8 三组分体系等温相图

实验八三组分体系等温相图

1 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) 用溶解度法作出具有一对共轭溶液的苯—醋酸—水体系的相图(溶解度曲线及连结线)。

2 实验原理

三组分体系C=3，当体系处于恒温恒压条件，根据相律，体系的条件自由度f*为f* = 3 - Φ (1)

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，称为三元相图。通常用等边三角形坐标表示，见图1.1所示。

等边三角形顶点分别表示纯物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1.1中的P点，其组成表示如下:

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等分，则P点的A、B、C组成分别为:A％=Pa=Cb，B％=Pb=Ac，C％=Pc=Ba。

本实验讨论的苯—醋酸—水体系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B和C只能有限度的混溶，见图1.2所示。

图1.1 等边三角形法表示三元相图图1.2 共轭溶液的三元相图

图1.2中，E、K2、K1、P、L1、L2、F点构成溶解度曲线，K1L1、K2L2等是连结线。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清浊现象的出现，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。本实验是向均相的苯—醋酸体系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。

为了绘制连结线，在两相区配制混合溶液，达平衡时，两相的组成一定，只需分析每相中的一个组分的含量(重量百分组成)，在溶解度曲线上就可以找出每相的组成点，连接共轭溶液组成点的连线，即为连结线。本实验先在两相区内配制两个混合液(组成已知)，然后用NaOH分别滴定每对共轭相中的醋酸含量，根据醋酸含量在溶解度曲线上找出每对共轭相的组成点，连接此二组成点即为连结线(注意：连结线必须通过混合液的物系点)。

3 仪器药品

带塞锥形瓶(100mL) 2只

带塞锥形瓶(25mL) 4只

酸式滴定管(20mL) 1只

碱式滴定管(50mL) 1只

移液管(1mL、2mL) 各1只

刻度移液管(10mL、20mL) 各1只

锥形瓶(150mL) 2只

冰醋酸(分析纯)

苯(分析纯)

标准NaOH溶液(0.2mo1·dm-3)

酚酞指示剂。

4 实验步骤

(1)测定互溶度曲线

在洁净的酸式滴定管内装水，用移液管取10.00mL苯及4.00mL醋酸于干燥的100mL带塞锥形瓶中，然后慢慢滴加水，同时不停摇动，至溶液由清变浑，即为终点，记下水的体积，再向此瓶中加入5.00mL醋酸，体系又成均相，再用水滴定至终点，然后依次用同样方法加入8.00mL、8.00mL醋酸，分别用水滴至终点，记录每次各组分的用量。最后再加入10.00mL 苯和20.00mL水，加塞摇动，并每间隔5min摇动一次，30min后用此溶液测连结线。

另取一只干燥的100mL带塞锥形瓶，用移液管加入1.00mL苯及2.00mL醋酸，用水滴至终点，以后依次加入1.00mL、1.00mL、1.00mL、1.00mL、2.00mL、10.00mL醋酸，分别用水滴定至终点，并记录每次各组分的用量。最后再加入15.00mL苯和20.00mL水，每隔5min摇一次，30min后用于测定另一条连结线。

(2）连结线的测定

上面所得的两份溶液，经半小时后，待二层液分清，用干燥的移液管(或滴管)分别吸取上层液约5mL，下层液约1mL于已称重的4个25mL带塞锥形瓶中，再称其重量，然后用水洗入150mL锥形瓶中，以酚酞为指示剂，用0.2mol·dm-3标准氢氧化钠溶液滴定各层溶液中醋酸的含量。

5 数据处理

温度：大气压：

(1) 溶解度曲线的绘制

根据苯、醋酸和水的实际体积及由附录查得实验温度时三种试剂的密度，算出各组分的重量百分含量，列入表1.1和表1.2。

表1.１各组分的密度

表1.２各点组分的百分含量（％）

表1.３苯与水之间的相互溶解度

将以上组成数据在三角形坐标纸上作图，即得溶解度曲线。

（2）连结线的绘制

C NaOH=

表1.4 共轭两相中醋酸的含量

(a)计算两瓶中最后醋酸、苯、水的重量百分数，标在三角形坐标纸上，即得相应的物系点Q1和Q2。

(b)将标出的各相醋酸含量点画在溶解度曲线上，上层醋酸含量画在含苯较多的一边，下层画在含水较多的一边，即可作出K1L1和K2L2两条连结线，它们应分别通过物系点Q1和Q2。

6 注意事项

(1) 因所测体系含有水的成分，故玻璃器皿均需干燥。

(2) 在滴加水的过程中须一滴一滴地加入，且需不停地摇动锥形瓶，由于分散的“油珠”颗粒能散射光线，所以体系出现浑浊，如在2min～3min内仍不消失，即到终点。

(3) 在实验过程中注意防止或尽可能减少苯和醋酸的挥发，测定连结线时取样要迅速。

7 思考题

(1) 为什么根据体系由清变浑的现象即可测定相界？

(2) 如连结线不通过物系点，其原因可能是什么？

(3) 本实验中根据什么原理求出苯—醋酸—水体系的连结线？