双液系相图
双液系相图实验报告
双液系相图实验报告二组分完全互溶双液系气-液平衡相图实验报课程名称：大学化学实验（P）指导老师：成绩：_______________实验名称：二组分完全互溶双液系气-液平衡相图实验类型：物性测试同组学生姓名：【实验目的】1. 学习测定气-液平衡数据及绘制二组分系统相图的方法，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，熟练掌握超级恒温超的使用和液体折射率的测定。
4. 了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。
【实验原理】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。
在一定外压下，纯液体的沸点有确定值，通常说的液体沸点指101.3kPa下的沸点。
对于完全互溶的混合物系统，沸点不仅与外压有关，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的关系可分为三类：（1）液态混合物的沸点介于两纯组分的沸点之间，如苯-甲苯系统；（2）液态混合物有沸点极大值，如丙酮-氯仿系统；（3）液态混合物有沸点极小值，如水-乙醇系统、苯-乙醇系统。
对于第（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。
第（2）、（3）类是由实际系统与拉乌尔定律产生严重偏差导致。
正偏差很大的系统，如第（3）类，在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时，如第（2）类，则会出现极大值。
相图中出现极致的那一点，称为恒沸点，恒沸点温度和组成都是非常重要的平衡数据。
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，如要获得两纯组分，则需采取其他方法。
液态混合物组成的分析是相平衡实验的关键。
组分分析常采用折射率法、密度法等物理方法和色谱分析法等。
本实验采用折射率法。
在一定温度下的折射率是物质的一个特征参数，液态混合物的折射率与组成有关，一般呈简单的函数关系。
双液系相图实验报告
双液系相图实验报告双液系相图实验报告一、引言相图是描述物质在不同温度和压力下的相态转变规律的图表。
双液系相图是指由两种液体组成的体系在不同条件下的相态变化关系。
本实验旨在通过观察双液系相图的实验结果，探究不同温度和组成对相态转变的影响。
二、实验方法1. 实验材料准备本实验使用的实验材料包括两种液体溶液A和溶液B，以及温度控制设备、试管和计时器等。
2. 实验步骤(1) 在试管中加入一定量的溶液A。
(2) 在另一个试管中加入一定量的溶液B。
(3) 将两个试管放入温度控制设备中，设定不同的温度。
(4) 观察两种液体在不同温度下的相态变化，记录实验结果。
(5) 重复以上步骤，改变溶液A和溶液B的组成，继续观察相态变化。
三、实验结果与讨论1. 温度对相态转变的影响在实验中，我们分别将溶液A和溶液B置于不同的温度下进行观察。
随着温度的升高，我们观察到了液体的相态变化。
在一定温度范围内，液体A和液体B 会发生混合，形成均匀的溶液。
而在高温下，两种液体会发生分层，形成两个不同的相。
2. 组成对相态转变的影响除了温度，溶液A和溶液B的组成也对相态转变有着重要影响。
当两种液体的组成不同时，相图会呈现出不同的形态。
我们通过改变溶液A和溶液B的比例，观察到了相图的变化。
在某些组成下，两种液体会形成共溶液，而在其他组成下则会形成两个不同的相。
3. 相图的应用相图在实际应用中有着广泛的用途。
例如，在药物制剂的研发中，相图可以帮助研究人员确定最佳的配方和工艺条件，以达到理想的药物稳定性和溶解性。
此外，相图还可以应用于材料科学领域，用于研究合金的相变规律和优化材料性能。
四、实验结论通过本实验的观察和分析，我们得出了以下结论：1. 温度是影响双液系相态转变的重要因素，随着温度的升高，液体的相态会发生变化。
2. 溶液A和溶液B的组成对相态转变也有重要影响，不同的组成会导致不同的相图形态。
3. 相图在药物制剂和材料科学等领域有着广泛的应用，可以帮助研究人员优化配方和改善材料性能。
双液系的气相平衡图
