实验一、三组分液-液体系相图的绘制
实验2 三组分液—液相图的绘制
实验2 三组分液—液相图的绘制实验目的1熟悉相律,掌握由三角形坐标法表示的三组分系统相图。
2 用溶解度法作出具有一对共轭溶液的正戊醇—醋酸—水系统的相图。
基本原理三组分系统组分数K=3, 当系统处于恒温恒压条件时,根据相律, 系统的条件自由度为：φ-=*3f式中φ为系统的相数。
系统最大条件自由度为213max =-=*f , 因此,浓度变量最多只有两个, 可用平面图表示系统的状态和组成间的关系, 称三组分相图。
通常用等边三角形坐标表示,如图1所示。
等边三角形顶点分别表示纯物质A 、B 、C, AB 、BC 、CA 三条边分别表示A 和B 、B 和C 、C 和A 所组成的二系统组成, 三角形内任何一点都表示三族分系统的组成。
将三角形的每一边分为100等份, 通过三角形内任何一点O 引平行各边直线, 根据几何原理,a+b+c=AB=BC=CA=100%, 因此O 点组成可用a 、b 、c 来表示。
即O 点表示的三个组成的百分组成为B%=b, C%=c, A%=a 。
如果已知三组分中任两个百分组成,只须作两条平行线,其交点就是被测系统的组成点。
在正戊醇—醋酸—水三组分系统中, 正戊醇和水几乎完全不互溶的,而醋酸和正戊醇及醋酸和水都是互溶的, 在正戊醇和水系统中加入醋酸则可促使正戊醇和水的互溶。
由于醋酸在正戊醇层和水层中非等量分配,因此,代表两层浓度的a 、b 点的连线并不一定与底边平行(如图2) 。
设加入的醋酸后系统总组成为c, 平衡共存的两相叫共轭溶液,其组成由通过c 的连线上的a 、b 两点表示 。
图中曲线以下区为两相共存区,其余部分为单相区。
图1 图2 图3 现有一个正戊醇和水的二组分系统,其组成为k 。
于其中逐渐加入醋酸,则系统总组成沿kB 变化(正戊醇和水比例保持不变),在曲线以下区域内则存在互不混溶的两共轭相,将溶液振荡时则出现混浊状态。
继续滴加醋酸直到曲线上的d 点, 系统将由两相区进入单相区,液体将由混浊转为清澈, 继续加醋酸至e 点,液体仍为清澈的单相。
推荐一个绿色化学实验——乙酸正丁酯-乙醇-水三组分液-液平衡相图测绘
１２ 实验 步 骤 ．
（ ）共轭溶液配制： １ 在干燥的分液漏斗 中， 按照表 １ 给定的体积配制。充分振荡使其达到
相平 衡 ， 置分 层 。 静
（ ）取 ８个 干燥 的具 塞 锥形瓶 ， 照表 ２中给定 的体 积用 滴 定 管及 吸量 管配 不 同浓度 的 ２ 按
苯一 乙醇 一 三组 分体 系 来 完成 这类 实验 的 ， 水 在实验 中要 大量 用 到 苯或 甲苯 ， 而苯 和 甲苯 易挥 发 、 性大 ， 污染环 境 又对 师生 的健康 不利 。 毒 既
为 了降低 实验 中 的污染危 害 ， 把绿 色化 学思 想 渗透 到实 验教 学 中来 。我们 采 用 乙酸正 丁
４８
（ ）在 三角 坐标 上定 出 乙酸 正 丁 酯质 量 分数 为 ０ ６ ２ ．６的 乙 酸 正 丁酯 － 乙醇 溶 液 组 成点 Ｅ，
过 Ｅ作溶解度曲线 的割线 Ｅ ， 曲线于 Ｆ Ｇ点 ， Ｇ Ｅ ｍ ／ 。 Ｇ割 、 使Ｆ ／ Ｆ＝ ｍ 。求得 Ｇ点后 ， 与共轭平
乙 醇
４ ７
（） ５ 在一个 已准确称质量的干燥 ５ ｒ Ｏ ｌ具塞锥形瓶中， ａ 放人步骤 （ ） １ 准备好 的分液漏斗 中
的下层 （ 即水 层 ） 溶液 约 ０ ９ ．０～１２ ｍ 。盖 好瓶 塞 并 准 确 称 其 质量 ， 录 于表 １中。然 后 用 ．０ Ｌ 记
于燥的滴管逐滴加人步骤 （ ） ４ 准备好的乙酸正丁酯－ 乙醇溶液 ， 不断振荡 ， 滴至 由浊变清 ， 再称
１ ４ 相 图测 绘 ．
（ ）将各溶液滴定终点时各组分的体积 ， １ 根据它们在实验温度下的密度换算为质量（ 直 接称 质量 测定 时此 步可省 略 ） 求 出各 溶 液 滴 定 终 点 时 的质 量 分 数 。将 所 得 结 果绘 于三 角 坐 ，
实验一、三组分液-液体系相图的绘制
3．求出反应的半衰期。
21
实验四、最大气泡压力法测定溶 液表面张力
22
【实验目的】
➢测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，考察吸 附量与浓度的关系。
➢了解表面张力、表面自由能的意义以及与溶液 界面吸附的关系。
➢掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技 术，由Gibbs公式用图解法求算不同浓度溶液 的界面吸附量。
11
【数据记录与处理】 • 记录室温及大气压。
• 设计数据记录表格，并用lgCA对lgCB作图， 由直线的斜率和截距计算出分配系数K，缔 合度n。
12
