双液系相图.ppt
第三章双液系相图
两组分相图
• 两组分体系的相律可表达为:
• • • f=0, K=2; =2
f=4－
max=4, 最多四相共存.
(1)
• ＝, fmax=3, 需三维图象才能完整描绘体系状态.
• 二元体系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体系状态的变化情况. • 二元体系的相图常为: • T－x图； p－x图.
有恒沸物双液系的精馏
E: 最低恒沸点 组成:xE, 沸点: Tmin. 体系组成为x, 精馏,低沸 点端得到恒沸物G,高沸点 端得到纯A. 有恒沸物生成的双液系, 精馏不可能同时得到纯A 和纯B,只能得到恒沸物和 某一个纯组分. 恒沸物仍是混合物,其组成 随着体系压力的改变而有 所改变.
A x xE C T
TA*
液相, f=2
xAl
xA
xAg
xA
由p-x图绘制T-x图: 以苯(A),甲苯(B)双液系为例. 体系的p-x相图. 红线为双液 系液相线. 在1p0处作水平线与各液相线分 别相交,交点的横坐标分别为 x1,x2,x3,x4 . 在T-x图中分别在381K,373K, 365K和357K处作等温线,与表示 溶液组成的垂线相交. 纯甲苯和苯的正常沸点分别为 384K和353.3K,在T-x图中分别 标出这两点. 连接T-x图中液相线的各点便可 得到液相线. 用类似的方法可以绘制T-x图中 的气相线,或者用计算的方法也 可得到气相线.
气相,f=2
D
气-液平衡,f=1
Tmix
E
液相,f=2
B
• 2. 部分互溶双液系:
• 当A,B的极性相差较大时,相互溶解度较小,在一 定浓度范围, 可能出现A,B不完全互溶的现象. • 不完全互溶的双液系表观上为两液层. • 部分互溶的双液系可分为三种类型: • (1) 温度较低时出现分层现象,温度较高时可以 无限互溶; • (2) 温度较高时出现分层现象,温度较低时可以 无限互溶; • (3) 温度较低和温度较高时均可以完全互溶,体 系只是在某一温度段出现部分互溶的现象.
实验：PEG400(NH4)2SO4两水相系统的相图
移液枪或移液管
四、操作方法
（一）溶液配制（已配制）
配制43%（g/ml）的（NH4)2SO4溶液：
称适量 硫酸胺
少量水 溶解
稀释
密度 1.2g/ml
密度计 测密度
（二）相图的制作（浊点法）
PEG400 0.7g
H2O 0.5ml
(NH4)2SO4
V盐(ml) m盐(g)
纯(NH4)2SO4 累计量
m’(g)
溶液累 计总量 m总(g)
1 0.5 2 0.3
(NH4)2SO4溶液累计加量V盐(ml)=滴定后读数-初始读数 (NH4)2SO4溶液累计加量m盐(g)=ρ* V盐=1.2* V盐
3 0.3
纯(NH4)2SO4累计量m’(g)=43%* V盐
但是只有达到一定的浓度时，才能形成两相。
两水相的成相条件和定量关系——相图表示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、实验原理
❖ 相图：一根双节线，把均相区和两相区分隔开来。
当成相组分的配比取在: ➢曲线的下方时，为均相区； ➢曲线的上方时，为两相区； ➢在曲线上，则混合后，溶液恰好从澄清变为浑浊。
上相聚合物 均相
两相
相图是研究两水相萃取的基础。
下相化合物
二、实验原理
M：系统组成 T：平衡时上相组成 B：平衡时下相组成 TMB：系线
➢同一条系线上各点系统
组成不同，但平衡后分成 的两相组成相同，体积比 不同，上下相体积比：
P/%
VT / VB = BM / MT
Q/%
三、实验器材与试剂
❖ 试剂： PEG400、蒸馏水、43% (NH4)2SO4
双液系相图.
