双液系的气液平衡相图
摘要：常温下，两液态物质混合而成的体系称为双液系。其气液平衡相图在科学研究以及实际生产生活上都有重要作用。本文使用沸点仪测定水—正丙醇双液系在一个大气压下的沸点，并利用折射率随溶液组成不同而发生改变的特点，使用阿贝折射仪测定不同沸点下水和正丙醇的比例，绘制出恒压下的双液系平衡相图。
关键词：双液系折光率相图最低恒沸点
Vapor-liquid Equilibrium Phase Diagram of Binary Liquid System
MingXuan Zhang PB15030833
Abstract:Under the room temperature, two liquid substances are mixed to make Binary Liquid Systems. Its vapor-liquid equilibrium phase diagram has an important role in scientific research as well as in the actual production of our daily life. This experiment uses the boiling point of water -Determination of propanol two liquid system in an atmospheric pressure boiling point, and the use of refractive index with different solution composition and change characteristics, the use of Abbe refractometer measurement of different boiling water and n-propanol ratio, finally drawing the two liquid system phase equilibrium.
Keywords:Binary Liquid System Refractive Index Phase Graph Minimum Azeotropic Point
1.前言
二元相图，又称二元系相图，是表示系统中两个组元在热力学平衡状态下组份和温度、压力之间的关系的简明图解。最初，相图通过大量实验得到。随着计算材料学的发展，以分子动力学为基础的计算相图成为得到相图的一种高效手段。
当存在两个组分时，成分也是变量，通常只考虑在常压下的结晶过程，则取两个变
量温度和成分，横坐标用线段表示成分，纵坐标表示温度。平面上按平衡状态下存在的
相来分隔。
对二组分体系，至少有一个相，根据相律，该体系的最大自由度为3，即体系的状
态由三个独立变量(温度、压力和组分)所决定。其相图为三个坐标的立体图。
对于二组分体系，常常保持一个变量为常量，可得到三种平面图p-x(压力-组分)图，
T-x(温度-组分)图和T-p(温度-压力)图。最常用的是前两种。在平面图上最大自由度数是
2，同时共存的相数最多是3。
要获得一个实际体系的相图，通常可以采用动态法或静态法。其中动态法是根据物质在加热或冷却过程中发生相变时伴随的热效应的测定来确定相变温度及过程。一般来讲，动态法简便易行，但存在几个缺陷，其一是它在测量粘度大的材料时会有较大偏差，其二是它只能定性描述相变温度，对相变物质的种类及数量无法确定。而静态法以在室温下研究高温平衡过程为出发点，即将选定的具有不同组成的试样在一系列预定温度下长时间加热，保温直到系统相变进行完全并达到平衡状态，然后将试样迅速淬火，再研究其中的相的种类及数量。本文选用正丙醇-水双液系，考虑到该体系的恒温沸点在87 ℃ 左右，温度不是很高，体系比较简单，我们采用动态法获取其相图。
2.实验部分
2.1.实验目的