双液系的气液相平衡图1 引言在一定压力下，两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气液中两组分关系的相图，称为沸点-组成（T-x）相图。
本实验的目的是测定常压下环己烷-乙醇双液系的沸点-组成图，由于该双液系对拉乌尔定律有较大的正偏差，故相图大致如图1所示，可见，欲测定此图，需在气液平衡后同时测定溶液的沸点、气相和液相组成。
前者可由沸点仪实现，而后者可用折射仪及由不同浓度溶液得到的工作曲线测得。
图1 环己烷-乙醇双液系的沸点-组成相图2 实验操作2.1实验药品、仪器及测试装置示意图2.1.1 实验仪器自制沸点仪，阿贝折射仪，调压器，温度传感器，锥形瓶，分析天平（AR2140），5ml 及10ml吸量管，洗耳球2.1.2 实验药品环己烷，无水乙醇2.1.3 实验装置示意图图21.冷却水入口2.气相冷凝液储存小泡3.温度计4.喷嘴5.电热丝6.调压器2.2 实验条件温度：室温（具体数值未知）气压：未知湿度：未知2.3实验操作步骤及方法要点a.按下表配比配制不同浓度的环己烷-乙醇溶液，并在空瓶时m0、加入环己烷后m1、加入无水乙醇后m2（本实验先加入环己烷后加入无水乙醇）分别进行称量并记录。
注意：所用锥形瓶要事先干燥；由于浓度是根据称量的数值由两组分的质量进行计算，所以每次加入液体的体积不必太精确。
表1 环己烷-无水乙醇混合溶液配比b.根据所测得的质量，用公式ω=(m1-m0)/(m2-m0) 公式1计算环己烷的质量分数，其中ω指环己烷的质量分数。
c.用阿贝折射仪测定以上配好的不同浓度环己烷-乙醇溶液的折射率以及纯环己烷和无水乙醇的折射率，记录数据。
注意：每次测量折射率后，要将折射仪的棱镜打开，用洗耳球吹干，以备下次使用。
d.根据上一步测得的折射率，用线性拟合的方法做工作曲线，检查数据是否可靠，若不可靠应重复测量。
e.由于不同浓度的各样品已经事先装入沸点仪，所以直接选定一个浓度的样品，接通电源，加热样品。
实验七双液系气液平衡相图的测定
数据处理
1. 将实验中测得的折射率—组成数据列表，并绘制成 工作曲线。
2. 将实验中测得的沸点—折射率数据列表，并从工作 曲线上查得相应的组成，从而获得沸点与组成的关 系。
3. 绘制沸点—组成图，并标明最低恒沸点和组成。 4. 在精确的测定中，还要对温度计的外露水银柱进行
仪器操作
使用方法
3. 调光： 转动镜筒使之垂直，调节反射镜使入射光进入棱镜，
同时调节目镜的焦距，使目镜中十字线清晰明亮。调节消 色散补偿器使目镜中彩色光带消失。再调节读数螺旋，使 明暗的界面恰好同十字线交叉点处重合。这时镜筒的轴与 掠射光线平行。 4. 读数：
从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。常用的 阿贝折射仪可读至小数点后的第四位，为了使读数准确， 一般应将试样重复测量三次，每次相差不能超过0.0002， 然后取平均值。
仪器操作
注意事项
1.使用时要注意保护棱镜，清洗时只能用擦镜纸而不能用滤纸 等。加试样时不能将滴管口触及镜面。对于酸碱等腐蚀性液 体不得使用阿贝折射仪。
2.每次测定时，试样不可加得太多，一般只需加2～3滴即可。 3.要注意保持仪器清洁，保护刻度盘。每次实验完毕，要在镜
面上加几滴丙酮，并用擦镜纸擦干。最后用两层擦镜纸夹在 两棱镜镜面之间，以免镜面损坏。 4.读数时，有时在目镜中观察不到清晰的明暗分界线，而是畸 形的，这是由于棱镜间未充满液体；若出现弧形光环，则可 能是由于光线未经过棱镜而直接照射到聚光透镜上。
0.200mL、…、0.900mL的环己烷，再依次移入 0.900mL、0.800mL、…、0.100mL的异丙醇，轻 轻摇动，混合均匀，配成9份已知浓度的溶液（按 纯样品的密度，换算成质量百分浓度）。用阿贝 折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和异丙 醇的折射率。以折射率对浓度作图，即可绘制工 作曲线。
双液系的气-液平衡相图
双液系的⽓-液平衡相图双液系的⽓-液平衡相图⼀、实验⽬的1. 掌握采⽤阿贝折光率仪确定⼆元液体组成的⽅法；2. 掌握测定双组份液体的沸点及正常沸点的⽅法；3. 绘制在恒压下环⼰烷-⼄醇双液系的⽓-液平衡相图。
⼆、实验原理两种液态的物质混合⽽成的⼆组分体系称为双液系。
它可以分为完全互溶和部分互溶的双液系。
体系的沸点不仅与外压有关，⽽且与双液系的组成有关。
在恒压下做温度T对组成x的关系图即为T-x图。
