相图（y-x图）
在一定外压下，以y为纵坐标，以x为横坐标 ，建立气-液相平衡图，即y-x图，图中曲线 代表气液相平衡时的气相组成y与液相组成x 之间的关系。
差异越大，物系越易分离。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
两条线 三个区域 两相区特点
2、气液平衡相图（y-x图）
相平衡曲线 相平衡曲线的特点
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化工单元操作
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谢谢观看
东明县职业中专
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化学单元操作
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两组分溶液的气液平衡相图
东明县职业中专
1
两组分溶液的气液平衡相图
Contents
目录
1 温度-组成图（t-x-y图） 2 气液平衡相图（y-x图）
4.4 两组分气液液相图
系线（联结线）
CK 线 , C’K 线 : 溶解度随 温度的变化曲线称为 溶 解度曲线(雾点线)。
H2O(A)--i-C4H9OH(B)的液液平衡相图
返回章首
具有下部会溶点的 液液平衡相图
具有上部会溶点和下部 会溶点的液液平衡相图
水(A)--三乙胺（B)的液液相图
水（A)--烟碱(B)的液液相图
温度对溶解度影响的原因:Smix 0; 组分间存在氢键。
返回章首
2.气液液平衡 部分互溶系统的气液液平衡相图（类型1）
二元系的气液液相图
不同压力的二元系气液液相图
（2异丁醇（B)的气液液平衡相图
返回章首
wO
w L1
w
V
水(A)--异丁醇（B)的气液液平衡相图
D D O L D H V 11 2 W W WLL w w w w wO O D O D L H V 2 W W W w O w wLL11 W w
返回章首
部分互溶系统的精馏
wO
w L1
w
V
水(A)--异丁醇（B)的气液液平衡相图
两塔流程分离醇与水
返回章首
部分互溶系统的气液液 平衡相图（类型2）
完全不互溶系统的 二元气液液相图
H2O(A)--SO2(B)气液液相图
完全不互溶系统的二元气液液相图
返回章首
温度降至c点，开始凝结出纯B。 温度继续下降，纯 B 液体的量
4-4 两组分系统的气液液平衡相图
1.液液平衡 p 一定， T~wB 部分互溶实验
水(A) - 异丁醇(B)
t/℃
20
50
6.6
80
7.2
110
二组分完全互溶系统的气—液平衡相图
课程名称：______大学化学实验(P)__________ 指导老师：____曹发和_____成绩：__________________ 实验名称：二组分完全互溶系统的气液平衡相图实验类型：_____________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1．学习测定气—液平衡数据及绘制二元系统相图的方法，加深理解相律和相图等概念。
2．掌握正确测量纯液体和液体混合物沸点的方法。
3．熟悉阿贝折光仪的原理及操作，熟练掌握超级恒温槽的使用和液体折射率的测量。
4．了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。
二、实验内容和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液态混合物系统。
当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时就会沸腾，此时的温度就是沸点。
在一定的外压下，纯液体的沸点有确定的值，通常说的液体沸点是指101.325Kpa下的沸点。
对于完全互溶的混合物系统，沸点不仅与外界压力有关，还与系统的组成有关。
在一定压力下，二组分完全互溶液态混合物系统的沸点与组成关系可分为三类：（1）液态混合物的沸点介于两纯组分沸点之间（2）液态混合物有沸点极大值（3）液态混合物有沸点极小值。
对于（1）类，在系统处于沸点时，气、液两相的组成不相同，可以通过精馏使系统的两个组分完全分离。
（2）、（3）类是由于实际系统与Raoult定律产生严重偏差导致。
相图中出现极值的那一点，称为恒沸点。
具有恒沸点组成的二组分混合物，在蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，整个蒸馏过程中沸点恒定不变，因此称为恒沸混合物。
对有恒沸点的混合物进行简单蒸馏，只能获得某一纯组分和恒沸混合物。
液态混合物组成的分析是相平衡实验的关键。
本实验采用折射率法。
采用制作工作曲线的内插法得到未知液态混合物的组成。
两组分系统的高压气液平衡
D
D’LA LB V
三相点p pA* (tH ) pB* (tH )
tH ta(tb )