1.用沸点仪测定在一大气压下水——正丙醇双液系的气液平衡相图，确定其最低恒沸点温
度及恒沸混合物的组成。
2.掌握双组分沸点的测定方法。通过实验进一步理解分馏原理。
3.用阿贝折射仪测定液体和蒸气的组成，学会用折光率确定双组分体系的组成。
2.2.实验原理
A）基本原理：
在常温下，两液态物质混合而成的体系称为双液系。两液体若只能在一定比例范围内互相溶解，称为部分互溶双液系，若两液体能以任意比例相互溶解，则称为完全互溶双液系。例如：苯－乙醇体系，正丙醇－水体系，环己烷—乙醇体系都是完全互溶双液系，苯－水体系则是部分互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气压与外压相等时的温度。在一定的外压下，纯液体的沸点有确定的值。但对于双液系来说，沸点不仅与外压有关，而且还与双液系的组成有关，即与双液系中两种液体的相对含量有关。
双液系在蒸馏时具有另一个特点是：在一般情况下，双液系的气相组成和液相组成并不相同。因此原则上有可能用反复蒸馏的方法，使双液系中的两液体互相分离。
通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相、液相组成作图，所得图形称为双液系T－x相图，在一定温度下还可画出体系的压力P与组成的P－x关系图。完全互溶双液系在恒定压力下的气液平衡相图可分为三类：
如果溶液与拉乌尔定律的偏差不大，在T—x图上，溶液的蒸汽压和沸点介于A，B两纯组分蒸汽压及沸点之间，如甲苯-苯体系（图5－1）所示，为第一类。
实际溶液由于A—B两组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大的偏差。在T—X图上可能有最低和最高点出现。如图（5－2）、（5－3）所示。这些点称为恒沸点。其相应的溶液称为恒沸点混合物。恒沸混合物蒸馏所得的气相与液相的组成相同。如：盐酸—水体系具有最高恒沸点，为第二类；正丙醇—水等体系具有最低恒沸点，为第三类。
外界压力不同时，同一双液系的相图也不尽相同，所以恒沸点和恒沸点混合物的组成还与外压有关，一般在未注明压力时，通常都指外压为标准大气压的值（1大气压或101325Pa）。
图1 完全互溶体系的一种蒸馏相图图2,3 完全互溶双液系的另两种类型相图
从相律来看，对二组分体系，当压力恒定时，在汽液二相共存区域中，自由度等于1，若温度一定，汽液两相成分也就确定。当总成分一定时，由杠杆原理知，两相的相对量也一定。反之，在一定的实验装置中，利用回流冷凝的方法保持气液两相相对量一定，则体系的温度恒定。此时，取出两相中的样品，用物理方法或化学方法分析两相的成分，可给出在该温度时气液两相平衡成分的坐标点。改变体系的总成分，再如上法可找出另一对坐标点，这样测得若干对坐标后，分别按气相点和液相点连成气相线和液相线，即得双液系的T －X 相图。本实验两相中的成分分析均采用折光率法，溶液折光率的测定，请看附录说明书。
物质的折光率是一特征数值，它与物质的浓度及温度有关。大多数液态有机化合物的折光率的温度系数为-0.0004，因此在测量物质的折光率时要求温度恒定。一般温度控制在±0.2℃时，能从阿贝折射仪上准确测到小数点后4位有效数字。溶液的浓度不同、组成不同折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成，已知浓度的溶液，在恒定温度下测其折光率，作出组成??折光率工作曲线，便可通过测折光率的大小在工作曲线上找出未知溶液的浓度与组成。
B ）沸点仪的构造：
沸点仪的设计虽各有异，但其设计思想都集中在如何正确地测定沸点和气液相的组成，以及防止过热和避免分馏等方面。我们所使用的沸点仪如图5-4所示：