【注意事项】 • 实验中所用苯对环境有较大污染，废液应
倒入回收瓶中，统一处理。 【思考题】 • 分配系数的影响因素有哪些？
13
实验三、 旋光法测定蔗糖转化反应 的速率常数
10.00
0.80 10.00
20.00
25.00
6
【注意】
– 使用的三角瓶必须事先干燥。 – 当 Nhomakorabea体由浊变清时，须小心，勿使乙醇过量加入。 – 相变点的判断。
【思考题】
– 当体系总组成在曲线内与曲线外时，相数有何不同？ 总组成点通过曲线时发生什么变化？
– 用相律说明当温度、压力恒定时，单相区的自由度是 多少？
三组分体系中浓度独立变量最多只有2个。这样就可用 平面图形来表示体系的状态和组成的关系。
– 通常用等边三角形来表示三组分体系中各组分的组成。 三角形的3个顶点分别代表纯组分A、B和C，三条边AB、 BC、CA分别代表A和B、B和C、C和A所组成的二组分 体系的组成，而三角形内任何一点表示三组分体系的 组成。
三相图的绘制(氯化钾、盐酸、水)
Ⅰ、目的要求1．掌握用三角坐标表示三组分相图的方法；2．能正确利用溶解度方法绘制KCl-HCl-H2O三组分系统的相图；3．了解湿固相法的原理，学会确定溶液中纯固相组成点的方法。
Ⅱ、基本原理为了绘制相图就需要通过实验获得平衡时各相间的组成及二相的连接线，即先使体系达到平衡，然后把各相分离，再用化学分析法或物理方法测定达成平衡时各相的组成。
但体系达到平衡的时间，可以相差很大。
对于互溶的液体，一般平衡达到的时间很快；对于溶解度较大，但不生成化合物的水盐体系，也容易达到平衡。
对于一些难溶的盐，则需要相当长的时间，如几个昼夜。
由于结晶过程往往要比溶解过程快得多，所以通常把样品置于较高的温度下，使其较多溶解，然后将其移至温度较低的恒温槽中，使之结晶，加速达到平衡。
另外，摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间的扩散速度，加速达到平衡。
由于在不同温度时的溶解度不同，所以系统所处的温度应该保持不变。
湿固相法的基本原理：在等边三角形相图中凡带有饱和溶液的固相组成点，必定处于饱和溶液组成点和纯固相点的连结线上，测定一组饱和溶液和湿固相（饱和溶液所对应的固相）的组成，它们的连结延长线将交于一点，即纯固相组成点。
本实验是测定在一定温度和压力下，KCl-HCl-H2O三组分体系中各组分的质量百分组成，从而绘制出三组分相图（体系中KCl处于饱和状态，溶解的KCl与KCl固体处于平衡状态）。
由KCl、HCl、H2O组成的三组分体系，在HCl的含量不太高时，HCl完全溶于水而成盐酸溶液，与KCl有共同的负离子Cl-。
所以当饱和的KCl水溶液中加入盐酸时，由于同离子效应使KCl的溶解度降低。
本实验即是研究在不同浓度的盐酸溶液中KCl的溶解度，通过此实验熟悉盐水体系相图的构筑方法和一般性质。
为了分析平衡体系各相的成分，可以采取各相分离方法。
如对于液体可以用分液漏斗来分离。
但是对于固相，分离起来比较困难。
因为固体上总会带有一些母液，很难分离干净，而且有些固相极易风化潮解，不能离开母液而稳定存在。
[新版]三相图的绘制（氯化钾、盐酸、水）
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基础化学实验实验 三相图的绘制——O H HCl KCl 2--体系Ⅰ、目的要求1．掌握用三角坐标表示三组分相图的方法；2．能正确利用溶解度方法绘制KCl-HCl-H2O三组分系统的相图；3．了解湿固相法的原理，学会确定溶液中纯固相组成点的方法。
Ⅱ、基本原理为了绘制相图就需要通过实验获得平衡时各相间的组成及二相的连接线，即先使体系达到平衡，然后把各相分离，再用化学分析法或物理方法测定达成平衡时各相的组成。
但体系达到平衡的时间，可以相差很大。
对于互溶的液体，一般平衡达到的时间很快；对于溶解度较大，但不生成化合物的水盐体系，也容易达到平衡。
对于一些难溶的盐，则需要相当长的时间，如几个昼夜。
由于结晶过程往往要比溶解过程快得多，所以通常把样品置于较高的温度下，使其较多溶解，然后将其移至温度较低的恒温槽中，使之结晶，加速达到平衡。
另外，摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间的扩散速度，加速达到平衡。
由于在不同温度时的溶解度不同，所以系统所处的温度应该保持不变。
湿固相法的基本原理：在等边三角形相图中凡带有饱和溶液的固相组成点，必定处于饱和溶液组成点和纯固相点的连结线上，测定一组饱和溶液和湿固相（饱和溶液所对应的固相）的组成，它们的连结延长线将交于一点，即纯固相组成点。
