二组分完全互溶系统的气液平衡相图
完全互溶双液系气液平衡相图的绘制。实验报告
完全互溶双液系气液平衡相图的绘制一．实验目的1．测定常压下环己烷－乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点－组成相图。
2．掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。
3．掌握阿贝折射仪的使用方法。
二．实验原理两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。
根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。
两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。
当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。
恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T－x），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为3类：（1）一在工作曲线上找出未知溶液的组成。
三．仪器与试剂沸点仪，阿贝折射仪，调压变压器，超级恒温水浴，温度测定仪，长短取样管。
环己烷物质的量分数x环己烷为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的环己烷－乙醇标准溶液，已知101.325kPa下，纯环己烷的沸点为80.1℃，乙醇的沸点为78.4℃。
25℃时，纯环己烷的折光率为1.4264，乙醇的折光率为1.3593。
四．实验步骤：1．环己烷－乙醇溶液折光率与组成工作曲线的测定调节恒温槽温度并使其稳定，阿贝折射仪上的温度稳定在某一定值，测量环己烷－乙醇标准溶液的折光率。
为了适应季节的变化，可选择若干温度测量，一般可选25℃、30℃、35℃三个温度。
2. 无水乙醇沸点的测定将干燥的沸点仪安装好。
从侧管加入约20mL无水乙醇于蒸馏瓶内，并使传感器（温度计）浸入液体内。
冷凝管接通冷凝水。
按恒流源操作使用说明，将稳流电源调至1.8-2.0A，使加热丝将液体加热至缓慢沸腾。
液体沸腾后，待测温温度计的读数稳定后应再维持3～5min以使体系达到平衡。
在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶。
记下温度计的读数，即为无水乙醇的沸点，同时记录大气压力。
3. 环己烷沸点的测定同2步操作，测定环己烷的沸点。
3.4 二组分系统固液平衡相图
t/℃
80
l(A+B）
•t
* B
液相线（凝固
60
点降低曲线）
• 40 t
* A
s(A)+l(A+B）
l (A+B）+sB
固相线
20 C
•E s(A)+s(B)
共晶线
D
（温度、三个相的
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 组成都不变）
邻硝基氯苯（A) xB
对硝基氯苯（B)
E点：液相能存在的
l+s s(A+B)
p/102kPa
t=60℃ l(A+B)
lg g(A+B)
d-香芹(A) wB
l-香芹(B)
图a 最高熔点液固相图
H2O(A)
yB
C2H5OH(B)
图b 最高恒沸点气液相图
2 液态完全互溶而固态完全不互溶
t/℃ 80
60
• 40 t
* A
20
C
•E
•t
* B
t/℃
•t
* A
p=101 325Pa
出的t-xB图，列表回答系统在5C，30C，50C时的
相数、相的聚集态及成分、各相的物质的量、系统所 在相区的条件自由度数。
解：
系统 相数
温度
t / C
5
2
相的聚集态 及成分
s (A), s (B)
30 2 s (B), l (A+B)
50 1
l (A+B)
各相的物量
ns(A) = 2 mol ns(B) = 8 mol
t
* B
l (A+B)
二组分液态部分互溶和完全不互溶系统液-气平衡相图精品PPT课件
液相组成 w[（NH4)2SO4] 0
0.167 0.286 0.375 0.384 0.411 0.422 0.438 0.458 0.479 0.498 0.518
固相
冰 冰
冰 冰
冰+（NH4)2SO4 （NH4)2SO4 （NH4)2SO4 （NH4)2SO4 （NH4)2SO4 （NH4)2SO4 （NH4)2SO4 （NH4)2SO4
3.固态部分互溶的二组分凝聚系统相图
(1) 系统有一低共熔点
在相图上有三个单相区： AEB线以上，熔化物（L） AJF以左， 固溶体（1） BCG以右，固溶体 (2) 有三个两相区： AEJ区， L +（1） BEC区， L + (2) FJECG区，（1）+ (2)
AE，BE是液相组成线；AJ，BC是固溶体组成线；JEC线 为三相共存线，即(1)、(2)和组成为E的熔液三相共存，E点 为(1)、(2)的低共熔点。
8杠杆规则及其应用bbbb??????????mmmm???得bbbb??????mm????aobb??b?b??m?m?得杠杆规则bbbb?????mm?????设m为质量为质量分数1