TA*
气相, f=2
pH LG来自nlHL=ngHG——杠杆规则
l+g, f=1
TB*
液相, f=2
xBl
xB
xBg
xB
理想溶液的T-x相图
T
理想溶液的p-x相图
p
TA*
气相, f=2
单相区,液相
l+g
l+g, f=1
pB*
L
H
G
L
H
G
TB*
液相, f=2
pA*
单相区,气相
xBl
xB
xBg
xB
0
xBl xB xBg
一. 完全互溶理想溶液的p-x图 • （一）液相线的绘制 • p－x图：
•
• • •
pA= pA*xA pB= pB*xB= pB*(1－xA) p = pA+ pB = pA*xA + pB*(1－xA)
• 体系的总压为：
•
p = pB*+(pA*－pB*)xA
（二）气相组成与液相组成的关系 由于A、B二组分蒸汽压不同，故与溶液 平衡的气相组成和液相组成并不相同，有：
气相
x4 x3 x2
y4 y3 y2 x1
T1
y1
液相
A
x
B
完全互溶双液系的p-x图
虚线:理想溶液 红色: A的蒸汽压曲线; 蓝色: B的蒸汽压曲线; 紫色: 实际溶液的总压 此类非理想溶液相图与 理想溶液的相图有偏差. 但其偏离的程度不至于 使体系的相图发生明显 的变化.
pA* p
(产生正负偏差不大的体系)
从相图可以求出: ( xB－xBl)=HL ( xBg－xB)=HG 有: nlHL=ngHG
双液系的气-液平衡相图ppt课件
三.仪器与试剂 [注意按实际使用的记录]
四.试验步骤
1.工作曲线绘制
(1)调节超级恒温水浴温度在室温5℃以上,以适应季 节的变化,但所选温度应易于获得试样的密度数据。 环己烷和乙醇分别恒温10min,根据配制混合物所需 的体积,用移液管精确量取,配制环己烷摩尔分数为 0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70， 0.80，0.90 的环己烷-乙醇溶液各10ml。为避免样 品的挥发带来的误差,配制应尽可能迅速。 (2)用尽可能短的软管将阿贝折光仪连接在前述调好 的恒温水浴上,以保持折光仪棱镜处于恒定温度。测 量上述9个溶液以及无水乙醇和纯环己烷的折光率。
按上述相同的步骤,用第二套沸点仪测定环己 烷摩尔分数为0.90 的环己烷-乙醇溶液的沸 点以及气相和液相的折射率测定。
6.系列环己烷-乙醇溶液以及环己烷的测定 按上述第5步所述步骤,分别用第一套沸点仪从
低组成向高组成逐一测定各溶液的沸点、大气压 及两相样品的折光率,而用第二套沸点仪从高组成 向低组成逐一测定各溶液的沸点、大气压及两相 样品的折光率。直至完成所有溶液的测定。 系列溶液可回收供其它同学使用；每个试样测定 后,将沸点仪尽量倒干净即可,不必干燥。记录温度 数据时千万不要忘记注明所用温度计的编号或代 码！
2.精密数字温度温差仪温度的校正
将两套精密数字温度温差仪的探头同时放入 恒温水浴中，测定温度的差值,以其中一套的 读数为基准,对另一套精密数字温度温差仪读 数进行校正。并作燥的沸点仪安装好。检查 带有温度计的软木塞是否塞紧,电热丝要靠 近烧瓶底部的中心。温度计探头的位置应 处在支管之下,但至少要高于电热丝1 cm。 温度计套管中应加入适量的硅油或液体石 蜡,以完全浸没测温探头敏感部分(约2.5～ 3cm),便于传热。
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。
物理化学课件二组分体系相图
假定 H vap m的值与温度无关，积分得：
lnp2 vapHm(11)
p1
R T1 T2
这公式可用来计算不同温度下的蒸气压或摩尔蒸发热。
6.2.2 Clapeyron方程
三条两相平衡线的斜率均可由Clausius-Clapeyron 方程或Clapeyron方程求得。
f * * = （ 3 - 1 ） - 1 + 0 = 1 （ X B ）
d ） T = 4 5 0 ℃ , P = 1 5 0 P θ , 有 催 化 剂 , 发 生 反 应
投 料 比 ： N 2 ∶ H 2 = 1 ∶ 3 R ’ = 1 f * * = （ 3 - 1 - 1 ） - 1 + 0 = 0
注意：
a ） 独 立 的 浓 度 限 制 条 件 （ 初 始 条 件 或 分 解 ）
说明：不同物质在同一相中的浓度限制条件 R’=0 C a C O 3 （ s ） → C a O （ s ） + C O 2 （ g ）