本实验是测定在一定温度和压力下，KCl-HCl-H2O三组分体系中各组分的质量百分组成，从而绘制出三组分相图（体系中KCl处于饱和状态，溶解的KCl与KCl固体处于平衡状态）。
由KCl、HCl、H2O组成的三组分体系，在HCl的含量不太高时，HCl完全溶于水而成盐酸溶液，与KCl有共同的负离子Cl-。
所以当饱和的KCl水溶液中加入盐酸时，由于同离子效应使KCl的溶解度降低。
本实验即是研究在不同浓度的盐酸溶液中KCl的溶解度，通过此实验熟悉盐水体系相图的构筑方法和一般性质。
为了分析平衡体系各相的成分，可以采取各相分离方法。
如对于液体可以用分液漏斗来分离。
三液系相图绘制
三液系（三氯甲烷~醋酸~水）相图的绘制薛念华一．实验目的：1.熟悉相律和用三角形坐标表示三组分相图的方法。
2.用溶解度法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图。
二．实验原理：在定温定压下，三组分体系的状态和组成之间的关系通常可用等边三角形坐标，如下图所示。
等边三角形三顶点分别表示三个纯物A、B、C。
AB、BC、CA三边分别表示A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成。
三角形内任一点则表示三组分体系的组成。
如O点的组成为A%=Cc’，B%=Aa’，C%=Bb’。
具有一对共轭溶液的三组分体系相图，在该三液系中，A和B、A和C完全互溶，而B和C只能有限度的互溶，B和C的浓度在Ba和Cd之间可以完全互溶，介于ad 之间体系分为两层，一层是B在C中的饱和溶液（d点），另一层是C在B中的饱和溶液（a点），这对溶液称为共轭溶液。
曲线abd为溶解度曲线。
曲线外是单相区，曲线内是二相区。
物系点落在两相区内即分成二相，如O点分成组成为E和F的二相，EF 线称为连结线。
绘制溶解度曲线的方法较多。
本实验是先在完全互溶的两个组分（如A和C）以一定的比例混合所成的均相溶液（如图II上的N点）中滴加入组分B，物系点则沿NB 线移动，直至溶液变浑，即为L点，然后加入A，物系点沿LA上升至N’点而变清。
如再滴加B，则物系点又沿N’B移动，当移至L’点时溶液再次变浑。
再滴加A使之变清……。
如此重复，最后连接L，L’，L’’……，即可绘出溶解度曲线。
三．仪器与药品：滴定管（50mL，酸式）×1，滴定管（50mL，碱式）×1，有塞锥形瓶（100mL）×2，有塞锥形瓶（25mL）×4，锥形瓶（100mL）×2，移液管（2mL，胖肚）×4，移液管（5mL，刻度）×2，移液管（10mL，刻度）×1，分液漏斗（60mL）×2，漏斗架×1，氯仿（分析纯），冰醋酸（分析纯），0.5mol/L标准NaOH溶液。
三氯甲烷—醋酸—水三液系相图的绘制(简的)
实验三氯甲烷—醋酸—水三液系相图的绘制一．实验目的1．掌握用三角坐标表示三组分相图的方法；2．用溶解度法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图。
三氯甲烷—醋酸—水是部分互溶三液系相图,水和氯仿的相互溶解度很小，而醋酸却与水、氯仿互溶。
将将完全互溶的两组分（如氯仿和醋酸）按照一定的比例配制成均相溶液（图中N点），再向清亮溶液中滴加另一组分（如水），则系统点沿BN线移动，到K点时系统由清变浑。
再往体系里加入醋酸，系统点则沿AK上升至N’点而变清亮。
再加入水，系统点又沿BN’由N’点移至J点而再次变浑，再滴加醋酸使之变清……如此往复，最后连接K、J、I……即可得到互溶度曲线。
三．仪器与药品四．实验步骤1．移取6ml氯仿、1ml醋酸于干燥洁净的100ml磨口锥形瓶中（标记1号），混合均匀。
然后慢慢滴入水，边滴边摇动，直至溶液由清亮变浑，即为终点，记录水的体积。
再向体系中加入2ml醋酸，系统又成均相，继续用水滴定，使体系再次由清变浑，分别记录此时系统中氯仿、醋酸及水的总毫升数。
然后依次加入3.5ml、6.5ml醋酸，同上方法用水滴定，并记录体系中各组分的含量。
最后加入40ml的水，盖紧瓶塞，每隔5min振摇一次，约30min 后将此溶液作测量连接线使用。
2．取另一100ml磨口锥形瓶（标记2号），移入1ml氯仿和3ml醋酸，用水滴定至终点。
然后再依次添加2ml、5ml、6ml醋酸，分别用水滴定至终点。
记录各次各组分的用量。
最后加入9ml氯仿和5ml醋酸，混合均匀，每隔5min振摇一次，约30min后作为测量另一根连接线使用。
五．数据记录与处理1．记录（表1、表2）2．溶解度曲线的绘制根据表一数据，在三角坐标纸上，绘制各次滴定的组成点，然后用曲线板拟合成一条光滑曲线，即为水－氯仿在醋酸存在情况下的互溶度曲线。
其中在BC边上的相点为实验温度、压力条件下，水在氯仿或氯仿在水中的溶解度。
1。
三液系相图的绘制.
