第4 5 节：二组分理想液态混合物的气液平衡相图分析
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二组分气液平衡相图实验报告引言：二组分气液平衡相图是研究物质在不同温度和压力下的相变行为的重要工具。
通过实验测定不同温度和压力下的液相和气相的组成，可以绘制出相图，从而了解物质的相变规律和性质。
本实验旨在通过测定乙醇-水体系在不同温度和压力下的液相和气相的组成，绘制出其气液平衡相图，并分析其相变行为。
实验方法：1. 实验装置本实验使用了一个恒温水浴槽、一个压力计、一个分液漏斗和一个收集气体的烧瓶。
2. 实验步骤首先，将一定量的乙醇和水混合，并在分液漏斗中搅拌均匀。
然后，将混合物倒入烧瓶中，并将烧瓶放入恒温水浴槽中。
调节水浴槽的温度，并记录下温度和压力的数值。
随后，打开分液漏斗的阀门，使烧瓶内的气体逐渐释放出来，并收集在烧瓶中。
当压力稳定时，关闭分液漏斗的阀门，并记录下此时的压力和收集到的气体体积。
重复以上步骤，在不同的温度和压力下进行实验。
实验结果：根据实验数据，我们绘制出了乙醇-水体系的气液平衡相图。
图中横轴表示乙醇的摩尔分数，纵轴表示温度。
根据实验数据的拟合结果，我们得到了相图中的液相区域和气相区域的边界曲线。
通过观察相图，我们可以得出以下几个结论：1. 乙醇和水的气液平衡相图呈现出正常的升华曲线。
随着温度的升高，乙醇的溶解度逐渐减小，直至达到升华温度，乙醇开始升华为气体。
2. 在相图中，液相区域和气相区域之间存在一个临界点。
在临界点以上的温度和压力条件下，液相和气相之间不存在明显的界限，物质呈现出超临界流体的性质。
3. 相图中的等温线和等压线的斜率不同，表明温度和压力对相变行为的影响不同。
温度对相变的影响较大，而压力的影响较小。
讨论与结论：通过本实验，我们成功测定了乙醇-水体系在不同温度和压力下的液相和气相的组成，并绘制出了相应的气液平衡相图。
通过对相图的分析，我们了解到乙醇和水的相变行为和性质。
此外，我们还发现了温度和压力对相变行为的影响差异，并得出了一些结论。
物化实验报告_双液系的气液平衡相图辩析
1.1实验目的
1．用沸点仪测定在常压下环已烷—乙醇的气液平衡相图。
2．掌握阿贝折射仪的使用方法。
1.2实验原理
将两种挥发性液体混合，若该二组分的蒸气压不同，则溶液的组成与其平衡气相的组成
不同。在压力保持一定，二组分系统气液达到平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时组成
关系的相图，称为沸点和组成(T-x)图。沸点和组成(T-x)的关系有下列三种：(1)理想液体混
3）取样后的滴管不能倒置。
4）取气相冷凝液的同时，停止加热。待被测液相溶液冷却后测其折射率。
5）使用阿贝折射仪时，棱镜行不能触及硬物（特别是滴管）。棱镜上加入被测溶液后立
即关闭镜头。实验中必须使用同一台阿贝折射仪。
6）实验过程中必须在沸点仪的冷凝管中通入冷却水，使气相全部冷凝。
3结果与讨论
3.1原始实验数据
2.药品
环己烷（分析纯；20℃时密度：0.778-0.779g/ml；Mr=84.16）、
无水乙醇（分析纯；20℃时密度：0.789-0.791g/ml；Mr=46.07)
各种浓度的环已烷—乙醇混合溶液。
2.2实验条件
表1实验条件记录
实验前温度实验前大气压实验前空实验后温度实验后大气压实验后空
（℃）气湿度（℃）气湿度
（kPa）（kPa）
17.8102.7835%19.1102.7935%
2.3实验操作步骤及方法要点
1．测定溶液的折射率
用阿贝折射仪测定环己烷、无水乙醇以及由环已烷—乙醇组成的标准溶液的折射率，作
折射率对组成的工作曲线。折射仪使用方法见仪器5。
2．检查待测样品的浓度
在通电加热之前，检查沸点仪内的待测样品的浓度是否合适。若浓度不符合要求，则加
ch6.3二组分理想液态混合物的气液平衡相图
T /K
* TA
g
C
定压
T1
D
E
g-l
* TB
x1
l
xB
x2
B
A
xB
(1)T-x图可通过计算获得
101.325kPa p (t )(1 x B ) p (t ) x B
* A * B
* * p* ( t ) ( p ( t ) p A B A ( t ))x B