b ） 独 立 的 化 学 反 应 数 “ R ” 表 示
化 学 平 衡 时 ， 平 衡 常 数 限 制 浓 度
d dT PV Sii,,m m
Si,m Vi ,m
Si,m Vi,m
相变摩尔熵 相变摩尔体积
Si,m
Hi,m T
得：
dP H i,m
Clapeyron equation 适用于纯物质两相
dT
TVi , m
平衡
6.2.2 Clapeyron方程
在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平 衡时，蒸气压随温度的变化率可用下式表示：
§ 6.1.1 基本概念
相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均
二组分凝聚系统相图PPT课件
323
T/K
在 TB (约为291.2K）以
下，两者可以任意比例
303
TB
B
互溶，升高温度，互溶
等压 两相
单相
度下降，出现分层。
TB 以下是单一液相
区，以上是两相区。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
水
质量分数
三乙基胺
水-三乙基胺的溶解度图
第11页/共52页
（3）同时具有最高、最低会溶温度
水
质量分数
烟碱
水-烟碱的溶解度图
第12页/共52页
6.4 二组分凝聚系统相图
一、二组分固态完全不互溶系统液固平衡相图
1. 热分析法
基本原理：二组分系统 C=2，指定压力不变，
f * = C +1 -F =3 -F F = 1 f * = 2 双变量系统
F=2 F=3
f*=1 f*=0
单变量系统 无变量系统
x2
A
第4页/共52页
液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算
以物系点为支点，支点两边连结线的长度为力 矩，计算液相和气相的物质的量或质量
这就是杠杆规则，可用于任意两相平衡区
nl CD ng CE T / K
或 ml CD mg CE
T* b,B
若已知
T1
D
n(总) n(l) n(g)
温度物系点c落在两相区de线称为等温连结线液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算以物系点为支点支点两边连结线的长度为力矩计算液相和气相的物质的量或质量这就是杠杆规则可用于任意两相平衡区理想系统真实系统一般正偏差最大正偏差一般负偏差最大负偏差液态完全互溶系统pxtx图液态部分互溶系统tx图气相组成介于两液相之间气相组成位于两液相同侧液态完全不互溶系统tx图1理想的完全互溶双液系液相线气相线gl2正偏差很大在px图上有最高点由于ab二组分对raoult定律的正偏差很大在px图上形成最高点在px图上有最高点者在tx图上就有最低点这最低点称为最低恒沸点处在最低恒沸点时的混合物称为最低恒沸混合物3负偏差在px图上有最低点在txy图上处在最高恒沸点时的混合物称为最高恒沸混合物它是混合物而不是化合物其组成在定压下有定值
药学物化课件—部分互溶和完全不互溶的双液体系
馏出物中包含高沸点液体和水，由于两者不
互溶，所以很容易分开。在实际进行水蒸气蒸馏 时，常使水蒸气以气泡的形式通过高沸点液体， 这样可以起到供热和搅拌的作用。这种方法对于 从中药中提取挥发性有效成分特别有用。
把蒸出的蒸气看作理想气体，在气相中水 与有机物B的摩尔数之比为：
nH 2O
P* H 2O
,
一、部分互溶的双液体系
两种液体由于极性等性 质有显著差别，以至在常 温只能有条件的相互溶 解，超过一定范围便要分 层形成两个液相。左图是 恒压下苯酚和水的温度组 成图(T-X图)。
t/℃
70
C
60
50
40
30 l1
x
200 20 40 H2O m%
f
l2
60 80 100 C6H5OH
例如压力为P0、温度为300C时，把酚逐滴加入
在373 K时，两层的组成分别 为A’和A”，称为共轭层，A’ 和A”称为共轭配对点。 是共 轭层组成的平均值。
所有平均值的连线与 平衡曲线的交点为临 界溶解温度。
会溶温度的高低反映了一对液体间的互 溶能力，可以用来选择合适的萃取剂。
多数体系都是具有“最高临界溶解温度”，但亦 有某些体系当温度降低时，相互溶解度反而增大， 当温度降到足够低时，在此温度以下，两种液体可 以任意比例互溶，此温度为“最低临界温度”。