这是一只带有回流冷凝管的长颈圆底烧瓶，冷凝管底部有一球形小室D ，用以收集冷凝下来的汽相样品。液相样品则通过烧瓶上的支管L 抽取，图中E 是一根用300W 的电炉丝截制而成的电加热丝，直接浸入溶液中加热，以减少溶液沸腾时的过热暴沸现象。温度计安装时须注意使水银球一半浸在液面下，一半露在蒸气中，并在水银球外围套一小玻璃管C ，这样，溶液沸腾时，在气泡的带动下，使气液不断喷向水银球而自玻璃管上端溢出；小玻璃管C 还可减少沸点周围环境（如空气流动或其它热源的辐射）对温度计读数可能引起的波动，因此这样测得的温度就能较好地代表气液两相的平衡温度。
分析平衡时气相和液相的组成，须正确取得气相和液相样品。沸点仪中蒸气的分馏作用会影响气相的
平衡组成，使取得的气相样品的组成与气液平衡时的组成产生偏差，因此要减少气相的分馏
图4 沸点仪
A -盛液容器；
B -测量温度计；
C -小玻管；
D -小球；
E -电热丝
F -冷凝管；
G -温度计； L -支管
作用。本实验中所用沸点仪是将平衡时的蒸气凝聚在小球D内，在容器A中的溶液不会溅入小球D的前提下，尽量缩短小球D与大球A的距离，为防止分馏，尽量减少小球D的体积即可达此目的。为了加速达到体系的平衡，可把D球中最初冷凝的液体倾回到容器A中。
C）沸点的测定：
用玻璃水银温度计测量溶液的沸点，如图5-5，固定在沸点仪上的水银温度计是全浸式的，使用时除了要对温度计的零点和刻度误差等因素进行校正外，还应作露茎校正。这是由于温度计未能完全置于被测体系中而引起的。根据玻璃与水银膨胀系数的差异，校正值的计算式为：
?t露/℃=1.6?10-4·n·(t观-t环)
校正的方法是在测量沸点的温度计B旁再固定一支同样精度的温度计G，G的水银球底部应置于测量温度计沸点稳定值至固定温度计橡皮塞露出那一段水银柱的中部。读沸点时同时读取温度计G上的读数，得到温度t观和t环。在测量过程中，由于组成的变动，t观也在变动，因此温度计G的位置也应随着沸点稳定值而进行调整，始终让其置于温度计B露出水银柱的中部。式中的n是露出那段水银柱的长。1.6?10-4是水银对玻璃的相对膨胀系数。
沸点除了要进行露茎校正外，还需要进行压力校正。标准大气压下（P=760mmHg或101325Pa）测得的沸点为正常沸点。实际测量时，压力一般都不恰好为标准大气压。应用特鲁顿规则及克劳修斯－克拉贝龙公式，可得溶液沸点随大气压变动而变动的近似值：
?t C t C P Pa
/
(./)(/)?=
+?
?
-
27315
10
101325
101325
校正后，溶液的正常沸点为：
t沸=t观+?t压+?t露
图5 温度计露茎校正示意图
2.3.实验仪器与试剂
表1 实验仪器及试剂
2.4.实验步骤
A）正丙醇－水溶液折光率与组成工作曲线的测定：
配制正丙醇的质量百分比为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%的正丙醇水溶液各5mL。准确计算正丙醇和水的量，用分析天平准确称量，为避免样
品在称量过程中挥发，应做到动作迅速。各个溶液确切的组成可按实际称量结果计算。
节自动折光仪温度为25.00℃，用蒸馏水校零。
测量不同浓度溶液的折光率，绘制不同温度时正丙醇-水溶液的组成与折光率工作曲线。
B）安装沸点仪：
将烘干的沸点仪安装好，注意带有温度计和加热丝的橡皮塞要塞紧，不要触及烧瓶
底部，温度计和加热丝之间要有一定的距离，装上辅助温度计G。操作时要小心，防止
打破水银温度计。
C）测正丙醇的沸点：
50mL 的移液管从支管L 中加入正丙醇溶液50mL，注意观察电加热丝是否全部浸没在溶液中。夹上电热丝夹，打开冷却水，插上电源，调节变压器电压由零慢慢增加，观察加热丝上是否有小气泡逸出，电压控制在20V 以内，溶液会慢慢沸腾。可以在支管处缠上保温带，电压控制在5V 以内，体系中的蒸汽经冷凝管冷凝后，聚于小球D 中。冷凝液不断地冲刷D 球，必要时可将D 球中的冷凝液倾入烧瓶中，观察B 温度计上的读数达到稳定，此时体系处于平衡状态，调整G 温度计到正确位置；再稳定5-7 分钟，准确记下温度传感器上t 观，切断电源。