实验三氯甲烷—醋酸—水三液系相图的绘制一．实验目的1．掌握用三角坐标表示三组分相图的方法；2．用溶解度法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图。
二．实验原理为了绘制相图就需要通过实验获得平衡时各相间的组成及二相的连接线，即先使体系达到平衡，然后把各相分离，再用化学分析法或者物理方法确定达成平衡时各相的组成。
但体系达到平衡的时间，可以相差很大。
对于互溶的液体，一般平衡达到的时间很快；对于溶解度较大但不生成化合物的水盐体系，也容易达到平衡。
对于一些难溶的盐，则需要相当长的时间，如几个昼夜。
由于结晶过程往往要比溶解过程快得多，所以通常把样品置于较高的温度下，使其溶解较多，然后将其移至温度较低的恒温槽中，使之结晶，加速达到平衡，另外，摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间的扩散速度，加速达到平衡。
水和氯仿的相互溶解度很小，而醋酸却与水、氯仿互溶。
在水和氯仿组成的两相混合物中加入醋酸，能增大水和氯仿间的互溶度，醋酸增多，互溶度越大，当加入醋酸到某一数量时，水和氯仿能完全互溶，原来由两相组成的混合体系由混变清。
在温度恒定的情况下，使两相体系变成均匀的混合物所需要的醋酸量，取决于原来混合物中水和氯仿的比例。
同样，把水加到醋酸和氯仿的均相混合物中时，当水达到一定数量，原来的均相体系变成水相和氯仿相的两相混合体系，体系由清变混。
使体系变成两相所需要的水量，取决于醋酸和氯仿的起始成分。
因此利用体系在相变化时的浑浊和清亮现象的出现。
可以判断体系中各组分间互溶度的大小。
一般由清到浊，肉眼比较容易分辨。
所以实验由均相样品中加入第三物质使变成二相的方法，测定两相间的相互溶解度。
当二相共存并达到平衡时，将二相分离，测得二相的成分，然后用直线连接这二点，即得连接线。
用等边三角形的方法表示三元相图。
等边三角形的三个定点各代表纯组分，三角形三条边AB、BC和CA分别代表A和B，B和C，C和A所组成的二组分的组成，而三角形内任意一点表示三组分的组成。
实验5 三液系相图的绘制--操作步骤
实验5 三液系相图的绘制注意事项：1.实验所用玻璃仪器的洁净度会影响相点变化，实验结束时一定要认真清洗玻璃仪器并放入指定烘箱烘干。
2.滴定时必须充分振荡3.加入液体体积大于1mL时用滴定管直接加入，准确记录每次加入液体体积4.当溶液总体积超过30mL时，转移到150mL干净锥形瓶中滴定，以便界面观察实验步骤：1.液体密度的测定取50mL干燥锥形瓶，称重，用刻度移液管移取2.00mL环己烷后再称重，计算环己烷密度，样品留待第2步用。
2.溶解度曲线的测定（1）用1.00mL刻度移液管移取0.10mL水加入步骤1中的锥形瓶中，摇匀变浑浊，然后用滴定管滴加1滴乙醇，摇匀则变浊，边滴边摇，继续滴至溶液恰好由浊变清时，记下所加乙醇的体积(毫升)，得到第1组溶解度数据。
（2）用刻度移液管移取1.00mL乙醇加入上述溶液中，摇匀，用水返滴至溶液刚由清变浊，记下所用水的体积，得到第2组溶解度数据。
（3）按照数据记录表格中所规定数字继续加入水，然后再用乙醇滴定，如此反复进行实验，共测得10组溶解度数据。
3.连接线的测定（1）用5.00mL刻度移液管依次移取3.00mL环己烷、3.00mL水以及3.00mL乙醇于干燥的25mL具塞锥形瓶中，充分摇动后静置分层。
（2）取100mL锥形瓶，配制质量分数为50%的环己烷-乙醇溶液50mL。
（3）取干燥洁净的50mL具塞锥形瓶称重。
另取一支干燥洁净的1.00mL移液管用吸耳球轻轻吹气并同时插入(1)溶液的下层（即水层）取1.00mL溶液（这样可以防止上层液体进入移液管中），放入已称重的50mL具塞锥形瓶中，再称其重量，得出水层质量m G。
（4）用滴定管滴加质量分数为50%的环己烷-乙醇混合物于上述水层溶液中，边滴边摇动，至溶液由浊变清，再称其质量，得出加入的环己烷-乙醇的质量m E。
4.数据处理（1）根据表格1查得实验温度下水、乙醇的密度，将试验获得的10组溶解度数据中的体积换算成质量，求出个组分的质量分数（单位：%），填入数据记录表中。
三组分体系相图绘制
实验八三组分体系等温相图的绘制【目的要求】1. 熟悉相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。
2. 掌握用溶解度法绘制相图的基本原理。
【实验原理】对于三组分体系，当处于恒温恒压条件时，根据相律，其自由度f*为：f*＝3－Φ式中，Φ为体系的相数。
体系最大条件自由度f*max＝3－1＝2，因此，浓度变量最多只有两个，可用平面图表示体系状态和组成间的关系，通常是用等边三角形坐标表示，称之为三元相图。
如图2-8-1所示。
等边三角形的三个顶点分别表示纯物A、B、C，三条边AB、BC、CA分别表示A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成，三角形内任何一点都表示三组分体系的组成。
图2-8-1中，P点的组成表示如下：经P点作平行于三角形三边的直线，并交三边于a、b、c三点。
若将三边均分成100等份，则P点的A、B、C组成分别为：A％=Pa=Cb，B％=Pb=Ac，C％=Pc=Ba。
苯-醋酸-水是属于具有一对共轭溶液的三液体体系，即三组分中二对液体A和B，A和C 完全互溶，而另一对液体B和C只能有限度的混溶，其相图如图2-8-2所示。
图2-8-1 等边三角形法表示三元相图图2-8-2 共轭溶液的三元相图图2-8-2中，E、K2、K1、P、L1、L2、F点构成溶解度曲线，K1L1和K2L2是连结线。