§6.4 二组分液态部分互溶和完全不互 溶系统液-气平衡相图
1. 液体的相互溶解度
彼此互相饱和的两溶液，称为共轭溶液 6.7p.2影二响组不分大液，态通部常分是互T溶-x图系—统—的溶气解一度液曲平线衡相图
MN：三相平衡线
§6.5 绘制二组分凝聚系统相图的方法
1.热分析法（适用于熔点高的二元合金相图绘制）
原理：当系统缓而均匀地冷却时，若系统内无相 的变化，则温度将随时间而均匀地改变，即在T-t 曲线上呈一条直线，若系统内有相变化，则因放 出相变热，使系统温度变化不均匀，在T-t 图上 有转折或水平线段，由此判断系统是否有相变化。
4.3 二组分气-液平衡体系
五、完全不互溶双液体系--水蒸气蒸馏
如果两种液体在性质上差别很大，它们间 的相互溶解度很小，这样的体系可看作完全 不互溶的双液系。在这种体系中任一液体的 蒸气压与同温度单独存在时完全一样，并与 两种液体存在的量无关。溶液的总蒸气压等 于两纯组分饱和蒸气压之和。
即：
p p p
* A
* B
不管其相对数量如何，体系的总蒸气压P 大于任一纯组分的蒸气压，因此体系的沸点 必然低于任一液体的沸点。
（三）理想液态混合物的 p-x -y图
若将P=P*A+(P*B-P*A)xB 代入PyB=P*BxB 可得
Px yB * PA ( P P ) xB
* B B * * B A
(xA= 1-xB)
(yA =1-yB)
据此可以分别求得气相和液相的组成。 气相线总是在液相线的下面（见图）
这是 p-x 图的一种，把液相组成 x 和气相组成 y 画在 同一张图上即得 p-x-y 图
（一）产生正负偏差不大的体系
pB p B xA 如图所示，是对拉乌 yB p p 尔定律发生正偏差的情
* B
况，虚线为理论值，实 线为实验值。真实的蒸 气压大于理论计算值。 当正负偏差较小时，溶液 的总蒸气压介于两个纯组 分蒸气压之间。
如：CCl4-环己烷，CCl4-苯
一般偏差体系： p T一定
,
PB= P*BxB)
pA p xA yA p p
A B
pB p xB yB p p
y A p .x A y B p .xB
y A p .x A 若纯液体 B比纯液体A易挥发， y B p .xB 亦即p *＞ p *，则:
B A
物化实验 二组分体系气液平衡相图绘制
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。
6-2二组分系统理想液态混合物的气—液平衡相图
（a）完全互溶
（b）完全不互溶 （c）部分互溶
液态完全互溶系统 p-x、t-x图
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
液态部分互溶系统 t-x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 t-x图
完全互溶系统：理想液态混合物系统气-液平衡相图
1. 压力—组成图
A、B形成理想液态混合物：均符合拉乌尔定律
A组分分压： pA pA* xA pA* 1 xB
B组分分压： pB pB* xB
pA，pB，p和xB均成
气相总压： p pA pB
直线关系
pA* 1 xB pB* xB
pA* pB* pA* xB
液相线：气相总压 p 与液相组成 xB 之间的关系曲线
nL
解: (1) 先确定系统点的总组成
xM
nB nA nB
6 46
0.6
利用
nG (xM yB ) nL (xB xM ) 即 nG (0.6 0.2) nL (0.7 0.6) (1)
nG nL n总 =4+6=10mol (2)
解得
nG =2mol
nL =8mol
(2) 气相中： 甲苯 nB nG yB 2 0.2 0.4mol 苯 nA nG yA 2 0.8 1.6mol
（4）最大负偏差系统
p实际 p理想
且在某一组成范围内比 难挥发组分的饱和蒸气 压还小，实际蒸气总压 出现最小值
液相线
氯仿(A)—丙酮(B)系统
加上气相线：
一般正偏差系统
一般负偏差系统
最大正偏差系统
液相线 气相线
3.2 二组分系统气液平衡相图
LG
定温连结线
80
t
* B
xl，B
l(A+B)
60
0.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
C6H5CH3(A)
xB
C6H6 (B)
图3-10 C6H5CH3(A) - C6H6 (B)系统的 沸点-组成图
15
0.0 t/℃
120
t
* A
100
80
60
yB 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
p/102kPa
(2) 蒸气压‐组成曲线有极值
0.0 0.2 1. 0
t=60℃ 0.8
0.6
0.4
pA*
0.2
xB 0.4 0.6
l(A+B) lg
0.8 1.0 xB=0.92
蒸气压有极大值，
yB＝xB，气相线与液相 线相切
左半支：yB > xB pB* 右半支：yB < xB
g(A+B)
0.0 0.0 0.2
若pB* > p > pA*, 则 yB > xB, yA < xA. 可知:
饱和蒸气压不同的两种液体形成理想液态混合物成气液平衡时, 两相的组成并不相同, 易挥发组分在气相中的相 对含量大于它在液相中的相对含量.