D）取样并测定组成（折光率）：
用干燥的滴定管自冷凝管中取出小球D 内的全部气相冷凝液，用另一支干燥吸管从L 口中取液相液1mL 左右，分别放入带有磨口的小试管和小瓶中，并将试管置于一盛有冷水的小烧瓶中让其冷却，防止挥发。
观察自动折光仪上的温度是否正确，用丙酮棉球擦拭镜面，并用吹风机吹干。把待测的气相液，液相液分别滴于镜面上迅速测量。
E）不同组成溶液的沸点和折光率：
用2mL 移液管移取H2O 0.5 mL，从支管L 加入烧瓶中，以改变溶液的总组成，按步骤3-4 测量新体系中的液相、气相的折光率和平衡时的t 观和t 环-。
依次向烧瓶中加入1，1.5，2，2.5，4，6mL 的水，仍按步骤3-4 逐一进行测量，分别得到不同组成时的汽相、液相的折光率及各自的沸点。
用20mL 的移液管加入40mL 蒸馏水，按以上方法测量水的折光率和沸点，并逐一加入0.5，1，1.5，2，4，10，20mL 的正丙醇，改变体系的总组成，测量气液平衡时各个样品的折光率和沸点。
由以上测得的个点汽相、液相样品的折光率，从工作曲线上查找出其对应的组成。在实验过程中，可观察到由正丙醇—纯水体系汽相、液相的折光率将向着降低或升高的方向移动，起初气液两相折光率的读数相差较小，相差慢慢增加，又慢慢减小，直至相等。表示此时已达到最低恒沸点组成，此组成为最低恒沸点混合物。该体系的最低恒沸点在87℃左右，正丙醇含量在69～71%之间。
实验结束时，先让老师审查实验结果，然后再拆除实验装置，做好卫生，方可离开实验室。
本人从正丙醇开始做，进行一半的测量，另一半测量由安素明完成，共同完成相图。
2.5.注意事项
1. 加热电阻丝一定要被欲测液体浸没，否则通电加热时可能会引起有机液体燃烧；所加电
压不能太大，加热丝上有小气泡逸出即可；温度计的水银球不要直接碰到加热丝。 2. 一定要使体系达到气液平衡，即温度读数要稳定，然后再取样；先停止通电再取样。
2.6. 数据处理方法
1. 计算体系的正常沸点，把测得的沸点经校正后列入表中。
2. 把气相、液相的折光率转换成百分含量一一对应的描绘在坐标纸上。
3. 把气相点，液相点连接成平滑的曲线，并顺延交于一点，此点为最低恒沸点。
3. 实验数据记录与处理
详见“附录”
4. 实验结果及讨论
4.1. 实验结果
由实验数据可绘制出相图，绘制过程详见“附录”，得到图6——水和正丙醇的二组分相图，并得到最低恒沸点以及最低恒沸点的组成：
表2 最低恒沸点T b 及正丙醇质量分数x 正丙醇计算结果
98
100102
图6 水—正丙醇二组分相图
4.2.结果分析
实验中，向正丙醇中加入水的部分是由本人进行实验操作，所得曲线为图6 中图像
的右半部分；向水中加入正丙醇的部分是由安素明同学进行实验操作，所得曲线为图6
中图像的左半部分。
由图可以看出，图像的左半部分与右半部分的衔接基本重合，但最低点处有一定的
偏差，液相点未与气相点完全重合。
查阅相关资料，可知正丙醇-水双液系的理论最低恒沸点在87.7℃，正丙醇含量在71.7% 左右，实验数据中恒沸点值与理论值符合较好，但正丙醇的含量与理论值相差稍大。实验基本成功。
4.3.讨论
1.由实验原始数据可以看到，在溶液组成接近纯溶液和接近恒沸点时沸点测量较准，三次测量的相对偏差较小。而在纯溶液与恒沸点之间的点，三次测量数据的相对偏差较大，可能是因为气液相组成差别较大，对溶液组成产生了一定影响，加上测温仪器对温度测量本
身有滞后性，所以沸点测量的相对不太准确。
2.正丙醇—水溶液的折光率与组成的工作曲线不是一条直线，我分别尝试了用二次多项式和指数拟合，最后指数拟合对测量数据拟合较准，故采用指数拟合的数据。
4.4.误差分析
1．从工作曲线的绘制可以看出，数据点不是很平滑，说明在配置不同浓度的水-正
丙醇溶液时，可能由于取样，密封等不及时，造成正丙醇的挥发，从而造成误差。
2．工作曲线采用指数拟合形式，处理过程中，使用其他的拟合方法，不同的处理