t
tA t2 t1
p=const. b L2 L1 G2 l+g
g
101.325kPa p* A (t ) xB * p* ( t ) p B A (t )
B
* pA
pA pA (1 xB )
A
xB
B
由右图可知: ①理想液态混合物的蒸气总 压总是介于两纯液体的饱和 蒸气压之间，即 pA p pB ②p - x 线表示系统压力(即蒸 气总压)与其液态组成之间的 关系，称为液相线。
p / Pa
T 常数
p pA pB
1 B
强调一点：在结线上不同的任意两个物系点
1) 2) 3) 两个物系总组成不同； 两个物系，气液两相的相对数量不同； 但两个物系，平衡压力，两相组成均相同。
2. 温度-组成图
亦为沸点-组成图,恒定压力下表示二组分系统气 -液平衡时的温度与组成关系的相图，叫做温度-组成 图。 外压为大气压力，当溶液的蒸气压等于外压时， 溶液沸腾，这时的温度称为沸点。 某组成的蒸气压越高，其沸点越低，反之亦然。 T-x图在讨论蒸馏时十分有用，因为蒸馏通常在等 压下进行。
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
6-4相平衡-二组分理想液态混合物气液平衡相图
p* A3
p* As
p* B3
p* Bs
x B3 1.0
y B 3 1.0
3.绘图： T—XB线(紫）T—YB线(红)
§6-3二组分理想液态混合物气液平衡相图
四、温度——组成图（T—X图）分析 1.相图静分析：坐标、区、线、点 坐标：T，XB（YB） 区: 下线下边(浅蓝色区)
P=1、液相、F=2 上线上边(灰色区)
第六章 相平衡
§6-！本章基本要求 §6-1 相平衡系统基本概念 §6-2 单组分相平衡 §6-3二组分理想液态混合物气液平衡相图 §6-4二组分真实液态混合物液态完全互溶系统气液平衡相图 *§6-5 精镏原理 §6-6二组分液态部分互溶及完全不互溶系统气液平衡相图 §6-7二组分无中间化合物的凝聚系统相图 §6-8二组分有中间化合物的凝聚系统相图 *§6-9三组分系统相图简介 §6-$本章小结与学习指导
（上册）
第六章就先讲到这里 下节课再见！
LM G
§6-3二组分理想液态混合物气液平衡相图
二、压力——组成图（p—x图）分析 2.相图动分析： 压力不变往液体A中
加入B气体 组成不变改变压力
§6-3二组分理想液态混合物气液平衡相图
三、杠杆规则（物料衡算）
对二组分2相系统（如左下图气液2相）：
中间M点称为系统点
L
M点组成XM,B称为系统组成
§6-3二组分理想液态混合物气液平衡相图
前面课程我们讲述了二组份系统的特征 1.描述二组分系统需要的三个独立变量，可以用三维坐标系表
示二组分系统相平衡 。 2.二组分系统若固定一个变量，就可以用二维坐标系表示相平
衡。 3主要讨论：确定温条件下的压力—组成图，确定压条件下的温
物理化学课件二组分相图相图
* A A
气相线（p~y图） 将气相线与液相线画在同一张图上得：
6
系统点
p
相点
t 一定
l (A+B) M
L
G
• 系统点: 表示系统总状态 p (总组成)的点(例如M点); 结线 • 相点:表示各个相的状态的 点( 只有一个相时,系统点 就是相点) (例如L、G点).
* B
* pA
g (A+B)
• 结线: 两个平衡相点的连 结线。 相点
0.18 l A+B)
气相线
g(A+B)
0.12
0.06 g (A+B) 0.2 0.4 xB 0.6 0.8 1.0 B
p
* A
0.0 A
•H2O(A) - C3H6O (B)系统的压力-组成图
20
具有最大正偏差系统的压力-组成图 液相线和气相线在最高点处相切
1. 0 60 50
t =35 ℃
l L G
* f AB < f AA * f AB < f BB
•若纯组分有缔合作用, 在形成混合物后发生离解, 因分子数 增多而产生正偏差.
•混合时常有吸热及体积增大现象. 关于负偏差: •若两组分分子间的吸引力大于各纯组分分子间吸引力, 形成 混合物后, 分子就较难逸出液面而产生负偏差. * * f AB > f AA f AB > f BB
•若形成混合物后分子发生缔合, 因分子数减少而产生负偏差.