溶解度曲线内是两相区，即一层是苯在水中的饱和溶液，另一层是水在苯中的饱和溶液。
曲线外是单相区。
因此，利用体系在相变化时出现的清浊现象，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。
一般来说，溶液由清变浑时，肉眼较易分辨。
所以本实验是用向均相的苯-醋酸体系中滴加水使之变成二相混合物的方法，确定二相间的相互溶解度。
【仪器试剂】具塞锥形瓶(100mL，2只、25mL，4只)；酸式滴定管(20mL，1支)；碱式滴定管(50mL，1支)；移液管(1mL，1支、2mL，1支)；刻度移液管(10mL，1支、20mL，1支)；锥形瓶(150mL，2第二篇基础实验2只)。
液液三组分相图
实验七十六三组分液-液体系的平衡相图预习提问1、什么是平衡相图？答：研究多相系统的状态如何随温度、压力和浓度等条件的改变而发生改变，并用图形表示系统状态的变化，这种图形即为相图即平衡相图，相图即又平衡相图。
2、试用相律分析一下恒温恒压条件时，三组分液-液体系的条件自由度f*为多少？答：相律表达式为：f﹡=c-Q,三组分体系c=3，即f=3- Q。
3、等边三角形坐标的顶点、线上的点、面上的点分别代表几组分的组成？答：三个顶点分别代表三个纯组分A、B和C，ＡＢ线代表（Ａ＋Ｂ）的两组分体系，ＡＣ线代表（Ａ＋Ｃ）的两组分体系，BC线代表（B＋C）的两组分体系，面上的点（三角形内各点）是三组分体系。
4、如何确定等边三角形坐标面上的点的组成？答：通过三角形内任何一点O引平行线于各边的直线，根据几何原理，a+b+c=AB=BC=CA=100%,或者a＇+b＇+c＇=AB=BC=CA=100%。
因此，O点的组成可由a＇、b＇、c＇来表示，即O点所代表的三个组分的百分组成是：B%= b＇，C%= c＇，A%= a＇。
5、通过任一顶点B向其对边引直线BD，则BD线上的各点所表示的组成中，A、C两个组分含量的比值如何？答：A、C两个组分的含量的比值保持不变。
6、如果有两个三组分体系D和E，将其混合之后其组成点会落在哪？答：其成分必定位于D、E两点之间的连线上。
7、对于等边三角形坐标内的任意一组成O，向其加纯B，体系的组成点会落在哪？若蒸发掉B，体系的组成点又会落在哪？答：向其中加入纯B时体系总组成点将沿直线OB向B移动，即落在OB直线上。
蒸发掉B 时体系总组成点将沿直线OB的反方向移动，即落在OB的反向延长线上。
8、已知一三组分体系P的百分组成为：B%＝20，C%＝30，A%＝50，如何在等边三角形坐标上绘制出P点？答：在AB线上确定两个组分的组成点Ｅ，A%＝50%/(50%+20%)=71.4%，即B%＝28.6%,在相图中画出两个组分的所在直线ＥＦ平行于ＡＣ；同样在ＢＣ线上确定两个组分的组成点Ｍ，B%＝40%，C%＝60%，画出两个组分的所在直线ＭＮ平行于ＡＢ，两条直线相交的点即为Ｐ点。
一种可推广的三组分液—液平衡相图测绘实验体系
一种可推广的三组分液—液平衡相图测绘实验体系作者：王晓琴赵树英俞英俞欣来源：《大学教育》2019年第01期[摘要]通过对三组分体系液—液平衡相图测绘实验进行长期大量的探索研究，发现有机试剂正己醇可与乙醇、水组成理想的三组分液—液平衡体系，该实验体系所得数据绘图效果良好。
同时，正己醇具有毒性低、气味刺激性小、微溶于水的特点，它的应用降低了实验试剂对师生的健康危害，实验室的环境污染得到有效控制。
在实验过程中选用质量量取法，步骤简单，操作方便，数据处理简洁。
该实验可作为成熟的教学或学生兴趣实验推广应用。
[关键词]三组分；平衡相图；物理化学；正己醇[中图分类号] G642.423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）01-0090-03在以往的大学化学实验教学中，三组分液—液平衡相图测绘实验曾采用过多种平衡体系，例如苯—乙醇—水[1， 2]、甲苯—乙醇—水[3]、苯—乙酸—水[4]、乙酸正丁酯—乙醇—水[5]以及三氯甲烷—乙酸—水[6]平衡体系等。
这些实验体系在教学过程中或多或少存在着某些方面的问题，例如苯与甲苯试剂毒性大、易挥发、有致癌性，不利于实验师生身心健康；乙酸正丁酯在体积量取法中对聚四氟酸滴管旋塞溶解损毁严重，实验成本较高；三氯甲烷有麻醉作用，光照下易被空气中的氧气氧化成剧毒光气；等等，亟待实验室工作人员做出进一步改进。
为降低实验成本，减少环境污染，向在校本科生贯彻落实绿色化学理念，本实验室通过大量探索研究，确定出一种新的可实施的三组分体系——正己醇—乙醇—水实验体系。
该体系所选试剂正己醇在GB 2760-86[7]、GB 2760–2007[8]中被规定为允许使用的食用香料，广泛应用于食品、酒类[9， 10]、食物保鲜储运[11-13]等工业，同时它还天然存在于各类药材[14， 15]与水果[16， 17]蔬菜[18]中。
正己醇具有毒性低、刺激性气味小的特点，可有效替代其他毒性有机试剂，它不但会减少对实验人员的健康危害，还降低了实验室的环境污染，符合教学实验的绿色化要求。
实验一、三组分液-液体系相图的绘制
用移液管移取上层（苯层）2.00ml，放入100ml三角 瓶中，加入25ml蒸馏水和1滴酚酞指示液，用标准 碱液滴定，记录所用碱液体积。重复测定二次。
在一些体系中由于分子的离解或缔合，溶质在不同 溶剂中质点的平均大小不同，如在溶剂A中的质点
比在溶剂B中小一半，则分配定律表述为：
K CA C1/ 2
B
– 为了判断苯甲酸在水中有无缔合现象，假定其 缔合度为n，则分配定律为：
K CA n CB
则 lgK=lgCA-lgCB
如测得一系列的CA、CB，后用lgCA对lgCB作图，
