课程名称：大学化学实验（P）姓名：华佳益学号：3120102375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
【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。因此，测定一系列已知浓度的液态混合物在某一温度下的折射率，作出该液态混合物的折射率-组成工作曲线，根据未知液态混合物的折射率值，可按内插法得到这种未知液态混合物的组成。
折射率是温度的函数，测定时必须严格控制温度。本实验采用配置超级恒温槽的阿贝折光仪来测量平衡气、液相的组成。
【试剂与仪器】
仪器沸点仪、阿贝折光仪、超级恒温槽、电子天平各1台；调压变压器1只；温度计（50~100℃，1/10℃）1支；普通温度计（1~100℃）1支；250mL烧杯1只；针筒2只；电吹风1只；滴管若干只；
擦镜纸。
试剂环己烷（AR）；无水乙醇（AR）。
【实验步骤】
1.制作环己烷-乙醇液态混合物的折射率-组成工作曲线（实验室完成）。
2.安装沸点仪：将干燥的沸点仪安装好，检查带有温度计的软木塞是否塞紧及温度计的位置。加热用
的电热丝要靠近容器底部的中心。
3.测定沸点：自液体取样口加入乙醇200~25mL，开冷却水，接通电源，缓慢加热，使沸腾时玻璃提
升管喷溢的沸腾液能不断冲在水银球上，且蒸气能在冷凝管中凝聚。如此沸腾一段时间，使冷凝液不断淋洗小球中的液体，知道温度计读数稳定为止。分别记录温度计和辅助温度计的读数。
4.取样分析：切断电源，停止加热，用250mL烧杯盛冷水套在沸点仪底部，冷却容器内液体，
用干燥管吸取蒸汽冷凝液和残留液，供测定折射光率用。
5.测定折射率：调节通入阿贝折光仪的超级恒温槽水温与制作工作曲线的温度一致（30.0℃），
然后分别测定蒸汽冷凝液和残留液的折射率。每个样品要平行测定3次折射率值。测毕后由
加料口逐次加入1mL、3mL、3mL、5mL、…环己烷，重复试验，分别测定其沸点和折射率，
至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止，停止加入环己烷。
6.然后将沸腾夜混合物倒入回收瓶中，吹干仪器，再加入30mL环己烷。如前操作，不过逐次
加入0.2mL、0.3mL、0.5mL、1mL、1mL、3mL、3mL、…直至沸点几乎不再下降以及冷凝
液和残留液的折射率近似相等为止。
*本次试验步骤6由同组成员完成
【数据记录与处理】
室温：27.1℃，大气压：101kPa。
1.25mL乙醇中加入环己烷实验。
温度计露茎校正（测量温度计至52℃以上部分露出）。
校正公式t = t1 + 0.000156 h（t1- t2 ）
t1为测量温度计读数；t2为辅助温度计读数；h为测量温度计露出部分高度（以℃表示）
h= t1 – 52℃；0.000156为水银相对玻璃的膨胀系数。
表1 环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（一）
环己烷加入量/mL 混合物沸
点/℃
辅助温
度/℃
校正后沸
点/℃
气相（冷凝液）液相（残留液）
折射率组成折射率组成
0 78.10 27.8 78.30 1.3576 0.007 1.3576 0.007
1 75.7
2 28.5 75.89 1.3645 0.086 1.3594 0.028
3 70.80 28.5 70.92 1.3832 0.317 1.3646 0.087
3 68.00 28.3 68.10 1.3896 0.411 1.3679 0.125
5 66.01 28.0 66.09 1.3952 0.502 1.3691 0.138
5 65.25 27.8 65.33 1.396
6 0.525 1.3834 0.320
7 64.91 28.0 64.98 1.3971 0.534 1.3890 0.402
7 64.72 27.7 64.79 1.3980 0.550 1.3941 0.484
7 64.70 26.9 64.77 1.3982 0.553 1.3972 0.536
7 64.71 27.1 64.78 1.3983 0.555 1.3998 0.581
2.30mL环己烷中加入乙醇实验。
温度计露茎校正（测量温度计至60℃以上部分露出）。
校正公式t = t1 + 0.000156 （t1-60）（t1- t2）
表2 环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（二）
乙醇加入量
/mL 混合物沸
点/℃
辅助温度
/℃
校正后沸
点/℃
气相（冷凝液）液相（残留液）
折射率组成折射率组成
0 80.30 27.580.47 1.41990.993 1.4201 0.995
0.2 79.60 27.579.76 1.41990.993 1.4195 0.981
0.3 77.20 2577.34 1.41850.959 1.4192 0.975
0.5 70.30 2470.37 1.40340.645 1.4182 0.952