气-液平衡时蒸气总压p与气相组成yB的关系: 结合式 p = pA* + (pB* - pA* ) xB 和式 yB = pB*xB /p 可得
• 从相图分析恒温降压变化过程.
• 与纯物质在恒温下有一定的饱和蒸气压不同, 由于液相在 气化过程中组成不断变化(剩余难挥发性组分愈来愈多), 使得其平衡蒸气压不断下降, 因而存在相变压力区间. 5
物理化学 06-04
§6.6 精馏原理
1.简单蒸馏原理
将液态混合物同 时经多次部分气化和 部分冷凝而使之分离 的操作称为精馏
g
t 3 : x3 < x2
t2 : y2 >x>x2 t1 : y1 > y2
l
精馏原理：气液
平衡时气相组成与 液相组成不同
13
2.精馏原理 2.精馏原理
t/℃
G3 M2 L1 G2 M1 M2 ´ L2´ t0 G1 p=const.
g
(4)
p = [2.97 x B + 9.96(1 − x B )]kPa = 9.00kPa
9.00 − 9.96 xB = = 0.137 2.97 − 9.96 x A = 0.863 Nhomakorabea24
(5)
pB = p x B = p (1 − x B ) = p A
p 2.97 xB = ∗ = = 0.230 ∗ p A + pB 2.97 + 9.96 x A = 0.770
g
L3 t2 t1
M3 L2
G2´
a l
A
x3
x2
y3
x1 y2 x0
y1
B
14
精馏塔
在精馏塔中， 在精馏塔中， 部分气化与部分 冷凝同时连续进 行，即可将 A、B 分开
15
从相图看精馏分离的难易
易挥发组分从塔顶出来； 挥发组分从塔釜出来。 易挥发组分从塔顶出来；不易 挥发组分从塔釜出来。
16
对于最大正负偏差系统
1) 将p－x图与 －x图相比 图与t 图与 图相比 液相线和气相线的位置；相区位置； 液相线和气相线的位置；相区位置； 饱和蒸气压大的组分沸点低，饱和蒸气压小的沸点高。 饱和蒸气压大的组分沸点低，饱和蒸气压小的沸点高。 2）比较理想液态混合物与一般正负偏差的p－x与t－x图 ）比较理想液态混合物与一般正负偏差的 与 图 除理想液态混合物的p 图中液相线为直线外， 除理想液态混合物的 －x图中液相线为直线外，它们 图中液相线为直线外 具有以下共同特征 共同特征： 具有以下共同特征： ①
完全互溶双液系统气-液平衡相图的绘制(2) 误差分析
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载完全互溶双液系统气-液平衡相图的绘制(2) 误差分析地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容大学化学实验Ⅱ实验报告（物理化学部分）（贵州大学化学与化工学院——大学化学教学与示范中心）班级专业：环境科学091姓名：岳凡耀学号： 0908100121指导教师：谭蕾实验成绩：实验编号：十四实验项目名称：完全互溶双液系统气-液平衡相图的绘制报告人：岳凡耀同组人：赵安娜、赵芳、吴红、陈彦霖、孙腾实验时间：2011年4 月 28 日实验目的：掌握阿贝折射仪的使用方法通过测定混合物的折射率确定其组成。
学习常压下完全互溶双液系统气-液平衡相图的测绘方法，加深对相律、恒沸点的理解。
实验原理：相图是描述相平衡系统温度、压力、组成之间关系的图形，可以通过实验测定相平衡系统的组成来绘制。
两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。
若两液体能以任意比例互溶，称其为完全互溶双液系统；若两液体只能部分互溶，称其为部分互溶双液系统。
当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时，液体就会沸腾，此时气-液两相呈平衡，所对应的温度就是沸点。
双液系统的沸点不仅取决于压力，还与液体的组成有关。
表示定压下双液系统气-液两相平衡时温度与组成关系的图称为T-XB 图或沸点-组成图。
恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气-液平衡相图（T-X），根据体系对乌拉尔定律的偏差情况，可分为三类：（1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯-苯体系，如图1（а）所示。
（2）最大负偏差：混合物存在着最高沸点，如盐酸-水体系，如图1（b）所示。
（3）最大正偏差：混合物存在着最低沸点，如正丙醇-水体系，如图1（c）所示。
4.3二组分气-液平衡系统剖析
一、理想液态混合物
双液系统分类
完全互溶 部分互溶 完全溶容
理想液态混合物 非理想双液系统
理想液态混合物 全部浓度范围内均能互溶形成均匀的单一液相,同时在全部浓 度范围内符合拉乌尔定律。
f 3 max 3 p不变 =1 f=2 称为 T-x图
T不变 =1 f=2 称为 p-x图
1. 理想液态混合物的蒸气压（定T下，p-x图）
3. 负偏差很大的体系
非理想的完全互溶双液系统
3. 负偏差很大的体系 例：1atm下，H2O-HCl体系
Tb最高=108.5C 恒沸物组成 HCl% =20.24%
非理想的完全互溶双液系统
常见恒沸混合物的数据
solution
HCl+H2O HCl+H2O HNO3+H2O HBr+H2O HCOOH+ H2O CHCl3+(CH)2CO C2H5OH+ H2O CCl4+CH3OH CS2+ (CH)2CO CH3COOC2H5+ H2O
x 0 0.025 0.1 0.240 0.360 0.462 0.563 0.710 0.833 0.942
y 0 0.070 0.164 0.295 0.398 0.462 0.507 0.600 0.735 0.880
T 77.15 76.70 75.0 72.6 71.8 71.6
72.0 72.8 74.2 76.4
p
l
pB*
p1
p2
l=g
pA*
g
A
xA
B
在对气体的恒温加压过程中,随着压力的增加,气体将逐渐液化
2. 理想液态混合物在定压下的T-x图（沸点组成图）
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。
实验六 实验六完全互溶二组分液态混合系统的 气液平衡相图
五、实验步骤
4、停止加热，冷却2~3分钟，由侧管加入0.1ml乙醇 于蒸馏瓶中，重新加热至沸腾，边加热边将沸点仪倾 斜，目的是用冷凝器流下来的回流液冲洗球形小室， 斜， 以保证收集的冷凝液是与液相平衡的气相组成。冲洗 两次后，将冷凝液收集在球形小室中，等沸点稳定 后，记录沸点温度。停止加热，冷却2~3分钟，由凝 液取样口和侧管分别取气相和液相样品，迅速测定其 折光率。测完后，打开棱镜，用镜头纸擦干，并用洗 耳球吹干，以备测另一样品。
八、问题讨论
1、每次加入蒸馏瓶中的环己烷或乙醇的量是否需要 精确量取？为什么？ 2、如何判断气、液两相已达平衡？本实验能否真正 达到平衡？为什么？ 3、测定纯环己烷和乙醇沸点时，为什么要求蒸馏瓶 必须是干燥的？ 4、我们测的沸点与标准大气压的沸点是否一致？ 5、为什么每次测定气相冷凝液的折光率以前，一定 要将取样支管的球形小室冲干净？
五、实验步骤
5、为了使数据在图中均匀分布，按0.1,0.2,0.2,0.5,0.5, 1.0,1.0,2.0ml的顺序依次加入乙醇，重复步骤4，记录 沸点和折光率数据。 6、将蒸馏瓶中的液态混合物从侧管吸出，并用洗耳 球吹干，重新加入20ml乙醇，按步骤3测沸点后，再 按步骤4，依次加入1.0,1.0,2.0,2.0,4.0,8.0,10.0,12.0ml 的环己烷，重复步骤4,记录沸点和折光率数据。
四、实验仪器及试剂
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。
第4 5 节：二组分理想液态混合物的气液平衡相图总结
5
压力-组成图
• 系统点: 相图上表示系统总 状态的点. 系统变压(或变 温)时, 系统点总是垂直于 组成坐标而移动. • 相点: 表示各个相的状态的 点. P = 1, 系统点与相点重 合, P = 2 时, 两个相点位于 系统点两侧的相线上, 且 3 点处于一水平线(结线)上 (因3 个状态点的压力等同). • 分析相图.