•混合时常有放热及体积缩小现象.
19
②. 压力-组成图
一般正偏差和一般负偏 差系统的压力-组成图 与理想系统的主要 差别是液相线不是直 线. 如: 统. 水和丙酮系
实验2 dyl双液相图
物理化学实验备课材料实验二完全互溶两组分液态混合物的气液平衡相图一、基本介绍相平衡属于物理化学的重要教学内容，其中气液平衡是最常见，同时也是讨论最多的内容之一。
理想的二组分体系在全部浓度范围内符合拉乌尔定律。
结构相似、性质相近的组分之间可以形成近似的理想体系，此时体系的沸点组成图（T －x图）如下图1a所示。
大多数情况下为非理想体系，这时在反映体系沸点与组成关系的T－x图上将出现或正或负的偏差，当这一偏差足够大时，T－x曲线上将出现极低点(对拉乌尔定律产生极大正偏差，如下图1b所示)或极高点(对拉乌尔定律产生极大负偏差，如下图1c所示)。
出现极大点的体系常见的有：乙酸异戊酯—四氯乙烷；丙酮－氯仿；水—盐酸；水—硝酸等。
出现极小点的体系常见的有：四氯化碳—乙酸乙酯；甲醇—苯；正丙醇—水；异丙醇—环己烷，乙醇—水等。
这种最高和最低沸点称为恒沸点，所对应的溶液称为恒沸混合物。
注意，恒沸混合物不是一种物质，而是一种具有特定组成的混合物。
在恒沸点是气液两相的组成一致。
恒沸混合物的组成由温度或压力中的一个所确定，即指定温度，压力及组成由体系自定，不能改变。
图1 两组分体系的等压T－x图根据相平衡原理，对二组分体系，当压力恒定时．在气液平衡两相区，体系的自由度为1。
若温度一定．则气液两相的组成也随之而定，反之亦然。
当原溶液组成一定时，根据杠杆原理，两相的相对量也一定。
反之，实验中利用回流的方法保持气液两相的相对量一定，则体系的平衡温度也随之而定。
沸点测定仪就是根据这一原理设计的。
二、实验目的1、用沸点测定仪测定常压下不同组成的正丙醇—水体系的沸点，绘制该体系的T－x图。
2、掌握沸点测定方法。
阿贝折射仪1-反光镜；2-棱镜座转轴；3-遮光板；4-温度计；5-进光棱镜座；6-色散调节手轮； 7-色散刻度图；8-目镜；9-盖板10-手轮；11-折射棱镜；12-照明刻度盘聚光镜；13-温度计座3、进一步掌握阿贝折射仪的测量原理及操作方法。
22二组分理想混合物的气液平衡相图
22 二组分理想混合物的气液平衡相图鉴于理想液体混合物中的组分都遵守Raoult 定律，压力较低时气相混合物中的组分都服从Dalton 分压定律，故这种混合物的气液平衡相图是惟一可通过计算得到的，它是各种实际气液平衡相图研究的基础。
本专题便来介绍这种模型混合物的气液平衡相图，并引出杠杆规则等重要的概念。
1. 相律分析对于一个二组分气液平衡系统，若两个组分间没有化学反应，也没有其他独立的限制条件，则由相律可得系统的自由度为：πππ-=--+-='--+-=400222R R K F（22-1）由于系统至少有一个相，自由度最多等于3。
这就是说，要构作二组分气液平衡相图需要三个坐标，是一个T 、p 、B x 或B y 的三维立体图。
然而，为了简单和易读，人们常常使其中一个强度性质保持不变，而去表示其它两者的关系，从而将立体相图变成两个平面相图。
例如，在T 保持不变的条件下，构作B x 或B y 与p 的关系图，此图称为恒温相图。
或者，也可在保持p 不变的条件下，构作B x 或B y 与T 的关系图，此图称为恒压相图。
因此，所有二组分气液平衡系统，都可有两个平面相图。
2. 恒温相图专题17已述，理想混合物中的所有组分，在任意温度和压力下，都遵守Raoult 定律。
如果气液平衡时气相压力较低，则可得总压B *B B *A B A )1(x p x p p p p +-=+= （22-2）*A *B *A B p p p p x --= （22-3）式（22-3）便是液相组成B x 与压力p 的关系式。
式中*A p 、*B p 分别为两个纯组分的饱和蒸气压，对于确定的系统，在指定的温度下是两个常数。
不难看出，式（22-2）是一个线性关系，在图22-1所示的恒温相图中，是一条直线（如实线所示），它称为液相线。
假定蒸气可视为理想气体，则组分的蒸气分压服从Dalton 分压定律：B *B B B x p p p p y == （22-4）将式（22-3）代入式（22-4），可得)()(*A *B *A *B B p p p p p p y --= （22-5）式（22-5）便是气相组成B y 与压力p 的关系式。
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
物理化学第五章相平衡
二组分真实液态混合物的气－液平衡相图
(2)正偏差在p-x图上有最高点