一级反应的速率方程可由下式表示
dc kc dt
积分可得：
1nc=-kt+1nc0
(1)
（2）
当C=
பைடு நூலகம்
1 2
C0时，时间t可用t1/2表示，即为半衰期：
t1/ 2
1n2 K
0.693 K
(3)
但蔗糖及其转化产物具有旋光性，而且它们的旋光能力不同， 故可以利用系统在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。
实验三、 旋光法测定蔗糖转化反 应的速率常数
【目的要求】
1．测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 2．了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。 3．了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪正确使用方法。
【基本原理】
蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，其反应为：
它是一个二级反应的速率很慢，通常需要H+离子作用下进行。由 于它是一个二级反应时水量存在的，尽管有部分水参加了反应， 仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催 化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作一级反应。
试验七十六三组分液
一、实验目的
（1）熟悉相律，掌握用三角形坐标表示三组分体 系相图； （2）掌握用溶解度法绘制相图的基本原理； （3）绘制环己烷-水-乙醇三组分体系的平衡相图。
二、实验原理
1、基本概念 相平衡 是热力学在化学领域中的重要应用之一。 研究相平衡在化学、化工的科研和生产中有重要的 意义，例如：溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯及 金相分析等方面都要用到相平衡的知识。 相图 描述系统的状态如何随温度、压力、组成 等强度性质变化而变化的图形。 相 系统内部物理和化学性质完全均匀的部分称 为一个“相”。相与相之间在指定条件下有明显 的界面，在界面上热力学性质的改变是飞跃式的， 即热力学性质是间断的。
A% = a′= a B% = b′= b C% = c′= c a+b+c＝AB
a ' a '' A% '' ' c c C% 常数
杠杆规则 WE DO WD EO
3、绘制三组分液-液体系溶解度曲线及连接线的基本原理
2019/4/5
WE FG WG EF
三、实验仪器与试剂
1、仪器
2、等边三角形坐标表示法
A
(4) 由三个三组分系统D， E，F混合而成的新系统的 物系点，落在这三点组成 三角形的重心位置，即H 点。 先用杠杆规则求出D， E混合后新系统的物系点 G
B
wB
D
G
E
H
F
wA
wC
C
再用杠杆规则求G，F混合后的新系统物系点 H，H 即为DEF的重心。
2、等边三角形坐标表示法
(5) 设S为三组分系统
wB
D
A
当S中析出A组分，剩余 液相组成沿AS延长线变化， 设到达b 。 析出A的质量可以用杠 杆规则求算：
环己烷-水-乙醇三元液系相图测定实验
环己烷-水-乙醇三元液系相图测定实验
环己烷-水-乙醇是一个常见的三元液体系统，可以通过实验测定其相图。
以下是一种可能的实验方法：
材料和设备：
1. 环己烷
2. 水
3. 乙醇
4. 温度控制设备（例如温水浴）
5. 称量器具
6. 试管和试管架
7. 可见光光度计
实验步骤：
1. 准备不同浓度的环己烷-水-乙醇混合液。
可以选择在环己烷和乙醇之间保持一定的摩尔分数差异，然后逐步添加水来制备不同浓度的混合液。
2. 在一个试管中准确称量一定质量的环己烷，然后添加一定质量的乙醇和水。
3. 将试管放入温水浴中并搅拌使混合液均匀。
记录温度。
4. 当混合液达到平衡时，观察到液体分成两相或三相。
5. 当混合液出现相变时，记录下相变温度和组分浓度。
6. 重复步骤2至5以获得更多数据点。
7. 将实验测得的数据进行整理和分析。
8. 绘制环己烷-水-乙醇三元液系的相图，其中横轴表示乙醇的
浓度，纵轴表示温度，不同的相区域用不同的符号或颜色表示。
注意事项：
1. 在实验中要注意安全，避免有害物质的接触和吸入。
2. 确保搅拌均匀以达到平衡状态。
3. 记录数据时要准确，可以多次测量以提高精确度。
4. 需要控制实验条件，如温度、压力和混合液的摇动力度等，以确保实验结果的可重复性。
实验一、三组分液-液体系相图的绘制
• 用移液管移取上层（苯层）2.00ml，放入100ml三 角瓶中，加入25ml蒸馏水和1滴酚酞指示液，用标 准碱液滴定，记录所用碱液体积。重复测定二次。
2021/3/11
1
【原理】
– 三组分体系组分数K=3,如果体系处于恒温恒压状态， 按照相律，体系的自由度f＝3－Ф，式中Ф为体系中的 相数。当体系为均相时，自由度f＝2，因此恒温恒压下 三组分体系中浓度独立变量最多只有2个。这样就可用 平面图形来表示体系的状态和组成的关系。
– 通常用等边三角形来表示三组分体系中各组分的组成。 三角形的3个顶点分别代表纯组分A、B和C，三条边AB、 BC、CA分别代表A和B、B和C、C和A所组成的二组分 体系的组成，而三角形内任何一点表示三组分体系的 组成。
与反应物浓度c呈线性关系，即
C
（4）
式中比例常数β与物质旋光能力、样品管长度、温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量、比旋光度用下式表示：