例：水(A)和异丙醇(B)部分互溶。在一真空容器中
加入水和异丙醇，使之在一定温度下达到气液液平
衡。现以a代表“水相”，b代表“醇相”，pA(a )、pB(a )
为与水相成平衡的A、B分压,pA(b )、pB(b ) 为与醇相成平 衡的A、B分压,问气相中A、B的分压 pA , pB及总压是 多少？
会溶点
系线
D D’ 相 互 平 衡的两个液 层，称为共 轭相
CK线, C’K线: 溶解度随温度 的变化曲线
会溶点也是一
水
异丁醇 种临界点
1.液液平衡 p 一定， T～x1
H
F
O’ E
沿 EK 线 升 温 两相一直共 存，直至K点 两相差别突 然消失。
沿 OF 线 升 温 水相逐渐减少 直至消失。
沿 O’H 线 升 温
液刚三L气2液相 出相液平即 现平平衡将 小衡衡消 气：失 泡： mmmLD1L(1w(wOOwwLDD1L))1 )mmmDHL2V((w(wwHDLV2wwwOOOO)))
+m D (w D wO )
水(A)——异丁醇(B)
双塔精馏
p
L2 V L1
H2O(A)——SO2(B)
完全不互溶系统的气液液平衡
T
0
4-4 两组分系统的气 液液平衡
1.液液平衡 p 一定， T～x1
水
异丁醇
1.液液平衡 p 一定， T～x1
水
异丁醇
1.液液平衡 p 一定， T～x1
水
异丁醇
1.液液平衡 p 一定， T～x1
D
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m1 L1 L2
m2
m 2 L1 m1 L2
(A)甲苯—苯(B)
例 如有200molxB=0.500mol的C6H5CH3(A) —C6H6(B)混合
物，当压力为101.325kPa, 温度为95.3℃时，试计算闪蒸后 气液两相的数量。
解： 总组成点即图4–2的o点，由 图读得yV=0.621，xL=0.400，代入 式(4–1)，
注： w A 为 A 的质量分数。引自 R. W. Merriman, J. Chem. Soc., 103 628, 774, 1790, 1801(1913)
5.负偏差系统的恒温相图与恒压相图
pi pi* xi
i 1
不同组分分子间相互 作用较强，或生成氢 键而相互缔合。
5.负偏差系统的恒温相图与恒压相图
立体图
( )T：p ~ x ( y ) 图 ( )p：T ~ x ( y ) 图
平面图
两组分系统（二元系）特征
p, T , x1 , y1
K=2，R=0，R'=0
f K 2 4 3
恒温相图 恒压相图 T 一定， p ∼ xB,(yB) p 一定， T ∼ xB,(yB)
(2) 求溶液几乎完全气化时最后一滴溶液的组成及系统的压力。 py B pB xB x 0.069，x 0.931
py A pA xA
B
A
p 3.455kPa
(3) 在气化过程中，若液相的组成变为xB=0.100，求此时液 相和气相的数量。
p ( 2.97 0.9 9.96 0.1)k Pa 3.669k Pa
1.理想混合物的恒温相图
液相面 气相面
气液共存面
L
LV
液相线 x o y 气相线
2 f 2 21 0 1 (T恒 定)
xo
V
C6H5CH3(A)——C6H6(B)
1.理想混合物的恒温相图
液相面 气相面
L
a x1
LV
y1
气液共存面
2 f 2 21 0 1 (T恒 定)
恒压相图
L
L+V
V
C6H5CH3(A)——C6H6(B) C6H5CH3(A)——C6H6(B)
3.理想混合物的立体相图
理想混合物
pi pyi pi* xi i， i 1
实际系统
pyi pi* xi， i 1 pyi pi* xi， i 1
正偏差系统 负偏差系统
yB pB xB / p 9.96 0.1 / 3.669 0.271
y A 0.729 0.8 0.729 n 5 m ol 2.08m ol 0.9 0.729 n V (5 2.08)m ol 2.92m ol
L
(4) 若溶液在9.00kPa下的沸点为20℃，求该溶液的组成。 p 2.97 x A 9.961 x A kPa 9.00kPa
1.理想混合物的恒温相图
* * pA pA xA pA (1 xB )
* pB pB xB
液相线
p pA pB
* * * pA ( pB pA ) xB
液相线： p ～ x ， 恒 温下蒸气压随液相组 成的变化。对理想溶 液来说是直线。 C6H5CH3(A)——C6H6(B)
1.理想混合物的恒温相图
pA p(1 yB )
* pA (1 xB )
* pB pyB pB xB
* * pA xA pB xB p yA yB
气相线
气相线： p ～ y，恒 温下蒸气压随气相 组成的变化。
C6H5CH3(A)——C6H6(B)
1.理想混合物的恒温相图
nV x o x L ox V L o yo n y x
n V / nL (0.500 0.400) /(0.621 0.500)
由于nV+nL=200mol, 所以nV=90.5mol , nL=109.5mol。