由于A，B二组分对拉乌尔定律的正偏差很大，在p-x图上形成最高点，如左图。
在p-x图上有最高点者，在T-x图上就有最低点，这最低点称为最低恒沸点（minimum azeotropic point）
计算出对应的气相的组成，分别画出p-x(y)和T-x(y)图，如(b)，(c)所示。
在p-x图上有最低点，在T-x图上就有最高点，这最高点称为最高恒沸点（maximum azeotropic point）
计算出对应的气相组成，分别画出p-x(y)图和T-x(y)图。如图(b)，(c)所示。
*
二组分真实液态混合物的气－液平衡相图
*
二组分真实液态混合物的气－液平衡相图
对于 体系，若乙醇的含量小于95.57，无论如何精馏，都得不到无水乙醇。只有加入 ，分子筛等吸水剂，使乙醇含量超过95.57，再精馏可得无水乙醇。
*
二组分真实液态混合物的气－液平衡相图
（3）负偏差在p-x图上有最低点
由于A，B二组分对拉乌尔定律的负偏差很大，在p-x图上形成最低点，如图(a)所示。
*
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
l(A+B)
g(A+B)
C6H5CH3(A)
C6H6(B)
xB
yB
t/℃
140
120
80
100
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
y5,B
y3 ,B
y2 ,B
y4 ,B
y1 ,B
xB
x5 ,B
x4 ,B
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）
ch6.3二组分理想液态混合物的气液平衡相图解析
二组分系统的相律分析
•根据相律 F = C - P + 2 = 4 - P
•F最大= 3 即最多可以有三个独立变量， 这三个变量通常是T，p 和组成 x
•P最大= 4 即最多可以四相平衡共存
•通常研究方法 •固定一个变量，用二维坐标描述使图形简单易用。 ( )T ( )P ( )x
两个纯液体可按任意比例互溶，每个组分都服从拉乌尔定律， 这样组成了理想的完全互溶双液系，或称为理想的液体混合物
(1)T-x图可通过计算获得
101.325kPa p (t )(1 x B ) p (t ) x B
* A * B
* * p* ( t ) ( p ( t ) p A B A ( t ))x B
pB pB xB
* pB
p
* A
pA pA (1 xB )
A
xB
B
∵T=常数，且系统达到气液平衡时，自由度数F= 1， 表明压力和组成中只有一个为变量，若选液相组成xB 为独立变量，即 p = f(xB)，且yB = f(xB)
(2) p-x-y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。 • yA 和 yB的求法如下：
PB PB xB yB ; P P
y A 1 yB
P ( PB PA ) xB PA
xA ，就可把各液相组成对应的气相组 xB 或 成求出，画在 p-x 图上就得 p-x-y 图。
* p pB A 已知 ， ，
*
yB p x / p
* B B
p p p
y=f(p)
0 A
xL
xM xB
xG
物理化学(第五版) 演示文稿4-5 理想液态混合物和溶液的相平衡
解: 以100g混合物为计算基准
mFe
xFe
M Fe
mFe M Fe
mMn M Mn
99.00 / 55.85 99.00 1.00 55.85 54.93
0.9898
x(Fe)=0.9898； x(Mn)=0.0102 p(Fe)=p*Fe x(Fe)=133.3Pa 0.99=132Pa p(Mn)=p*Mn x(Mn)=101325Pa0.0102=1033Pa p = p(Fe) + p(Mn)=1165Pa y(Fe)=p(Fe)/p=132Pa/1165Pa=0.113 y(Mn) =1-0.113 = 0.887
T
b
T
b
T
b
T
b
当溶液很稀时， -lnxA= -ln(1-xB) xB ，
而且当 Tb与Tb* 相差不大时， TbTb* Tb* 2
又令 Tb = Tb – Tb* , 则：
xB
vap H m ,A R(Tb* )2
Tb
对于稀溶液：
xB = nB / nA= nBMA / mA = bBMA
RT ln
pA* p
A
A (g) A
RT ln
pA p
* A
A
半透膜
pA* pA
* A
A
称为渗透压，阻止水分子渗透必须外加的最小压力。
若外加压力大于渗透压，水分子向纯水方渗透，
称为反渗透，可用于海水淡化、污水处理等。
Π cBRT —范特荷夫公式