由相律可知，对于双液系在恒压下⽓-液两相共存区域中，⾃由度为1。
当温度⼀定时，⽓-液两相的相对组成也就有了确定值。
根据杠杆原理，两相的相对量也确定了。
因此实验测定⼀系列不同组成的双液系溶液的⽓-液相平衡时的沸点及此时⽓相和液相的组成，即可得T-x图。
因此双液系⽓-液平衡相图实验主体上包括⼀系列混合体系的沸点测定和⽓-液相组成分析两个主要内容。
体系的沸点可⽤沸点仪测定的，其构造如图7.2所⽰。
采⽤电热丝直接加热溶液，以防⽌过热现象，同时该沸点仪⽤平衡蒸馏法分离⽓液两相，具有可便于取样分析及避免分馏等优点。
体系的⽓液相组成的分析是相图绘制的另⼀核⼼，可以根据待测体系的理化性质寻找多种合适的分析⽅法。
以完全互溶双液系环⼰烷-⼄醇体系为例。
由于环⼰烷和⼄醇两者的折光率相差较⼤，因此本实验可采⽤测定溶液折光率⽅法来确定两组分的组成，⽤阿贝折光仪测定两组分组成的折光率，可以测出折光率对组成的⼯作曲线，根据测得液体样品的折光率，从⼯作曲线上可查得两相的组成。
三、仪器与药品FDY双液系沸点测定仪，阿贝折光仪，超级恒温槽，长滴管，烧杯（50 ml，250 ml），具塞锥形瓶（10ml），刻度移液管（5ml）丙酮（AR级）；环⼰烷（AR级）；⼄醇（AR级）图7-1 FDY双液系沸点测定仪前⾯板⽰意图图7-1是沸点仪加热控制器的前⾯板⽰意图，各功能键的说明如下：1、电源开关2、加热电源调节——调节所需的加热电源。
3、温度显⽰窗⼝——显⽰所测温度值。
实验五 完全互溶双液系相图
实验五 完全互溶双液系相图一 目的：1． 绘制常压下环乙烷—乙醇双液系的T —X 图2． 找出恒沸混合物的组成和最低恒沸点3． 掌握阿贝折射仪的使用方法二 原理：1． 双液系的沸点与外压，双液系的组成有关。
恒压下，采用回流冷凝的方法将完全互溶双液系蒸馏。
采用阿贝折射仪测定不同组分体系在不同温度时气相(馏出物)，液相(蒸馏液)的折射率，间接获得组成来绘制相图，相图有三类如图(见书)2． 阿贝折射仪的原理：αββαn n =s i n s i n 000s i n 90sin sin ββββα⨯=⨯=n n n 光从光密介质进入光疏介质时 α<β光从光疏介质进入光密介质时 β<α光束从光密进入光疏时，β最大为090，此时的α为临界角，只有入射角小于临界角的光束才能进入光疏介质。
光束从光疏进入光密时，α=090时，折射角为0β，故任何方向的入射光都可进入光密介质，其0ββ≤三．仪器及试剂FDY 双液系沸点测定仪 阿贝折射仪恒温槽一套 移液管1m 2只环己烷(A.R) 无水乙醇(A.R)四．操作1．安装仪器设备，调节恒温槽温度比室温高05C 通恒温水于阿贝折射仪中2．测定折射率与组成的关系，绘制工作曲线。
按纯品的密度换算成质量百分比浓度，以折射率对浓度作图3．测定环己烷—乙醇体系的沸点与组成的关系① 先开冷凝水，再加热使液体沸腾。
②将袋状部的最初冷凝液体倾回蒸馏器，反复2-3次③溶液沸腾正常，温度恒定后，记录溶液沸点④分别取气，液相样品，测其折射率 g n ，L n右半支:取20mL 乙醇加入沸点仪中，依次加入环己烷0.5mL 1.0mL 1.5mL 2.0mL 4.0mL 14.0mL 测定左半支:取25mL 环己烷加入沸点仪中，依次加入乙醇0.1mL 0.2mL 0.3mL 0.4mL 1.0mL 5.0mL 测定五．注意事项1．阿贝折射仪的使用:恒温，硬物不能触及棱镜(滴管等),仪器平稳，光线充足，擦镜纸擦净2．加热时功率不可太大，液体沸腾即可。
物化实验报告-双液系气液平衡相图的绘制
双液系气液平衡相图的绘制（物化实验得认真做）一、实验目的1. 用回流冷凝法测定沸点是气相和液相的组成，绘制双液系相图。
2 找出恒沸点混合物的组成和恒沸点的温度。
掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的测定方法。
3 了解阿贝折射计的构造原理，熟悉掌握阿贝折射计的使用方法。
二、实验原理1 液体的沸点是液体饱和蒸汽压和外压相等时的温度，在外压一定时，纯液体的沸点有一个确定值。
但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。
2 大多数情况下，T-x 曲线将出现或正或负的偏差，当这个偏差足够大的时候，在曲线上将出现极大点或极小点。
这种极大点或者极小点就称为恒沸点。
3 考虑综合因素，实验选择具有最低恒沸点的乙醇- 乙酸乙酯双液系。