如果A，B 两种液体彼此互溶程度极小，以致可忽 略不计。则A与B共存时，各组分的蒸气压与单独存 在时一样，液面上的总蒸气压等于两纯组分饱和蒸 气压之和。
即： p pA* pB*
当两种液体共存时，不管其相对数量 如何，其总蒸气压恒大于任一组分的 蒸气压，而沸点则恒低于任一组分的 沸点。
通常在水银的表面盖一层水，企图减少汞蒸气，其 实是徒劳的。
实验环己烷-乙醇双液系沸点相图
实验四环己烷-乙醇双液系相图一．实验目的1．绘制在p下环已烷-乙醇双液系的气----液平衡图，了解相图和相率的基本概念。
2．掌握测定双组分液系的沸点的方法，找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点。
3．掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
4．掌握阿贝折射仪的测量原理及使用方法。
二．实验原理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。
常温下，两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的体系称为完全互溶双液系。
在恒定压力下，表示溶液沸点与组成关系的相图称为沸点—组成图，即为T－x相图。
完全互溶双液系的T－x图可分为三类：（1）理想双液系，溶液沸点介于两纯物质沸点之间如图（a）；（2）各组分对拉乌尔定律发生正偏差，溶液具有最低恒沸点(图中最低点)如图（b）；（3）各组分对拉乌尔定律发生负偏差，溶液具有最高恒沸点(图中最高点)如图（c）；绘制双液系的T-x图时，需要同时测定气液平衡时溶液的沸点及气相组成、液相组成数据。
例如图（a）中，与沸点t1对应的气相组成是气相线上g1点对应的，液相组成是液相线上lgBx1点对应的。
实验测定整个浓度范围内不同组成溶液的气液相平衡组成和沸点后，即可绘出T-x图。
本实验采用回流冷凝的方法绘制环己烷-乙醇体系的T-x图。
其方法是用Abbe折射仪测定不同组分的体系在沸点时气液两相的折光率。
在折光率－组成图（标准曲线）找出未知浓度溶液的折光率，就可从曲线上查出相对应的组成三．仪器试剂沸点仪1套；超级恒温水浴1台；阿贝折光仪1台；移液管2支；滴管2支环己烷(A.R.)；无水乙醇(A.R.)沸点仪四．实验步骤1．沸点仪的安装（如右图所示）；调节恒温槽温度20℃，通恒温水于折光仪中。
打开折光仪，预热。
2．绘制标准曲线按下述比例配置不同体积分数的环己烷-乙醇溶液。
每种溶液的总体积为20mL。
双液相图 (2)PPT课件
取2０mL环己烷加入沸点仪中，然后依次加入无水乙醇0.5mL、 0.5mL、1.0mL、2.0mL、5.0mL，用前述方法分别测定溶液沸 点液及倒气入相回组收分瓶折中射。率ｎg、液相组分折射率ｎｌ。实验完毕，将溶
第十三页，编辑于星期五：十二点 三十四分。
四、实验步骤（６）
► 精馏是最常用内—种分离方法。对一个混合物系统设计精馏装置，要求 算精馏塔所需的理论塔板数，系统的气、液平衡数据是必不可少的。工 业生产中遇到的系统，其气、液平衡 数据往往很难由理论计算，可以由本实验装置直接测定。
第十八页，编辑于星期五：十二点 三十四分。
附２：阿贝折射仪的使用：
◦ 1、将折射仪与超级恒温器相连接,并调节好水温进行恒温并通入 恒温水。
用阿贝折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和纯无水乙醇的折射率。 以折射率对浓度作图(按纯样品的密度，换算成质量百分浓度)，即得工作曲线。
第十一页，编辑于星期五：十二点 三十四分。
四、实验步骤（４）
3. 测定乙醇和环己烷的沸点
▪ 将干燥的沸点仪安装好，检查带有电极的木塞是否塞紧，加热用 的电热丝要靠近容器底部的中心点离温度计２－３厘米，温度计
第九页，编辑于星期五：十二点 三十四分。
附：标准溶液的配制
► 将11个小滴瓶编号，依次移0mL、1.00 mL、 2.00 mL、…、9.00 mL、10 mL的环己烷、， 然后依次移入10 mL、 9.00 mL、8.00 mL、…、1.00 mL、0 mL的无水乙醇，摇匀， 配成11份已知浓度的溶液（公用）。
小玻管和 电 热丝的位置
作用？
第六页，编辑于星期五：十二点 三十四分。
三、仪器与药品
沸点仪；阿贝折射仪；超级恒温槽；调压变