完全互溶双液系定压气

实验5 完全互溶双液系定压气-液液相平衡图

【实验目的】

1.掌握阿贝折光仪的使用方法并通过测定混和物折光率确定其组成。

2.学习常压下完全互溶双液系定压气-液液相平衡图的测绘方法，加深对相律、恒沸点的理解。

3.绘制常压下环己烷-乙醇双液系的T—X图，并找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点。

【实验原理】

相图:描述相平衡系统温度、压力、组成之间关系的图形,通过实验测定相平衡系统的组成来绘制。

由液态物质混合而成的二组分系统称为双液系统。若两液体能以任意比例互溶，称其为完全互溶双液系；若两液体只能部分互溶，称其为部分互溶双液系。

纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时就会沸腾，此时气液两相呈平衡，所对应的温度为沸点。双液系的沸点不仅取决于压力，还与液体的组成有关。表示定压下双液系气-液两相平衡时温度与组成关系的图称为T-x图或沸点-组成图。

定压下完全互溶双液系的沸点-组成图可分为三类：

（1）各组分对拉乌尔定律的偏差不大，溶液的沸点介于两纯液体的沸点之间。如苯与甲苯系统，其T-x图如图5.1 (a)所示；

（2）各组分对拉乌尔定律有较大负偏差，其溶液有最高沸点。如丙酮与氯仿系统，其T-X图如图5.1 (b)所示；

（3）各组分对拉乌尔定律有较大正偏差，其溶液有最低沸点。如乙醇与环己烷等系统，其T-X图如图5.1 (c)所示。

恒沸点与恒沸组：在最高沸点和最低沸点处，气相线与液相线相交，对应于此点组成的溶液，达到气液两相平衡时，气相与液相组成相同，沸腾的结果只使气相量增加，液相量减少，沸腾过程中温度保持不变，这时的温度叫恒沸点，相应的组成叫恒沸组成。压力不同，同一双液系的相图不同，恒沸点及恒沸组成也不同。

平衡数据测定：配制不同组成的溶液，大气压下加热至沸腾，测定不同组分的体系在沸点温度时气相、液相的折射率，再从折射率—组成工作曲线上查得相应的组成，然后

绘制T —x 图。

实验装置如图。

【仪器试剂】

沸点仪1套；恒温槽1台；阿贝折

射仪1台；移液管(1mL)2支；11个小滴

瓶；电加热套1台；长、短吸管若干。

环己烷(A.R)；无水乙醇(A.R)。

【实验步骤】

1．标准工作曲线数据测定。

(1) 将11个小滴瓶编号，依次移

0mL 、1.00 mL 、2.00 mL 、…、9.00 mL 、10 mL 的环己烷、，然后依次移入10 mL 、 9.00 mL 、8.00 mL

、…、

1.00 mL、0 mL的无水乙醇，摇匀，配成11份已知浓度的溶液（公用）。

(2) 依次测定所配溶液的折射率（详讲方法），作工作曲线（折射率～浓度，按纯样品的密度，换算成质量百分浓度）。

2.环己烷-乙醇系统沸点与组成关系的测定

(1)安装好沸点仪。通冷却水，由进样口加入待测溶液，加热使沸点仪中溶液沸腾，调整沸点仪与电加热套的距离控制回流高度约1.5cm。最初冷凝管下端袋状部的冷凝液不能代表平衡时的气相组成。将袋状部的最初冷凝液体倾回蒸馏器，并反复2～3次，待溶液沸腾且回流正常，温度读数基本恒定后（小数点后第一位基本不变），记录溶液沸点。

(2)将沸点仪从电加热套上移开，取气相样品，测其折射率n g。

(3)将阿贝折光仪镜面用吸耳球吹干，用另一支短吸管从沸点仪进样口吸取一滴溶液，测其折射率n L。

本实验是以恒沸点为界，把相图分成左右两支，分两次来绘制相图。具体方法如下：

（1）左半支沸点-组成关系的测定

向沸点仪加入20mL（准确）无水乙醇，加热并记录其沸点，然后依次加入环己烷 1.5mL、1.5mL、2.0mL、4.0mL、14.0mL。按步骤3、4分别测定溶液沸点及气、液相组分的折射率n g、n L。实验完毕，将溶液倒入回收瓶中。

（2）右半支沸点-组成关系的测定

向沸点仪加入25mL（准确）环己烷，加热并记录其沸点，然后依次加入无水乙醇0.3mL、0.3mL、0.4mL、1.0mL、5.0mL，按前述方法分别测定溶液沸点及气、液相组分折射率n g、n L。

【注意事项】

1.实验中可调节加电加热套的温度或调整沸点仪的高度控制回流速度的快慢，一般控制回流高度在1.5 cm左右。

2.在每一份样品的蒸馏过程中，由于整个体系的成分不可能保持恒定，因此平衡温度会略有变化，特别是当溶液中两种组成的量相差较大时，变化更为明显。为此每加入一次样品后，只要待溶液沸腾，正常回流2 min～3 min后，即可取样测定，不宜等待时间过长。

3.每次取样量不宜过多，取样时吸管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。

4.使用折射仪时，棱镜不能触及硬物（如吸管头），每次用完后应用洗耳球吹干棱镜。

【数据记录与处理】

1.根据所取纯组分的体积及其密度计算标准溶液的摩尔分数，设计表格，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.从工作曲线上查得所测样品的气液相组成，获得沸点与组成的关系。

3.绘制环己烷-乙醇体系的T—X图，并由图中求得最低恒沸点和恒沸组成。

【思考题】

1.该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测定样品时折射仪的恒温温度是否需要保持一致？为什么？

2.过热现象对实验产生什么影响？如何在实验中尽可能避免？在连续测定法实验中，样品的加入量应十分精确吗？为什么？