相中的成分大于液相中的组分，反之亦然。
3
压力1. 1. 压力 -组成图 组成图
在等温条件下，p-x-y 图分为三个区域。在液相 线之上，系统压力高于任一混合物的饱和蒸气压，气 相无法存在，是液相区。
在气相线之下，系 统压力低于任一混合物 的饱和蒸气压，液相无 法存在，是气相区。 在液相线和气相线之 间的梭形区内，是气-液 两相平衡。
yA = 1－yB = 0.523
请大家自己绘制一下这个体系的T－x图，检验一下结果。
32
液态完全互溶, 气液相图及杠杆规则
例 101.325kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下: t/℃ 100 102.1 104.4 107.5 113.8 118.1 xB 0 0.300 0.500 0.700 0.900 1.000 yB 0 0.185 0.374 0.575 0.833 1.000 (1) 画出气-液平衡的温度-组成图; (2) 从图上找出组成为xB = 0.800的液相的泡点; (3) 从图上找出组成为yB = 0.800的气相的露点; (4) 105℃时气-液平衡两相的组成是多少? (5) 9kg 水与30kg 醋酸在105. 0℃ 达到平衡, 气、液两相的质量 各为多少克?
10
温度-组成图
• 系统点和相点的含义 同 P-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
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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。
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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
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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
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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。
第6章 二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统气液平衡相图
水 (A) - 三乙胺 (B)系统
t
水 - 三乙胺 系统，在 18 °C以下能完全互溶，而以上却 只能部分互溶。这样的系统具 有低临界会溶点。
p=const. l1+l2
tC
C
l
0 A
wB/%
100 B
水 (A) - 烟碱 (B)系统
水 - 烟碱系统，在 60.8 °C t
以下完全互溶，在 208 °C 以
Δn(α) xB ( β ) xB (γ ) (6.2.9) Δn( β ) xB (γ ) xB (α)
或 Δn(α) [xB (γ ) xB (α)] Δn( β ) [xB ( β ) xB (γ )]
文字叙述：
显然 Δn(α) Δn( β) Δn(γ) 0 (6.2.10)
p = const.
C
L1’
L2’
MC 为苯酚在水中的溶解度 曲线，NC 为水在苯酚中的溶解 度曲线。随着温度升高，水与苯
酚的相互溶解度增大，至可以完 全互溶，所以交于 C 点而成一条 光滑曲线。
0M A (水)
N 100
wB /%
B(苯酚)
曲线以外为单液相区，曲 线以内为液－液两相平衡区。
t p = const.