4 根据相平衡原理，对两组分体系，当压力恒定时，在气液平衡两相去，体系的自由度为1. 若温度一定时，则气液两相的组成也随之而定。
当原溶液的组成一定时，根据杠杆原理，两相的相对量一定。
反之，实验中利用回流的方法保持气液两相相对量一定，测量体系温度不发生改变时，即两相平衡后，取出两相的样品，用阿贝折射计测定气相、液相的折射率，再通过预先测定的折射率- 组成工作曲线来确定平衡时气相、液相的组成（即该温度下气液两相平衡成分的坐标点）。
改变体系的总成分，再如上法找出另一对坐标点。
这样得若干对坐标点分别按气相点和液相点连成气相线和液相线，即得T-x 平衡图。
三、实验仪器和试剂1、实验仪器沸点仪、阿贝折射仪、调压变压器、温度计两只、干燥小烧杯3只，干燥5ml小试管16只，软木塞若干，擦镜纸2、实验试剂无水乙醇（AR乙酸乙酯（AR丙酮（C.P）乙醇体积分数为5% 10% 15% 22% 38% 50% 70% 90%组成的乙醇- 乙酸乙酯溶液。
四实验过程1、将干燥的沸点仪安装好。
从侧管加入约20mL5混合液于蒸馏瓶内，并使温度计浸入液体内。
冷凝管接通冷凝水。
将稳流电源电压调至13V左右，使加热丝将液体加热至缓慢沸腾。
双液系相图的绘制实验讲义
实验六双液系气—液平衡相图的绘制[实验目的]1 绘制环己烷—异丙醇的沸点组成t-x图；2 了解沸点的测定方法（回流冷凝法）；[基本原理]将两种挥发性液体混合，若该二组分蒸气压不同，测溶液的组成与其平衡气相的组成不同，在压力一定时，t-x（x为物质的量分数）图有以下三种情况：理想溶液对拉乌尔定律产生较大偏差的溶液环己烷—异丙醇的沸点组成图与图Ⅲ类似，具有最低恒沸点。
本实验用沸点仪分离出一系列不同组成溶液平衡时气相和液相的溶液，并测定沸点（见温度计）和气、液两相的组成（组成用阿贝折射仪测），利用所得数据可绘出t-x图。
[实验装置及标准曲线图][实验步骤]1 测定环已烷—异丙醇标准液的折射率，目的是做标准曲线；x环= n环/ (n环+n异)标准液（x环）：0，0.2，0.4，0.6，0.8，1折射率的测定方法，请看东北师大《物理化学实验》85面！2 分别将下列环已烷—异丙醇溶液装入沸点仪中，加热回流，待温度稳定后，记下沸点，测定气相和液相的折射率。
（依折射率，可从标准曲线中查出气、液两相的组成x环）第一组测定溶液号：1， 2， 3， 4， 5， 6第二组测定溶液号：7， 8， 9， 10， 11， 12做实验报告时，将两组的实验数据结合起来，绘制出完整的t-x图。
注意事项：●加热电流不要超过1.2Ａ，高了会起火的；适当控制电流，不要出现爆沸现象；●测定折射率时，自始至终要在同一台折射仪上测。
由于两台折射仪所测定的折射率数据不一致，故换动后数据就无用。
[数据记录与处理]表中：x为环己烷的摩尔分数；n为溶液的折射率。
1 用坐标纸绘制“折射率-x”标准曲线；贴在反面。
图不得小于15×15cm2的幅度;2 用坐标纸绘制一个完整的环己烷—异丙醇沸点组成图，要求曲线光滑，贴在反面；3 从绘制的环己烷—异丙醇沸点组成图中查出：最低恒沸组成: x环= _____ 恒沸点: _____ ℃。
101325Pa下，恒沸点及恒沸组成的文献值：68.6 ℃0.518（x环)[问答]环己烷—异丙醇混合液是教师配制的，其浓度已经知道，为何在实验时还要测折射率，再利用折射率从标准曲线中查出相应的浓度？―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――班级：姓名：实验日期：分数：教师：。
6.双液系相图的绘制
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实验6：双液系相图的绘制 数据处理
1. 将实验数据列表。 2. 绘制工作曲线，即环己烷—乙醇标准溶液的折光率与组 成的关系曲线。 3. 根据工作曲线确定各待测溶液气相和液相的平衡组成， 4. 确定最低恒沸点的温度和组成。
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实验6：双液系相图的绘制 思考题
1. 待测溶液的浓度是否需要精确计量?为什么? 2. 本实验不测纯环己烷、纯乙醇的沸点，而直接用标准压 力下的数据，这样会带来什么误差? 3. 如果要测纯环己烷、纯乙醇的沸点，蒸馏瓶必须洗净， 而且烘干，而测混合液沸点和组成时，蒸馏瓶则不洗也不 烘，为什么?