1 66.10 2766.14 1.39950.581 1.4158 0.901
1 65.20 2665.23 1.39830.553 1.4124 0.825
3 64.70 2864.73 1.39790.548 1.4069 0.714
3 64.60 2864.63 1.39740.538 1.3990 0.567
3 64.60 28 64.63 1.39720.536 1.3940 0.482
3.绘制环己烷-乙醇二组分系统的沸点组成图
图1环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图
4.根据图1的相图可以得到，环己烷-乙醇二组分系统的恒沸点约为64.78℃，
恒沸混合物的组成为环己烷摩尔分数0.554。
5.文献理论值：恒沸温度为64.90℃，恒沸组成为0.550
组成偏差为0.04,
恒沸温度相对误差为| 64.90 – 64.78 | / 64.90 = 0.18%
【分析与讨论】
1.误差分析
实验得到的环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图基本符合我们的实验结果，恒沸温度与
恒沸组成的偏差很小，可能产生误差的原因有：
（1）溶液沸点与外界压强有关，实验测量气压并非标准气压，实验室气压也未进行校正，所以得到的实验结果会存在较小偏差。
（2）测量样品折射率过程中，低沸点样品可能有挥发，影响组成判断。
（3）使用阿贝折光仪读数时，存在视差对折射率造成影响。
（4）取样工具未完全干燥，残余试剂会影响样品组成。
2.实验中需要注意的问题分析
（1）测定折光率时，动作要迅速，以避免样品中易挥发组分损失，确保数据准确。
（2）电热丝一定要被溶液浸没后方可通电加热，否则电热丝易烧断，还可能会引起有机物燃烧，所以电压不能过大，加热丝上有小气泡逸出即可。
（3）注意一定要先加溶液，再加热，取样时，应注意切断加热丝电源，及时冷却。
（4）每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。
（5）阿贝折射仪的棱镜不能用硬物触及（如滴管），擦拭棱镜需用擦镜纸。
思考题：
1.沸点仪中盛气相冷凝液的小球体积过大或过小，对测量有何影响？
答：小球的体积过大会导致冷凝液对其淋洗不充分，与烧瓶中进行物质交换的就只有小球表面的一层液体，深层的液体则无法充分交换，这就导致测量的冷凝液组成并不是实际组成，或者说在客观上造成了溶液的分馏，给实验结果造成误差；如果小球的体积过小则会使聚集的冷凝液量较少，测量折射率时不能进行多次测量取平均值，增大了偶然误差给实验造成的影响。
2.实验时，若所吸取的气相冷凝液挥发掉了，是否需要重新配制溶液？
答：不需要重新配制溶液，只需要再次加热混合液让其沸腾，保持一段时间后冷凝液就会重新产生。
3.测定纯环己烷或纯乙醇的沸点时，为什么必须将沸点仪吹干，而测定混合物的沸点和组成时不必
将沸点仪进行干燥？
答：测定纯环己烷或纯乙醇的沸点时，必须保证所测定的体系中不能有任何杂质才能获得准确的数据，故必须把沸点仪吹干；而测定混合物的沸点和组成时因为每次的加入值是不准确的，其组成是根据折射率到工作曲线上查得的，故单一组分在系统中的多少是不影响实验的最终结果的。
4.测定纯组分的沸点时，蒸汽冷凝液和残留液的折射率是否应该相等？若不等，说明什么问题？
应怎样处理？
答：测定纯组分的沸点时，蒸汽冷凝液和残留液的折射率应该相等。若不等，则说明该组分不是严格的纯组分，其中混有杂质。出现这种情况，一般有两种可能性：①沸点仪没有吹干，内壁附有杂质，若是这种情况则把沸点仪吹干后再测定一次即可；②若再次测定时二者的折射率还是不相等，则说明试剂本身不纯，需要更换试剂。
5.该系统用普通蒸馏方法能否同时得到两种纯组分？为什么？
答：该系统用普通蒸馏方法不能同时得到两种纯组分。因为此系统与Raoult 定律有较大正偏差，混合液体有恒沸点，在恒沸点时其蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，因此简单蒸馏时只能获得某一纯组分和恒沸混合物，无法得到两种纯组分。
6.实验过程中，你发现液态混合物的沸点、组成、折射率变化有什么规律？
答：只考虑液态混合物即残留液的情况下，从实验数据得到的相图可以看出，一开始随环己烷在体系中的比例逐渐加大，混合物的沸点从接近纯乙醇沸点的温度逐渐降低，折射率则从接近纯乙醇折射率的数值持续增大；到达恒沸组成时，沸点降至最低；继续增加环己烷的比率，混合物的沸点又再升高，不断接近纯环己烷的沸点，折射率则继续增大，不断接近纯环己烷折射率的数值。
7.为了保证取样分析正确，应注意哪些环节？
答：为了保证取样分析正确，每次测定时应让混合物沸腾一定的时间，使气相的冷凝液充分淋洗
冷凝液小球；调节冷却水的流速及变压器的电压大小，使冷凝管中的蒸汽高度保持在1-2cm 左右，测定前应让混合物冷却，包括冷凝管底部的小球也应用适当方法将其冷却；测定时应动作迅速，避免试样中低沸点成分挥发掉；阿贝折光仪的测量温度应保持恒定，尽量保证所有的样品在同样的温度下测定；每次在折光仪滴加样品前都应洗净镜面；每次测量之后都应将吸取冷凝液和残留液的滴管用电吹风吹干，避免前一次的试样残留对后一次的试样造成污染。