（仅适用于稀溶液）
诺贝尔化学奖
首位得主
van't Hoff (1852-1911) , 荷兰
A(g, T, p)
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
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。
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。
二组分理想液态混合物的气液平衡相图(共6张PPT)
• 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
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T、
• 4.2 压力-组成图
x、y之间关系
• 4.3 温度-组成图
气相线：表示液相蒸气总压与蒸气组 成关系的曲线
（1）气相线、液相线
液相线：表示液相蒸气总压与液相组
气相线—露点，露点线
成关系的曲线
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
液态混合物的差别
• 5.2 蒸气压-组成图
• 5.3 压力-组成图
§6.5 二组分真实液态混合物的气-液 液态混合物的差别 • 5.2 蒸气压-组成图
• 5.3 压力-组成图
• 5.4 温度-组成图
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=12+1=0
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压力-组成图
应用相图可以了解指 定系统在外界条件改变时 的相变化情况。 若在一个带活塞的导热 气缸中有总组成为xB(M) (简写为xM)的 A，B二组分 系统，将气缸置于100°C 恒温槽中。起始系统压力 pa，系统的状态点相当于 右图中的 a 点。 当压力缓慢降低时，系统 点沿恒组成线垂直向下移 动。在到达L1 前,一直是单 一的液相。 p t =const. a L2 L1 M b G3 g
0 A
l
pB
L3
pA
l+g G1 G2
xL
xM xG xB
1 B
C6H5CH3(A) - C6H6(B)
7
压力-组成图
到达L1后，液相开始蒸发， 最初形成的蒸气相的状态为 G1所示，系统进入平衡区。 在此区内，压力继续降 低，液相蒸发为蒸气。当系 统点为M点时，两相平衡的 液相点为L2，气相点为G2， 这两点均为相点。两个平衡 相点的连接线称为结线。 压力继续降低，系统点到 达G3时，液相全部蒸发为蒸 气，最后消失的一滴液相的 状态点为 L3 。 p
p=const. b
L2 L1 a l
0 A
g
tA
t2 t1
G2 l+g
G1 tB
C6H5CH3(A) - C6H6(B)
12
1 B
§6.2
杠杆规则（Lever rule）
讨论A，B二组分系统，气、液两相，C点代表了系 统总的组成和温度，称为物系点。 通过C点作平行于横坐标 的等温线，与液相和气相线 分别交于D点和E点。DE线 称为等温连结线（tie line）
n(l) CD n(g) CE
或
m(l) CD m(g) CE
可以用来计算两相的相 对量（总量未知）或绝对量 （总量已知）。
15
例题
例题: 2molA、7mol B 形成理想液态混合 物，在T1温度下达到 气液平衡时，气相A 的摩尔分数x2=0.65， 液相 A的摩尔分数 x1=0.15，求气液两相 物质的量各为多少？
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温度-组成图
• 系统点和相点的含义 同 P-x 图
• 与纯物质不同, 由于气化时 液相组成不断变化(剩余难 挥发组分愈来愈多), 相变温 度不断升高. 两相的相对量 按杠杆规则变化. • 泡点: 液相升温至开始起泡 沸腾的温度; 露点: 气相降 温至开始凝结的温度. 两点 之间为相变温度区间, 与系 统总组成有关.
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3.温度-组成图
总结 一般正偏差和一般负偏差的系统，和理想液 态混合物一样，混合物的沸点介于两个纯组分的 沸点之间。上面没有列出。 而最大正偏差或最大负偏差的系统，混合物 的沸点高于或低于两个纯组分的沸点。
28
第6节*：精馏原理
精馏: 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.