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实验6：双液系相图的绘制
测定方法
本实验选择一个具有最低恒沸点的环己烷—乙醇体系。在 100KPa下测定一系列不同组成的混合溶液的沸点及在沸点 时呈平衡的气液两相的组成，绘制T—x图，并从相图中确 定恒沸点的温度和组成。测定沸点的装置叫沸点测定仪。 这是一个带回流冷凝管的长颈圆底烧瓶。冷凝管底部有一 半球形小室，用以收集冷凝下来的气相样品。电流通过浸 入溶液中的电阻丝。这样既可减少溶液沸腾时的过热现象, 还能防止暴沸。测定时，温度计水银球要一半在液面下， 一半在气相中，以便准确测出平衡温度。
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实验6：双液系相图的绘制
双液系的T—x图有三种情况： (1)理想溶液的T—x图，它表示混合液的沸点介于A、B二 纯组分沸点之间。这类双液系可用分馏法从溶液中分离出 两个纯组分。 (2）有最低恒沸点体系的T—x图和有最高恒沸点体系的 T—x图。这类体系的T—x图上有一个最低和一个最高点， 在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，分别叫做 最低恒沸点和最高恒沸点。对于这类的双液系，用分馏法 不能从溶液中分离出两个纯组分。
完全互溶双液系相图
4.3 完全互溶的双夜系相图4.3.1 二组分系统的相律的应用最多可有四相平衡共存，是无变量系统。
最多可有三个自由度-T ，p ，x 均可变，属三变量系统。
因此，要完整的描述二组分系统相平衡状态，需要三维坐标的立体图。
但为了方便，往往指定一个变量固定不变，观察另外两个变量之间的关系，这样就得到一个平面图。
如： 保持温度不变，得 p-x 图 较常用 保持压力不变，得 T-x 图 常用 保持组成不变，得 T-p 图 不常用。
若保持一个变量为常量，从立体图上得到平面图。
相律 单相，两个自由度。
最多三相共存。
二组分系统相图种类很多，以物态来区分，大致分为： 完全互溶双液系 气-液平衡相图 部分互溶双液系 完全不互溶双液系具有简单低共熔混合物 稳定化合物有化合物生成 不稳定化合物 固-液平衡相图 固相完全互溶 固相部分互溶固相部分互溶 等C 2C 24= f Φ+=Φ=--min max 1 3Φf ==min max 0 4f Φ==213f ΦΦ*=-+=-*min max1 2Φf ==*max min 3 0Φf ==4.3.2 理想的完全互溶双液系相图若A 、B 两种液体均能以任意比例相互混容形成均匀单一的液相，则该系统称为完全互溶双液系。
根据相似相容原理，它可以分为：理想的完全互溶双液系 和非理想的完全互溶双液系。
首先学习理想液态混合物的相图。
4.3.2.1. 理想溶液p-x 图设A 、B 形成理想溶液，其饱和蒸气压分别为P A * 和P B *，P 为体系的总蒸气压。
以x A 为横坐标，以P 蒸气压为纵坐标，在p-x 图上分别表示出P A 、P B 、P 与x A l 的关系。
p-x-y 图 同压下 ， 之间的关系若知道一定温度下的P A *、P B *，就可据液相组成（x A /x B ）求其气相组成（y A /y B ）px p p p y A A A A *==BAB A B A x x p p y y **=若 则 此时 即蒸气压大的组分在气相中浓度更大。
双液系相图数据处理
双液系的气——液平衡相图数据处理一、蒸馏水、乙酸乙酯和无水乙醇的折光率值室温：295K 大气压：101.325KPa 样品 n 1 n 2 n 3 n 平均 n 理论 △n n 校正 H 2O 1.33280 1.33290 1.33280 1.33283 1.33281 0.00002 —— 乙酸乙酯 1.37120 1.37130 1.37130 1.37137 —— —— 1.37135 无水乙醇 1.360701.360901.360801.36090————1.36088无水乙醇方程：y=-9551.1x+13098； 乙酸乙酯方程：y= 9551.1x-12998。
根据所测得实验过程中的折光率，查上图的工作曲线，可得下表2。
二、未知液的组成溶液沸点/℃ 液相气相 n 1 n 2 n 3 n 平均校正 x 乙酸乙酯 n 1 n 2 n 3 n 平均校正 y 乙酸乙酯 0.05 77.431.36111.3611 1.3612 1.361213 0.022286 1.3628 1.3624 1.3624 1.362113 0.156001 0.20 75.05 1.362 1.3619 1.3621 1.36208 0.105062 1.3634 1.3634 1.3636 1.363647 0.245145 0.30 73.99 1.3626 1.3626 1.3624 1.362947 0.156001 1.3647 1.3649 1.3647 1.36518 