8.使用折射率仪应注意哪些问题？
答：使用折射率仪时，开合棱镜要小心，使用时不能将滴管或其他硬物碰到镜面；每次滴加样品前，都应洗净镜面，使用完毕后应用丙酮或乙醚洗净镜面并干燥；擦洗镜面时只能用擦镜纸或专用的棉巾，镜面上不能积有灰尘；强酸、强碱及氟化物等腐蚀性液体不能用折光仪测量，以免腐蚀棱镜；避免强烈振动或撞击折光仪，以防止光学零件损坏。
实验 名称 完全互溶双液系的平衡相图 实验者姓名刘永刚 合作者 姓名 李金梁刘永刚李涛 实验 日期 2011-09-27 室温25.1 ℃气压101.78 Pa 指导 教师 杨静 评语 成绩
实验目的 1. 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。 2. 掌握阿贝折射仪的使用方法。 实验原理 常温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。若两液体能按任意比例相互溶解，则称完全互溶双液体系；若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。双液体系的沸点不仅与外压有关，还与双液体系的组成有关。恒压下将完全互溶双液体系蒸馏，测定馏出物（气相）和蒸馏液（液相）的组成，就能找出平衡时气、液两相的成分并绘出T—X图。 通常，如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，在T—X图上溶液的沸点介于A、B二纯液体的沸点之间见图2-4-1 (a)。而实际溶液由于A、B二组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大偏差，在T—X图上就会有最高或最低点出现，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，如图2-4-1(b),（c)所示。恒沸点混合物蒸馏时，所得的气相与液相组成相同，因此通过蒸馏无法改变其组成。 图1 完全互溶双液系的相图 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。其方法是用阿贝折射仪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 试 剂 环己烷(A.R)；无水乙醇(A.R)。 实验仪器 沸点仪1套；恒温槽1台；阿贝折射仪1台；移液管(1mL，2支；10mL，1支)；具塞小试管9支。 实 验 装 置 a b
双液系气-液平衡相图的绘制 一、实验目的 （1）用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成，绘制双液系相图。找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度。 （2）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 2.1液体的沸点 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。 2.2双液系的沸点 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。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、性质相近的组分间可以形成近似的理想体系，这样可以形成简单的T-x （y ）图。大多数情况下，曲线将出现或正或负的偏差。当这一偏差足够大时，在T-x （y ）曲线上将出现极大点（负偏差）或极小点（正偏差）。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。 恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T －x ），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为3类： （1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯－苯体系，如图1(a)所示。 （2）最大负偏差：存在一个最小蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都小，混合物存在着最高沸点，如盐酸—水体系，如图1(b)所示。 （3）最大正偏差：存在一个最大蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都大，混合物存在着最低沸点，如水-乙醇体系，如图1(c)）所示。 图1. 二组分真实液态混合物气—液平衡相图（T-x 图） 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。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。若温度一定时，则气液亮相的组成也随之而定。当溶液组成一定时，根据杠 t A t A t A t B t B t B t / o C t / o t / o x B x B x B A B A A B B (a) (b) (c)x ' x '