2021/3/11
2D0
100
1,CA
（5）
16
式中
20 D
右上角的“20”表示实验时温度20℃，D是指用钠灯光源D线的波长
（即589nm）,
为测得的旋光度[°]，1为管长度（dm）,CA为浓度
– 试剂 纯苯，无水乙醇，蒸馏水。
2021/3/11
3
【实验步骤】
– ⒈互溶度曲线的测定
• ⑴用移液管移取4.00ml苯，放入干燥洁净的250ml三角 烧瓶中，加入0.10ml水，然后用滴定管滴加乙醇，并 不断振荡，当液体由浊变清时，记录加入乙醇的量。再 在上述三角烧瓶中依次分别加入0.25ml、0.50ml、 1.00ml、2.00ml、3.00ml、4.00m水，重复上述操作。
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【目的要求】
– ⑴学习测绘恒温恒压下苯－水－乙醇三组分体系的相图 – ⑵掌握用等边三角形绘制三组分体系相图的方法
【原理】
– 三组分体系组分数K=3,如果体系处于恒温恒压状态， 按照相律，体系的自由度f＝3－Ф，式中Ф为体系中的 相数。当体系为均相时，自由度f＝2，因此恒温恒压下 三组分体系中浓度独立变量最多只有2个。这样就可用 平面图形来表示体系的状态和组成的关系。
＝ 1 (7-69)
L
【实验步骤】
（1） 测定毛细管常数K.
将蒸馏水装于带支管的毛细管，使毛细管 的端面与液面相切，打开滴液漏斗的活塞， 使水缓慢滴下而降低系统的压力，气泡均匀 逸出，读取U形压力计两臂最大高度差。
（2）测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力
配制浓度分别为0.02，0.05，0.10，0.15， 0.20，0.25，0.30，0.35，0.50mol.L-1 正丁 醇溶液各50ml。按（1）步骤测定表面张力。
实验三、 旋光法测定蔗糖转化反应 的速率常数
【目的要求】
1．测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 2．了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。 3．了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪正确使用方法。
【基本原理】
蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，其反应为：
它是一个二级反应的速率很慢，通常需要H+离子作用下进行。由 于它是一个二级反应时水量存在的，尽管有部分水参加了反应， 仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催 化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作一级反应。
【实验原理】
（1）溶液的界面吸附
纯液体和其蒸气组成的体系
体相分子：自由移动不消耗功 g
表面分子：
液体有自动收缩表面
l
而呈球形的趋势。
γ
G A
(J m2 )
T ,P ,nB
比表面自由能（表面张力）
溶液： 体系可调节溶质在表面相的浓度来降低 表面自由能。
表面吸附:表面层与体相浓度不相同的现象。
将待测液体装于表面张力仪，使毛细管的端面 与液面相切。
打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴下而降低系 统的压力，毛细管内的液面上受到一个比样品管内 的液面上稍大的压力。
当压力差在毛细管端面上产生的作用稍大于毛 细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口被压 出，这个最大的压力差可由U型管压力计上读出。
毛细管端口形成的半球形气泡承受的最大压力差
在一些体系中由于分子的离解或缔合，溶质在不同 溶剂中质点的平均大小不同，如在溶剂A中的质点 比在溶剂B中小一半，则分配定律表述为：
K
CA C1/ 2
B
– 为了判断苯甲酸在水中有无缔合现象，假定其 缔合度为n，则分配定律为：
K CA n CB
则 lgK=lgCA-lgCB
如测得一系列的CA、CB，后用lgCA对lgCB作图，
测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液 中可含旋光物质的旋光能力、溶剂性质，样品管长度及温度等 均有关系。当其它条件均固定时，旋光度
与反应物浓度c呈线性关系，即
C
（4）
式中比例常数β与物质旋光能力、样品管长度、温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量、比旋光度用下式表示：
20 D
【数据记录和处理】
(1) 记录实验温度，大气压，以及蒸馏水和不 同浓度正丁醇溶液的的△h。
(2) 按式（7-66）计算毛细管常数K。不同温度 下纯水的表面张力见附录14。
(3) 按式（7-66）计算不同浓度正丁醇溶液的 表面张力。
(4)作 ～c/c曲线，在曲线上分别取c / c为0.03，
0.05，0.10，0.15，0.20，0.30，0.40的点作
100
1, C A
（5）
式中
20 D
右上角的“20”表示实验时温度20℃，D是指用钠灯光源D线的波长
（即589nm）,
为测得的旋光度[°]，1为管长度（dm）,CA为浓度
（g/100ml）。
作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度