0.369309 0.40 73.06 1.3633 1.3632 1.3634 1.363813 0.229226 1.3653 1.3652 1.3653 1.366713 0.417065 0.50 72.46 1.3646 1.3645 1.3647 1.36468 0.353391 1.3659 1.3657 1.3657 1.368247 0.46482 0.6072.121.36591.36581.3661.3655470.4775551.3661.36621.36621.369780.4998410.70 71.97 1.36731.36721.3671.3664130.5985361.36691.36681.36681.3713130.5666990.95 74.4 1.369 1.369 1.36941.367280.7863741.36891.36891.3691.3728470.767272用上表所得的数据绘制作图如下：由上图中读出其最低恒沸点为71.97℃，乙酸乙酯摩尔分数为0.5285。
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。
完全互溶双液系相图的绘制
完全互溶双液系相图的绘制
（1 ） 编号
（2）依次移入0 、 1.00 、 2.00 、 … 9.00 、10 .00mL环 己烷
标准 溶液
（4）轻轻摇动， 混合均匀（公用）
（3）依前次顺序移0 、 1.00 、 2.00 、 … 9.00 、10 .00mL乙醇
3.真实液态混合物的气液平衡相图—温度组成图
（1）一般正 偏差不一般负偏差 系统的温度 - 组成 图不理想系统的类 似。如：右图
完全互溶双液系相图的绘制
（2）最大正偏差系统
温度 - 组成图上出现最低点。
该点，气相线不液相线相切。
对应亍此点组成的液相在该
指定压力下沸腾时产生的气相不
液相组成相同，故沸腾时温度恒
氯仿 - 丙酮系统的 温度 - 组成图(具有最大负偏差)
完全互溶双液系相图的绘制
4.乙醇-环己烷系统的气液平衡相图—T-x-y
恒沸点 恒沸混合物组成
5.测定方法—回流冷凝法
完全互溶双液系相图的绘制
（1）分别测定乙醇、环己烷的沸点 （2）测定混合系统的气液平衡温度； 并测定气、液两相的折射率；
（3）根据折射率确定相组成；
(2)丌必拘泥亍以 坐标的原点作为 分度的零点。
八. 思考题
完全互溶双液系相图的绘制
1. 本实验所用环己烷中混有少量乙醇， 对实验结果有何影响？为什么？。
2. 沸点仪中加沸石的目的是什么？ 3. 绘制标准工作曲线的目的是什么？
4. 本实验中，样品的加入量是否必须 十分精确？为什么？
5. 测工作曲线不测样品时折射仪恒温 温度是否必须一致？为什么？
1
双液系的气-液平衡相图
双液系的气—液平衡相目的要求(1) 绘制在pΘ下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图，了解相图和相律的基本概念。
(2) 掌握测定双组分液体沸点及正常沸点的方法。
(3) 掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
基本原理一、气-液相图两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系。
两种组分若能按任意比例互相溶解，称为完全互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。
在一定的外压力下，纯液体的沸点有其确定的值。
但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。
根据相律，自由度=组分数-相数+2因此，一个气-液共存的二组分体系，其自由度为2.只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。
例如，在一定温度下，可以画出体系的压力p和组分x的关系图，如体系的压力确定，则可作温度T对x的关系图。
这就是相图。
在T-x相图上，还有温度，液相组成和气相组成三个变量，但只有一个自由度。
一旦设定某个变量，则其他两个变量必有相应的确定值。
图Ⅱ-5-1以苯-甲苯为例表明，温度T这一水平线指出了在此温度时处于平衡的液相组分x和气相组分y的相应值。
苯与甲苯这一双液系基本上接近理想溶液，然而绝大多数实际体系与拉乌尔定律有一定偏差。
偏差不大时，温度-组分相图与图Ⅱ-5-1相似，溶液的沸点仍介于两纯物质的沸点之间。
但是，有些体系的偏差很大，以至其相图将出现极值。
正偏差很大的体系在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时则会有极大值。
这样的极值称为恒沸点，其气，液两相的组成相同。
例如，H2O-HCl体系的最高恒沸点在P0时为108.5，恒沸物的组成含HCl20.242%。
