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。

物质的折射率与温度有关,大多数液态有机化合物折射率的温度系数为-0.0004，因此在测定时应将温度控制在指定值的±0.2℃范围内，才能将这些液体样品的折射率测准到小数点后4位。对挥发性溶液，加样品动作要迅速，以防挥发影响测定结果。

图4-2 沸点仪

A-盛液容器;B-测量温度计;

C-小玻管;D-小球;E-电热丝;

L-支管;G-温度计;F-冷凝管

三、仪器及药品

沸点仪1套；超级恒温槽1套；

阿贝折射仪1台；调压变压器1只；

温度计(50-100℃，最小分度0.1℃)1支；

温度计(0-100℃，最小分度1℃)1支；

无水乙醇(AR)；丙酮；

环己烷(AR)；滴管两只。

四、实验步骤

1、将超级恒温槽的进出水管和阿贝折射仪的进出水管连接

好，接通恒温槽电源，调节水温至30℃，调节方法见实验一。

2、用阿贝折射仪测定纯乙醇和纯环己烷的折射率，阿贝折射仪的使用方法见附录4-1。

3、测定标准乙醇－环己烷溶液的折射率。(此项由教师事先作好，供给数据)。

4、在干燥的沸点仪中放入30cm3纯乙醇, 按图4－2安装好。检查带有温度计的木塞是否塞紧, 加热用的电热丝要靠近容器A的底部中心。温度计水银球的位置至少高于电热丝1cm, 温度计水银球下部包以滤纸,滤纸下端不要浸人溶液内。冷凝管内通入冷水。接通电热丝电源,用调压器调节电压约10V,(不能超过15V!)将液体缓缓加热, 待液体微沸约2分钟后, 温度恒定不变时记下温度计B和G的读数, 按附录3-1进行温度计外露部分的校正, 校正后的温度即为纯乙醇的沸点。

5、停止加热让液体冷却后，用移液管吸取3.0cm3的环己烷从支管L处加入容器A中。加热溶液到沸腾。调节冷凝管F中冷却水的流量以控制蒸汽在冷凝管中回流高度不宜太高,以2cm较合适，以防蒸汽逸出。如此沸腾一段时间，使冷凝液不断淋洗小球D中的液体，直到温度计的读数稳定为止。

6、停止加热。用长滴管吸取小球D处的冷凝液，用阿贝折射仪测定其折射率；打开L支管的磨塞，迅速用滴管吸取残馏液测定其折射率。取样滴管要清洁干燥。在样品转移、测量过程中要迅速而仔细。每次使用折射仪前要用乙醚(或丙酮)淋洗棱镜面，干燥后再加样测定。

7、再依次加入3.0、4.5、5.5、7.0、10.0cm3的纯环己烷，

按前述方法测定溶液的沸点和气液两相的折射率。

8、上述实验结束后，把沸点仪中的溶液倒人废液回收瓶中，用电吹风吹干沸点仪。注入30cm3环己烷，测定沸点；依次加入0.5、1.0、2.0、5.0cm3的纯乙醇,分别测定它们的沸点和气、液两相的折射率。

五、数据记录和结果处理

1、根据各样品的折射率由折射率－组成的工作曲线查得相应组成，列表

30cm3乙

醇中加入

环己烷的

毫升数

沸点温度气相液相

加量总量T r T s n校正值折射率浓度折射率浓度

3.0

4.5

5.5 7.0 10.0

0 3.0 7.5 13.0 20.0 30.0

30cm3环己烷中加入乙醇的毫升数

0.5

1.0

2.0 5.0

0.5

1.5

3.5

8.5

2、作乙醇－环己烷的气液平衡相图。

六、思考题

1、沸点仪中的小球D体积过大或过小，对测量有何影响?

2、在测定时，有过热现象产生，将会使相图图形产生什么变化?