二组分系统气液平衡相图的绘制 一实验目的 1.确定不同组成的环己烷——乙醇溶液的沸点及气、液两相的平衡浓度，由此绘制其沸点组成图。 2.掌握阿贝折射仪的原理及使用方法。 二实验原理 本实验用回流冷凝法测定不同浓度的环己烷——乙醇溶液的沸点和气、液两相的组成，从而绘制T----x图。 下图为环己烷——乙醇的沸点组成图的大致形状，ADC和BEC为气相线，AD′C和BE′C 为液相线。体系总组成为x的溶液开始沸腾时，气象组成为y ，继续蒸馏，气相量增加，液相量减少（总量不变），溶液温度上升，回流作用，控制了两相的量一定，沸点一定。此时，气相组成为y′，与其平衡的液相组成为x′，体系的平衡沸点为t沸，此时气液两相服从杠杆原理。 当压力一定时，对两相共存区进行相律分析：独立组分K=2，相数P=2，则自由度f=K－P＋1=2－2＋1=1 即有，体系温度一定，则气液两相成分确定。总量一定时，亮相的量也一定。在一实验装置中，控制气液两相的相对量一定，使体系温度一定， 则气液组成一定。 用精密温度计可以测出平衡温度，取出气液两相样品 测定其折射率可以求出其组成。折射率和组成有一一对应 关系，可以通过测定仪系列已知组成的样品折射率，绘出 工作曲线。测出样品就可以从工作曲线上找到未知样品的 组成。 三仪器与药品 仪器：阿贝折射仪、超级恒温槽、蒸馏瓶、调压 变压器、1/10℃刻度温度计、25ml移液管一支、5ml、 10ml移液管各两支、锥形瓶四个、滴管若干支 药品：环己烷、乙醇、丙酮 四实验步骤 1.工作曲线的测定 把超级恒温槽调至25℃，连接好恒温槽与阿贝折 射仪，使恒温水流经折射仪。 准确配制下列溶液，测定纯环己烷，乙醇和下列 溶液的折射率，并测定溶液温度。 环己烷 1 2 3 4ml 乙醇 4 3 2 1ml 2.测定环己烷的沸点 按图装好仪器，调压变压器调至最小，将25ml苯加入蒸馏瓶，打开冷凝水，接通电源，
`` 实验2 双液系的气液平衡相图 唐盛昌2006011835 分6 同组实验者：徐培 实验日期：2008-10-9，提交报告日期：2008-10-23 带实验助教：尚培华 1 引言（简明的实验目的/原理） 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。 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5—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5—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5—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 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，
实验四二组分真实液态混合物的气—液平衡相图的绘制 一、实验目的 1.掌握二组分真实液态混合物的沸点、气液组成的测定方法。 2.掌握阿贝折光仪的使用。 3.绘制环已烷—乙醇体系的沸点—组成图，确定其恒沸点及恒沸组成。 二、实验原理 在恒定压力下，二组分达到气液平衡时，表示溶液的沸点与组成的相图称为沸点—组成图，即t x —图可分为三类： —图。二组分真实液态混合物的t x (1)溶液的沸点介于两纯组分沸点之间（图4—10（a））。 (2)各组分对拉乌尔定律发生最大正偏差，其溶液有最低恒沸点（图4—10（b））。 (3) 各组分对拉乌尔定律发生最大负偏差，其溶液有最高恒沸点（图4—10（c））。 对(2)、(3)类系统在最低或最高沸点处的气液两相组成相同，加热蒸发的结果只能使气相总量增加，气液两相组成及溶液沸点保持不变，这是的温度称为恒 沸点，相应的组成称为恒沸组成。 为了测定t x —图，需在气—液两相达到平衡后，同时测 定气相组成、液相组成和溶液的沸点。本实验采用折光率法 测定系统的组成。即需测定已配置好的不同组成的溶液的折 光率，然后绘制折光率与组成的标准曲线，即本实验的工作 曲线。实验采用简单蒸馏瓶，用电热丝直接放入溶液中加热 （如图4—11），以减少过热和暴沸现象。气相分析是取冷凝 器下端小玻璃球中的冷凝液，液相分析是取蒸馏瓶内的液体。 分析仪器采用阿贝折光仪。 三、仪器和药品 蒸馏瓶一个；温度计一支（50℃~100℃，0.01精度）；阿 贝折光仪一台；长、短滴管各一支；20ml量筒一个；1ml刻 度滴管一支。 环已烷；无水乙醇；20%、40%、60%、80%环已烷—乙 醇混合液；脱脂棉。 四、实验步骤
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 4 f Φ==213f ΦΦ *=-+=-*min max 1 2Φf ==*max min 3 0 Φf ==