通常，测定一系列不同配比溶液的沸点及气、液两相组成，就可绘制气-液体系的相图。
压力不同时，双液系相图将略有差异。
本实验要求将外压校正到1个大气压力。
二、沸点测定仪各种沸点仪的具体构造虽各有特点，但其设计思想则都集中于如何正确测定沸点、便于取样分析、防止过热及避免分馏等方面。
乙醇—乙酸乙酯双液系相图
乙醇—乙酸乙酯双液系相图摘要：本实验采用阿贝折射仪测定双液系的相图，本实验测得恒沸温度为71.86℃，恒沸物组成为：乙醇（47.17%）、乙酸乙酯（52.83%）。
换算成质量分数为：乙醇（31.83%）、乙酸乙酯（68.17%）。
文献值很接近。
关键词：乙醇—乙酸乙酯、双液系、阿贝折射仪、相图1.实验目的学习用沸点仪测定双液相体系的气—液平衡相图及绘制相图的方法；了解液体折射率的测定方法，掌握阿贝折射仪的一般原理及操作方法；掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
2.实验原理两种液态物质混合而成的二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。
两个组分若能按任意比例互相融解，称为完全互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度。
在一定的外压下，纯液体的沸点有其确定值。
但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。
根据定律，自由度＝组分数－相数＋2因此，一个以气-液共存的二组分体系，其自由度为2。
只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。
例如，在一定温度下，可以画出体系的压力p和组分x的关系图。
这就是p-x相图。
在一定压力下，可以画出体系的温度t和组分x的关系图。
这就是T-x相图。
在T-x相图上，还有温度、液相组成和气相组成三个变量，但只有一个自由度。
3.实验仪器及试剂仪器：沸点测定仪一套、精密数字温度计（分度值0.1℃）、玻璃温度计（0～100℃，分度值1℃）、调压变压器（0.5kV A）、数字阿贝折光仪、超级恒温水浴、玻璃漏斗、长滴管、烧杯。
试剂：乙酸乙酯（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、丙酮（分析纯）、乙醇—乙酸乙酯系列溶液1～9号，浓度未知。
该系列溶液为实验室预先配置，并给出了此溶液在25℃时的折光率-组成工作曲线。
4.实验方法与步骤4.1装沸点仪将洗净、干燥的沸点仪安装好。
检查带有温度计的软木塞是否安紧。
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。
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精 馏 原 理
B的沸点低,挥发性较强, B在 气相中的浓度较液相高,将组 成为y1的气相收集起来,并将 其冷却至温度T1,其中将有部 分冷凝为液体,液相的组成为 x2, 与之达平衡的气相组成为 y2,由相图可见y2>y1.重复以上 过程，气相中B的浓度愈来愈 高，最后可以获得纯的B。 而由液相可以获得纯的A。
T
气相
y1
y2 液相 y3
A
xB
x2
x3
B
精 馏 原 理
T
实际的工业精馏 工段,为连续操 作,各层的操作 温度相对稳定, 溶液的组成也稳 定,在精馏塔的 低温段一般可以 获得纯净的B, 在高温段, 可获 得 纯 净 的 A .
T7 T6 T5 T T1 T2 T3
y8
x8
x7 x6 x1 x2
y7 y6 O y1
T
TB*
气相, f=2
液相线（红线）方程为: xAl =[p－pB*(T)]/[pA*(T)－pB*(T)] 气相线（蓝线）方程为: xAg =pA*/p· [(p－pB*)/ pA*－pB*] 注意: 方程式中纯A,纯B的饱和 蒸汽压均为温度的函数,在方程 中是变量,而不是常数.
p E
H
F
l+g, f=1
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.
• 体系的总压为：
•
p = pB*+(pA*－pB*)xA
(2)
双液系的p-x相图的绘制
将组成为xA,xB的A,B理想溶液置于 一带活塞的气缸中, 保持恒温,并施 加足够大的压力,使体系呈溶液单相 状态.如图所示. 逐步降低环境压力,当 压力降到等于 此溶液的饱和蒸汽压时,开始出现气相. 当体系压力降到某一定值时,体系主 要以气相形式存在,液相几乎消失,但 仍然保持两相 平衡. 若进一步降低体系的压力,体系中的 液相将完全消失,体系为气态单相.
pA*
T
TA* 液
B
xA
A
• 二.
phase diagram of real solution
• 严格意义上的理想溶液只是一种理想模型, 实际上的溶液体系 多为非理想溶液, 非理想溶液存在多种类型.