17
§6.5 二组分真实液态混合物的气-液平衡相图
• 蒸气压-液相组成图
• 压力-组成图 • 温度-组成图 • 小结
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1.蒸气压-液相组成图
一般正偏差的系统 如图所示，是对 拉乌尔定律发生正偏 差的情况，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。
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1.蒸气压 -液相组成图 1.蒸气压 -液相组成图
§6.4 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图
对于二组分系统，C=2，F=4–P。 P 至少为1，则 F最多为3。这三个变量通常是T，p 和组成 x。所以 要表示二组分系统状态图，需用三个坐标的立体图 表示。
保持一个变量为常量，从立体图上得到平面截面图。
（1） 保持温度不变，得 p-x 图 较常用
（2） 保持压力不变，得 T-x 图 常用
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。
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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?
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例题 例题
解： 设液相物质的量为n(l),气 相物质的量为n(g) ,系统物质的 总量为n，组成为xA,则： n = n(l) +n(g) =(2+7)mol=9mol xA=2/9
根据杠杆规则，有：
n(l) CD n(g) CE n(g)(x2 –xA)= n(l) (xA –x1) n(g)(0.65 –2/9)= n(l) (2/9 –0.15) 解得 n(l) =7.7 mol n(g) =1.3 mol
xB
pB p pA
pA
1.013 10 5 Pa 1.933 10 5 Pa 0.666 10 Pa - 1.933 10 Pa
5 5
0.726
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(2) 开始沸腾时第一个气泡的组成, 即上述溶液的平衡 气相组成, 设为yB, 则
pB xB pB 0.726 0.666 105 Pa yB 0.477 5 p p 1.013 10 Pa
4
压力-组成图
压力 p 与气相组成 yB 的关系: 可由式 p = pA* + (pB* pA* ) xB 和式 yB = pB*xB /p 联解 得到. 以 p 对 yB 作图, 即压力-组成图上的气相线.
• 79.7 ℃下苯和甲苯理想液态混合物系统的实测 压力-组成 数据
xB 0 0.1161 0.2271 0.3383 0.4532 0.5451 0.6344 0.7327 0.8243 0.9189 0.9565 1.000 yB 0 0.2530 0.4295 0.5667 0.6656 0.7574 0.8179 0.8782 0.9240 0.9672 0.9827 1.000 p / kPa 38.46 45.53 52.25 59.07 66.50 71.66 77.22 83.31 89.07 98.45 91.79 99.82
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.
同一层隔板上, 自 下而上的有较高温度的 气相与反方向的较低温 度的液相相遇. 通过热 交换,气相部分冷凝, 液 相则部分气化.
160 140 120 * tA 100 t/℃ y5 y4 y3 y2 y1 g l x
5
t5 t 4
t3
t2
t1
80
x4
* tB
x3
60 若混合系统存在恒 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 沸点, 则只能得到一个 C6H5CH3(A) C6H6(B) xB 纯组分和恒沸混合物. • 精馏分离原理 29 请大家思考，纯组分是A还是B呢？
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温度-组成图
若有状态为 a 的液态 混合物恒压升温， t1 是该 液相的泡点。液相线表示了 液相组成与泡点关系，所以 也叫泡点线。 若将状态为 b 的的蒸 气恒压降温，t2是该气相的 露点。气相线表示了气相组 成与露点的关系，所以气相 线也叫露点线。 液相 a 加热到泡点 t1 产生的气泡的状态点为 G1 点，气相 b 冷却至露点 t2 ，析出的液滴的状态点 为 L2 点。 t
（3） 保持组成不变，得 T-p 图 不常用。
1
压力-组成 (p-x) 图
设组分A和B形成理想液态混合物, 一定温度下达气液平衡. T一定 压力p与液相组成xB的关系: p A pA x A pA (1 xB ), pB pB xB g p
p pA pB pA (1 xB ) pB xB
l
a L1
t=const.
pB
L3
pA
L2
M
b G3
l+g G1 G2
g
0 A
xL
xM xG xB
1 B
C6H5CH3(A) - C6H6(B)
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2.-温度 -组成图 2. 温度 组成图 (T-x)图
T-x图 亦称为沸点-组成图。若外压为大气压力， 当溶液的蒸气压等于外压时，溶液沸腾，这时的 温度称为沸点。某组成的蒸气压越高，其沸点越 低，反之亦然。
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。
最大正偏差系统 蒸气压出现最 大值。
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1.蒸气压 -液相组成图 1.蒸气压 -液相组成图
一般负偏差系统 如图所示，是 对拉乌尔定律发生 负偏差的情况，虚 线为理论值，实线 为实验值。真实的 蒸气压小于理论计 算值。
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1.蒸气压 -液相组成图 1.蒸气压 -液相组成图