二组分液态部分互溶系统的温度 - 组成相图
1.部分互溶液体的相互溶解度 ---- 液-液平衡
当两液体性质相差较大时，它们只能部分
互溶。例如在水中加入少量苯酚时，苯酚可以
(I)
完全溶解（I），继续加入苯酚，可以得到苯
酚在水中的饱和溶液（II）。若再加入苯酚时，
系统会出现两个液层(III)：一层是苯酚在水中
t
g
p=101.325kPa
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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。
相律，是研究相平衡的基本规律，表示平衡物系中的自由度数，相数及独立组分数之间的关系。
其最普遍的表达式为f=N−R−R’−P+2=C−P+2。
N、P分别表示描述体系的物种数和相数。
f 为自由度数, 即保持体系相数及相态不变的情况下, 体系可以独立改变的强度变量数。
C 为组分数, 即可以表达平衡体系所有相的最小物种个数③~④。
相图是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，其所表示的相的状态是平衡状态。
为了确定二组分完全互溶混合物系统的相图，根据上面相律所述，控制溶液的压力，测定在一定要下的沸点和组成，作T（温度）—x（组成）图像。
在确定相图之后，对于确定该两种液体的混合物，通过测定沸点可以查看其组成，也可测定其组成了解其在一定温度下的相态。
本实验中，在常压下测定物质的沸点，通过折光率来确定混合物气相和液相的组成，即可以作出完整相图。
折光率定义：n =c1/c2,其中c表示在不同介质里的光速。
物质的折光率因温度或光线波长的不同而改变，透光物质的温度升高，折光率变小；光线的波长越短,折光率越大。
作为液体物质纯度的标准，折光率比沸点更为可靠。
在蒸馏两种或两种以上的液体混合物且当各组分的沸点彼此接近时，那么就可利用折光率来确定馏分的组成。
因为当组分的结构相似和极性，混合物的折光率和物质的量组成之间常呈线性关。
2.2实验方法2.2.1主要仪器及药品仪器沸点仪；WAY-2S数字阿贝折光仪；超级恒温槽；调压变压器；温度计（50~100℃，1/10℃）1支；普通温度计（0~100℃）1支；250mL烧杯1只；10mL针筒、1mL针筒各1只；电吹风1只；滴管若干；擦镜布。
试剂环己烷（AR）；无水乙醇（AR）。
2.2.2实验方法①安装沸点仪，同时将固定超级恒温槽的温度为30.00℃。
沸点仪如图2所示，用乙醇环己烷混合溶液的废液洗涤沸点仪，，用电吹风将仪器内部吹干，如图连接好各部分，从烧瓶的2号口倒入纯乙醇（乙醇要浸没加热丝部分），旋好玻璃塞，接通冷凝水，调节调压变压器对其加热。
②测定折光率。
待溶液保持沸腾且温度计读数稳定之后，记录主温度计、辅助温度计以及主温度计露出烧瓶处的读数。
停止加热，用烧杯盛水冷却烧瓶外表，待冷却至接近室温后，用吹干的滴管分别取残留液（烧瓶中）图2沸点仪和冷凝液测定其在30.00℃的折光率，每组折光率平行测定2次。
（比较两者之间以及两者与纯环己烷的折光率差别，若三者在误差允许范围内相等，则继续实验）。
③用注射器向烧瓶中注射1mL纯环己烷，按上述步骤测定沸点和折光率（包括冷凝液和残留液）。
④继续向烧瓶注射3mL、5mL、5mL、7mL…纯环己烷,并按相同方法测定沸点和折光率，直至冷凝液和残留液的折光率在误差允许范围内相等。
⑤用废液洗涤装置，电吹风吹干，向烧瓶中加入纯环己烷，按①烷和乙醇的顺序反过来测定沸点和折光率。
2.2.3数据记录和处理下表中，表1以乙醇为主体，向其中逐步添加环己烷，表其中逐步添加乙醇。
两表中的组成都已环己烷所占摩尔分数表示。
表1环己烷（2）-乙醇（1）液态混合物的气℃主温/℃辅温/℃气相折气相折0 57.19 78.31 25.9 1.3572 1.3576 0 1.3572 1.3572 0 351.631 57.19 77.02 27.3 1.3598 1.3598 0.03 1.3579 1.3582 0.013 350.32 3 57.19 73.41 27.8 1.3743 1.3741 0.198 1.3612 1.3614 0.047 346.68 3 57.19 70.33 27.3 1.3849 1.3852 0.339 1.3646 1.3647 0.087 343.575 57.19 67.48 26 1.3931 1.3933 