• 1. 完全互溶的双液系:
• 如果实际溶液的性质偏离理想溶液的程度不大,则其相 图与理想溶液的相图相类似. • 实际溶液若相对理想溶液有很大偏差,则可能出现最大 饱和蒸汽压(定温下)的极点,或最小蒸汽压的极点;若在 等压条件下,这类非理想溶液将出现最低恒沸物或最高 恒沸物.此类非理想溶液的相图将会出现比较大的变化. • 固体物质间达分子水平的混合,这类体系称为固溶体, 即固态溶液.完全互溶固溶体的相图类似于双液系相图.
pB*
A
p C
p
pA*
单相区,液 相, f=2
B
L
H G
l+g,f=1
单相区,气 相, f=2 0
x’’
xA
x’
xA
理想溶液的p-x相图
p
组成为xA的体系点C位 于单相区, 为液相溶液. D点：开始出现气相,气 相点为K,达两相平衡. H点: 气相组成为x’,液 相组成为x’’.
C 单相区,液相 pA*
pB
*
pA*
L
H
G
l+g,
0
xAl
xA xAg
x
杠杆规则 (lever rule):
p
HL和HG分别为 体系点 H到液 相 线和气相线的距 离. 因为此规则 与物理学中的杠 杆定律相似,故称 为 杠 杆 规 则 .
pA*
L l+g, pB
*
H
G
0
xAl
xA xAg
x
p
杠杆规则：
pA*
nlHL=ngHG
nl/ng=HG/HL = (xAg-xA)/(xA-xAl)
pB
*
L
H
G
l+g,f= 1
0
xAl
xA xAg
x
A
液相质量 气相点与体系点的距离 ＝ 气相质量 液相点与体系点的距离
理想溶液的T-x相图
体系点为H点, 落在两相区内, 体系两相共存. E: 液相点, A的浓度为xAl. F: 气相点, A的浓度为xAg.
p C C’ C’’ C’’’ C’’’’ pA D’’’
F点:液相量无穷小, 仍 维持两相平衡.
D’
D’’ ’’
F’’’’
*
D’’
F’’’ F’’ F’ F
重复上述过程,得到一 系列相点D’ …和F’ …. 纯A和纯B的相点. 液相线:D,D’,D’’, … 气相线:F,F’,F’’ …, 即为双液系的p-x图
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
(偏离理想溶液程度不大)
pB
*
p
pB
pA
A
B
有较大正偏差的实际溶液相图
当实际溶液的行为偏离 理想溶液较大(如正偏 差)时,其p-x图中会出现 总压的极大值,如图中G 点所示. 图中,B的挥发性较大,但 G点的压力比纯B的蒸汽 压 更 大 . 这 是 因 为 A,B 均 对拉乌尔定律有较大正 偏差的缘故.
D pB
*
0
XA
XA’
XA ’’
XA’ ’’
XA’’’’ XA
理想溶液的p-x图
单相区: f=2(压力和组成); 两相区: f=1(p是浓度的函数.)
体系点: 表示体系总组成及环 境条件的点. 如C点:溶液浓度 为xA,体系压力为p. 相点: 表示某一相状态的点. 二元相图中的体系点和相点 可能重合,也可能分离. 重合: C点,体系呈单相液体, 故既是体系点又是相点. 分离: H是体系点,体系分为 两相,L点是液相点，和G点 是气相点。
*
H
G
0
xAl
xA xAg
x
杠杆规则 (lever rule):
p
(1)式与(2)式相等: nlxA+ngxA = nlxAl + ngxAg
p A*
nl( xA－xAl) = ng( xAg－xA) (3)
pB
*
L l+g,
H
G
0
xAl
xA xAg
x
杠杆规则 (lever rule):
p
从相图可以求出: ( xA－xAl)=HL ( xAg－xA)=HG 有: nlHL=ngHG (4) (4)式即为杠杆规则 的数学表达式.
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.
气相
y2 x3 x4 x5 y3 y4
T4
y5
液相
A
x
B
精馏塔示意图
原料进口 低沸点产品
高沸点产品
电加热器
理想溶液的T-p-x图
把p-x图和T-x图合在一起，就得到T-p-x三维图。 三个坐标分别代表p，T,和x； 在右边的垂直面xA=1, xB=0，则压力和温度坐 标分别代表纯A组分的饱 和蒸气压pA*和沸点TA*. 同理左边垂直面上是pB* 和TB*。连线pA*－TA* 和 pA*－TA*分别代表了纯A 和纯B的蒸气压随温度的 变化曲线。
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.
第三节 双液系相图 liqiud-liqiud phase diagram • 物质一般具有气－液－固三种形态，相 图中也应该反映物质气相、液相、固相 间的关系和相互的变化。 • 双液系相图描述的是两组分体系气、液 相态与浓度、温度和压力之间的关系。 • 故双液系相图只是两组分相图中的一部 分，描述了温度较高区域的相变化。