20 D
=66.63°；生成物中葡萄也是右旋性物
质，其比旋光度
20
D =52.5°,但果糖是左旋性物质，基比旋光度
20 D
=-91.9°。由于生成
物中果糖的左旋性比葡萄右旋性大，所以生成物呈现在左旋性质。因此随着反应的
进行，系统的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，系统的旋光度可恰好等于零，而
后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值
设系统最初的旋光度为:
实验二、 分配系数的测定
【目的要求】
– 掌握分配定律及其应用。 – 测定苯甲酸在苯和水中的分配系数，并判断其
在水中有无缔合现象。 – 了解分配系数的测定方法。
• 【原理】
– 在一定温度和压力下，将一溶质溶解在两种不互溶的 溶剂中，则溶质往往同时分配地溶入这两种溶剂中。 如果溶质在两种溶剂中分子大小相同，且浓度不大， 那么达到平衡时，溶质在两种溶剂中的浓度比值等于 常数，这就是分配定律： K CA CB 式中CA、CB为溶质在A、B溶剂中的浓度，K为分 配系数。
由直线的斜率和截距即可分别计算出分配系数K， 缔合度n。
【实验步骤】
• 取5个洗净的150ml碘量瓶，标明号码，分别加入约 0.6g，0.8g，1.0g，1.2g，1.4g苯甲酸，用量筒分 别加入25ml苯和25ml蒸馏水，盖好塞子，振摇半小 时，使两相充分混合接触。
• 将1号试样转移至分液漏斗中，静置分层。
【实验目的】
• 用黏度法测定聚丙烯酰胺的平均摩 尔质量
2.反应中旋光系统t 的测定
移取25ml蔗糖溶液于干净的锥形瓶中,再移取25ml、3mol·dm-3HC1往蔗糖溶液中注 入，当HC1液流出一半时立即记时（作为起始时间），全加入后将其混合均匀，迅速 用反应液荡洗旋光管两次，然后将反应液注满旋光管，盖上玻璃片，注意匆使管存有 气泡，旋紧帽后放置在旋光计中测定旋光系统t。此后每隔5分钟测一次t，测出两个 负值为止。
3. 的测定
测定后，将管内溶液倒回原锥形瓶内，待24小时后再测，也可将溶液放入333.15K 的水溶槽中（不可高于338.15K），并保温30分钟取出，待冷后测。
实验温度：
【记录】
-
0.8mol·dm-3蔗糖 +3mol·dm-3HC1
t（分）
t
lg( t- )
【数据处理】
1．以1g( t - )对t作图，证明是否一级反应，并由直线斜率求出反应速度常数K。
2．由上述直线外推至t = 0，求得1g( t - )，再代入式（11）中计算K值。
3．求出反应的半衰期。
实验四、最大气泡压力法测定溶 液表面张力
【实验目的】
➢测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，考察吸 附量与浓度的关系。
➢了解表面张力、表面自由能的意义以及与溶液 界面吸附的关系。
➢掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技 术，由Gibbs公式用图解法求算不同浓度溶液的 界面吸附量。
【仪器、试剂】
– 仪器 25ml酸式滴定管1个，1ml移液管2个， 5ml刻度移液管1个，2ml、10ml、20ml、25ml 移液管各1个，250ml三角瓶2个。
– 试剂 纯苯，无水乙醇，蒸馏水。
【实验步骤】
– ⒈互溶度曲线的测定
• ⑴用移液管移取4.00ml苯，放入干燥洁净的250ml三角 烧瓶中，加入0.10ml水，然后用滴定管滴加乙醇，并 不断振荡，当液体由浊变清时，记录加入乙醇的量。再 在上述三角烧瓶中依次分别加入0.25ml、0.50ml、 1.00ml、2.00ml、3.00ml、4.00m水，重复上述操作。
p gh 2
r
U形示压计两端汞柱
毛细管曲率半径
的高度差
若用同一支毛细管和压力计，在相同温度下测 定两种液体的表面张力，有
1 h1 0 h0
1
h1 h0
0
K h1
毛细管常数
（3）求正丁醇的分子截面积
饱和吸附量
1
kc kc
1 c 1
k
作
c
～c图，由直线斜率求
(7-68)
求正丁醇分子截面积
• ⑵用移液管移取0.80ml苯，放入另一干洁的250ml三角 瓶中，加入10.00ml水，然后滴加乙醇，使成一相。以 后再依次加入10.00ml、10.00ml、20.00ml、25.00ml 水，重复上述操作，并记录每次滴加乙醇的量。
– ⒉数据记录及处理
• ⑴将测得的数据按表1的格式记录。
• ⑵假设三组分混合后不发生体积变化，计算在滴定 至终点均匀一相时，各组分的体积百分比。
0 反C0 （t=0,蔗糖尚未转化）
（6）
系统最终的旋光度为:
生C0 蔗糖已转化完全）
当时间为t时，蔗糖浓度为C，此时旋光度为α，即
（7）
t 反C 生 (C0 C)
由（6）、（7）和（8）联立可解得：
C0
0 反 生
0
（8） （9）
C0
0 反 生
t
（10）
将（9）、（10）代入（2）式即得
恒温下的Gibbs吸附方程：
a ( ) 溶质的表面吸附量[mol·m－2]
RT a T
溶液活度
c / cθ RT
(
c / cθ
) T
(7-64)
>0，正吸附,溶液表面张力降低：表面活性物质 <0，负吸附, 溶液表面张力升高: 非表面活性物质 浓度达一定值，溶液界面形成饱和单分子层吸附 （2）最大气泡压力法测定表面张力的原理
– 通常用等边三角形来表示三组分体系中各组分的组成。 三角形的3个顶点分别代表纯组分A、B和C，三条边AB、 BC、CA分别代表A和B、B和C、C和A所组成的二组分 体系的组成，而三角形内任何一点表示三组分体系的 组成。