0.467 1.3707 1.3704 0.153 340.70 5 57.19 66.33 26.7 1.3942 1.3945 0.485 1.3754 1.3755 0.214 339.54 9 55.38 65.2 26 1.3958 1.3955 0.507 1.3848 1.3855 0.349 338.41 8 54.38 65 26.7 1.3961 1.396 0.513 1.3887 1.389 0.398 338.21 10 52.61 64.82 27 1.3964 1.3965 0.522 1.3924 1.3926 0.456 338.04根据表1和表2中的数据，以组成（环己烷所占质量分数）为横坐标，校正后的沸点温度为纵坐标作图，各数据点间用平滑的曲线连接，得到完整的环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡相图（图3）。
量约为0.502至0.524之间,CRC 上的共沸点为64.8℃，共沸点时混合物中环己烷的比例为0.5460，可以看出实验值要比文献值低。
3.2讨论①沸点仪中盛气相冷凝液的小球如果体积过大会导致混合物在加热过程中达到平衡耗费的时间增大，过小时盛装的液体量过少，在测定折光率时容易引进偶然误差。
②实验过程中应该尽量避免冷凝液挥发，但是，如果挥发，不必重新配制溶液进行测定，只需要重新加热沸腾、冷凝、取样测定即可。
③测定纯乙醇和纯环己烷是，需要将沸点仪吹干，因为相图中需要纯组分的数据，其组成不是由折光率推算，所以纯组分应该保证液体中不含其它杂质；而混合物的测定则不需要将其吹干，因为其沸点直接测量，组分含量由折光率的测定推算。
④测定纯组分的沸点时，冷凝液和残留液同样为相同的纯组分，所以所测定的折光率应该相同。
实验中如果两者的折光率不相同，说明纯组分中混进了其他杂质，如纯乙醇中混进环己烷，此时应该回收废液并检验所用原料的折光率是否与文献值相同，洗净并吹干装置，重新进行实验。
温度/K⑤乙醇-环己烷完全互溶组分的平衡相图如图2所示，从图中可以看出，混合物有沸点极小值，所以从理论上来说，不能通过简单的蒸馏得到两种纯组分，只能通过其他手段得到。
从上文的表1和表2同样可以看出，在解热至沸腾时，无论是气相冷凝液还是液相残留液，两者的折光率都与纯组分不相同，也就是说，两种液体都是乙醇和环己烷的混合物，所以不能通过简单的蒸馏得到两种纯组分。
⑥相图左侧王右侧看，在到达恒沸点之前，随着环己烷加入量的增加，混合物沸点逐渐降低，气、液两项的折光率的逐渐增加，且气相的折光率高于液相（气相中环己烷的含量多于液相）；越过恒沸点之后，随着环己烷量的增加，混合物的沸点逐渐增加，气、液两项的折光率逐渐降低，且气相的折光率式中低于液相的折光率。
4 结论在系统不受广义力作用，且没有绝热壁、刚性壁和半透膜的条件下，前文提到的相律公式可以准确应用。
如果相与相之间有绝热壁存在, 各相的温度有可不同; 如果相与相之间有刚性壁或半透膜隔开时, 各相的压力也可能不同, 此时系统的总强度变量数增加, 自由度就比由Gibbs相律计算的要多。
此实验方法得出的相平衡图较为准确，并且实验方法简单，实验仪器并不复杂。
实验测得的共沸点和环己烷所占摩尔分数都比文献值低。
可能是因为环境压强不同导致实验测得的沸点比实验值要低。
可见，实验中有误差导致结果与文献值有偏差。
其主要的实验误差来源主要有：①取样和分析不准确。
试样本身纯度不够高，或者纯物质测定时混合了其他杂质，或其他会引起样品组成改变的影响的因素。
②环境因素的影响。
在实验数据处理中对沸点进行了校正，但是当地的大气压没有进行校正，而压强对溶液的沸点会产生影响；另外，折光率与温度相关，实验种，用超级恒温槽对阿贝折光仪进行温度控制，但是，温度仍然会呈现上下波动，所以，折光率的测定本身就会带来误差。
③一组数据中，由于实验中加入体积不可能准确控制，加上其他因素导致，在试验所得的共沸点附近气相和液相的组成并不完全相同，所以相图上不会交于一点，只有进行近似处理。
参考文献[1] 许新华，王晓岗，刘梅川. 双液系气液平衡相图实验的新方法研究,实验室科学, 第18 卷第3 期[2]雷群芳，中级化学实验，科学出版社[3]何英，试谈Gibbs相律的适用条件, 蒙自师专学报,第13卷第4 期[4]赵凤云，林志宏，相律的正确表达及其在特殊点的应用，吉林工学院学报，第15 卷第3 期枯藤老树昏鸦，小桥流水人家，古道西风瘦马。
夕阳西下，断肠人在天涯。