例： 20 ℃ 时纯甲苯的饱和蒸气压是 2.97KPa ，纯苯的饱和 蒸气压是 9.96KPa 。现将 4mol 甲苯 (A) 和 1mol 苯 (B) 组成的 溶液 ( 设为理想溶液 )放在一个有活塞的汽缸中，温度保持 在20℃。开始时活塞上的压力较大，汽缸内只有液体，随 着活塞上的压力逐渐减小，则溶液逐渐气化。 (1)求刚出现气相时蒸气的组成及压力； (2)求溶液几乎完 全气化时最后一滴溶液的组成及系统的压力； (3)在气化过
第4章 相平衡
4.1 引 言
相——指系统中具有完全相同的物理性质 和化学组成的均匀部分。 相变化过程——物质从一个相转移至另一
相的过程。
相平衡：研究一个多相系统达到相平衡时， 温度、压力和各相组成间的关系。
设一K组分系统的温度为T，压力为p，内有相
( ) 和相，各组分在两相中的摩尔分数分别为 x1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) x2 x x x xK 、…、 K 1 和 1 、2 、…、 1
例 醋酸(B)和水(A)的溶液的正常沸点与液相组成、气相组成的关系如 下：
t/℃ xB yB
100 0 0
102.1 0.300 0.185
104.4 0.500 0.374
107.5 0.700 0.575
113.8 0.900 0.833
118.1 1 1
(1) 试作 101.325 kPa 下的恒压相图；(2) 由图确定 x B 0.800 时溶液的 沸点；(3) 由图确定 yB= 0.800 时蒸气的露点；(4) 由图确定 105℃时平 衡的气、液相组成； (5) 把 0.5 mol B 和 0.5 mol A 所组成的溶液加热到 105℃，求此时气相及液相中 B 的物质的量。
2.理想混合物的恒压相图
液相线(泡点线)
气相线(露点线) 液相面 气相面 气液共存面 C6H5CH3(A)——C6H6(B)
2.理想混合物的恒压相图
液相线(泡点线)
气相线(露点线) 液相面 气相面 气液共存面
x2
b y2 x1 y1
a
A-B二组分液态混合物恒压升温过程的变化
理想混合物的恒温相图
9.00 9.96 xA 0.137 2.97 9.96 xB 0.863
(5) 在20℃下若两组分在气相中的蒸气压相等，则溶液的组 成又如何？
pA pA x A pB (1 x A ) pB pB 9.96 xA 0.770 pA pB 2.97 9.96 pA 2.97 xB 0.230 pA pB 2.97 9.96
程中，若液相的组成变为 xB=0.100 ，求此时液相和气相的 数 量 ； (4) 若测得某 组成下 ， 溶液在 9.00kPa 下的沸点为 20℃，求该溶液的组成； (5)在20℃下若两组分在气相中的 蒸气压相等，则溶液的组成又如何？
解： xA 0.8
xB 0.2
pB 9.96kPa
pi pi* xi
i 1
p - x 图:液相线不是直线；t - x 图:液相线向上位移。
不利于精馏。
最高恒沸点
CHCl3(A)——CH3COCH3(B)
恒温时总蒸气压随xB 变化不但比理想混合 物(虚线)为低，且出现极小，恒压时沸点 随xB变化出现极大。
在极值左面
最高恒沸点
yB xB
4.正偏差系统的恒温相图与恒压相图
pi p xi
* i
i 1
不同组分分子间的相互
吸引比纯物质弱,或分
子的缔合程度降低。
4.正偏差系统的恒温相图与恒压相图
pi p xi
* i
L
i 1
L+V
V
H2O(A)——CH3COCH3(B)
4.正偏差系统的恒温相图与恒压相图
pi p xi
* * pA x A pB xB p yA yB * pA xA yA p * pB xB yB p
气相线
C6H5CH3(A)——C6H6(B)
1.理想混合物的恒温相图
液相线
气相线
C6H5CH3(A)——C6H6(B) C6H5CH3(A)——C6H6(B)
1.理想混合物的恒温相图
f (T , p, x
两组分系统
( ) 1
, , x
( ) K 1
,x
( ) 1
, , x ,x
( ) K 1
)0
f (T , p, x
( ) 1
( ) 1
)0
相平衡：研究一个多相系统达到相平衡时， 温度、压力和各相组成间的关系。
f ( T , p ,x
( ) 1
在极值右面
yB xB
在极值点
yB xB
恒沸混合物不是一种具有确定组成的化合 物，当条件变化，如压力变化，恒沸点就 会移动。
f = 2-2+2-1=1
杠杆规则
no n V nL
no x o n V y V nL x L
nV x o x L ox V L o yo n y x
( ) K 1
) 0
( ) i ( )
fi
fi
i 1, 2, , K
fi i (g) RTln o i RTlna i p
o i
4.2 两组分系统的气液平衡相图
两组分系统（二元系）特征
p, T , x1 , y1
A,B V A,B L
f K 2 R R' T, p 1 x A , xB 2 2 0 0 f max 3 4 y A , yB