双液系的气液平衡相图

实验1：双液系的气液平衡相图

姓名：毕啸天学号：2010011811 班级：分0

同组人姓名:王景绰贺志敏

实验日期：2012年9月22日

提交报告日期：2012年10月5日

指导教师：张凌

1 引言

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）理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其液体混合物的沸点介于两纯物质沸点之间见图1(a)；

（2）各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差，其溶液有最高恒沸点见图1(b)；

（3）各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，其溶液有最低恒沸点见图1(c)。

第2、3两类溶液在最高或最低恒沸点时的气液两相组成相同，加热蒸发的结果只使气相总量增加，气液相组成及溶液沸点保持不变，这时的温度称恒沸点，相应的组成称恒沸组成。第一类混合物可用一般精馏法分离出这两种纯物质，第2、3类混合物用一般精馏方法只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。

图1 ：沸点组成图（T-x）

为了测定二元液系的（T-x）图，需在气液达到平衡后，同时测定溶液的沸点、气相和液相组成。

本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷—乙醇双液系的T-x图。方法是用沸点仪（图2）直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度（即沸点），并收集少量馏出液（即气相冷凝液）及吸取少量溶液（即液相），分别用阿贝折射仅测定其折射率。为了求出相应的组成，必须先测定已知组成的溶液的折射率，作出折射率对组成的工作曲线，在此曲线上即可查得对应于样品折射率的组成。

沸点仪的种类很多，图2所示是一种带有电阻丝加热的沸点仪。沸腾的溶液由喷嘴喷向温度计，因此可以测得蒸气与液相平衡的温度。气相经冷凝后贮存在小泡内。

图2 沸点仪

2 实验操作

2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图

2.1.1实验药品

环己烷（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、质量分数分别为10%、30%、69.5%、90%、96%的环己烷－乙醇混合溶液。

2.1.2实验仪器

沸点仪、调压器、阿贝折射仪（上海生产，型号2W，编号009049）、超级恒温槽（节能型智能恒温槽，编号DC-0510）、1/10℃温度计、酒精温度计、滴管、放大镜、洗耳球。

2.2 实验条件

实验温度27.0 ℃，相对湿度60%，大气压101.0 kPa，恒温槽25 ℃

2.3 实验操作步骤及方法要点

1、配置不同浓度的标准溶液

取五个锥形瓶，标号1-5。用移液管分别向1-5瓶中加入环己烷1 mL、2 mL、3 mL、4 mL、5 mL，用分析天平称重，记录加入环己烷的质量。再用移液管分别向1-5中加入乙醇5 mL、4 mL、3 mL、2 mL、1 mL，同样称重后记录质量。计算出5瓶标准溶液的环己烷质量分数。

2、绘制标准工作曲线

用阿贝折射仪分别测定5瓶标准溶液的的折光率，作出折光率-环己烷质量分数的草图，此即为折光率对组成的工作曲线。

3、测定不同温度下的液相气相平衡组成

此步骤需要测定沸点仪中提供的溶液的平衡气相、液相组成。提供的溶液环己烷质量分数分别为10%、30%、69.5%、90%、96%，此外还有纯环己烷以及纯乙醇。

接电、通入冷凝水，加热溶液直沸腾，等待温度示数稳定数分钟不变化。记录温度数值，此数值即为该组成下的沸点。迅速从小泡中取气相冷凝液，在阿贝折射仪上测定其折光率，记录数值。停止加热，等待液相冷却到室温后，取少量液相测定其折光率。

4、计算机作图

将记录的标准溶液数据以及待测溶液的沸点、液相折光率、气相折光率输入软件，作出相图。

3 结果与讨论

3.1 原始实验数据

3.1.1 工作曲线的绘制

首先测得纯乙醇的折光率为1.3600，纯环己烷的折光率为1.4242。 表1.

组成-折光率原始数据

测量序号 1 2 3 4 5 乙醇质量(g)

3.8572 3.0834 2.3084 1.5263 0.7486 环己烷质量(g)

0.7732 1.5290 2.3058 3.0523 3.8938 环己烷质量分数(%)

16.6983 33.1497 49.9718 66.6644 83.8747 折光率

1.3666 1.3766 1.3859 1.3991 1.4121

以环己烷质量分数-折光率进行二次函数拟合，得到结果如下：

图1. 环己烷质量分数-折光率拟合曲线

其拟合方程为：2

101.7490204.2236295.16556n n -+-=ω。

折光率n

环己烷质量分数ω(%)

3.1.2 待测溶液原始数据 表2.

待测溶液的平衡组成、平衡温度以及折光率

环己烷质量分数（%） 沸点（℃） 平衡折光率

气相 液相 0 10 30 69.5 90 96 100

77.91 76.21 69.41 64.05 64.67 70.24 80.20

1.3600 1.3650 1.3860 1.4010 1.4031 1.4119 1.4242

1.3600 1.3619 1.3690 1.3972 1.4150 1.4229 1.4242

3.2 计算的数据、结果

首先将折光率数据代入工作曲线方程2101.7490204.2236295.16556n n -+-=ω，计算得到不同浓度下气相与液相的组成。 表3. 待测溶液气液相组成与平衡温度关系 环己烷质量分数

（%）

体系平衡温度 （℃）

气相组成 （环己烷%）

液相组成 （环己烷%）

0 77.91 1.9566 1.9566 10 76.21 11.715 5.7089 30 69.41 48.611 19.252 69.5 64.05 70.92 65.587 90 64.67 73.774 88.701 96 70.24 85.017 97.439

100

80.20

98.787

98.787

图2. 环己烷-乙醇双液系相图