过程可能有不同的结果，折光率与质量分数的关系难以用一个确定形式的函数表示，查
阅文献可知其也与温度相关并可以利用Matlab 求解，选取拟合函数的过程中可能引入
偏差。
3．由于相图中的点应是平滑变化的，我使用的是B-Spline 曲线类型对数据点进行
平滑拟合，故可能未经过数据点，在最低端，两条曲线也未严密相切于一点，这使得读
数上可能存在一定误差。
4．由于溶液的温度较高，在取样的过程中、取样后，样品溶液均可能继续挥发，导
致组成发生改变，使得测量的溶液与实际体系有偏差。我们只利用小烧杯中的冷水来进
行降温，并未对小试管等进行密封，可能会有较多挥发。
5．在移出冷凝管底部的气相样品的过程中，由于移液管或长吸管都难以将底部液体
吸尽，且壁上总会残留一些溶液，故这部分溶液可能对下一组气相样品的组成有影响，
在有限时间内，无法通过大量冷凝样品流下带走溶液的方式使得下部的液体就是纯净的
气相冷却样品，可能带来误差。
6．理论上应该等到温度计的值稳定不变后再读数，但是由于安东帕MKT50 高精度温度计非常灵敏，并且由于热量传递、温度测量、信号传递等存在滞后效应并且环境温度有一定波动，故实验难以获得稳定数据，我们选择温度计稳定在0.1℃的时候认为是达到稳定，所以温度的测量存在一定误差。
7．整个实验体系并非绝热体系，整个体系在向外不断散热，实验中使用保温带进
行隔热处理，但也会存在少量散热，使得体系的温度测定存在误差。
8．压力校正时，仅仅通过实验室内大气压力代替，而在沸腾过程中，沸点仪内局部的压强可能与实验室内大气压不同，也可能存在误差。
9．沸腾后，冷凝液需要不断地冲刷小球几次后待温度稳定才能开始取样。若等待时间不够长也会造成实验误差。
10．实验过程中，向水中加入正丙醇的和向正丙醇中加入水的部分是由不同实验人员进行实验操作的，由于每个人的读数习惯、操作不同，并且使用的仪器不同，导致实验不平行，从而造成误差，因此得到的相图与标准相图有出入。
4.5.实验总结
本实验通过对不同组成的正丙醇-水体系测量沸点与气、液相折光率，并根据标准曲线计算组成，进而绘制出正丙醇-水双液系相图。通过相图我们可以直观的认识到二组分溶液气、液相组成一般不同，也可读出最低恒沸点和对应的组成。
实验中绘制相图的数据由两人完成，间隔点在中间，此处变化较小，实验者不同带来的误差可能会被放大。所以可以考虑由多人分别完成曲线的几个部分，每个部分取点数适当增多，最后共同绘制一张相图。
并且，我们可以考虑在冷凝管前加装活塞，这样加热停止后可以将气相、液相所处位置隔离开，有效较少液体继续挥发带来的影响。
总体而言，实验结果与文献值相比较准确，所以本实验准确度较大，可行性较强，有一定的研究意义。
5.参考文献
[1] 双液系的气液平衡相图（讲义）. 中国科学技术大学化学与材料科学学院实验中心
[2] 《定量化学分析》李龙泉等合肥中国科学技术大学出版社2007
[3] CRC Handbook of Chemistry and Physics 90th Edition 2010
[4] 《物理化学》（第五版）上册[M] 傅献彩等高等教育出版社2005
[5] 张振坤.乙醇-正丙醇物系的折光率-温度-组成的关系模型建立.广州化工.2016
[6] 曾国勇. MATLAB 在折光率-组成-温度模型研究中的应用.广州化工.2011
附录
1.实验条件
实验前，气压：102.62 kpa
实验后，气压：102.71 kpa
平均：102.665 kpa
2.原始数据
附表1 往正丙醇中加水的溶液沸点及气相、液相的折光率数据（张明铉测）
附表2 往水中加正丙醇的溶液沸点及气相、液相的折光率数据（安素明测）
附表3 工作曲线数据
3. 相图绘制
3.1 工作曲线绘制
用origin 将测量的工作曲线数据绘制出来，发现折光率与正丁醇百分含量不为线性关系，尝试用二次多项式和指数函数拟合
附图1 折光率与正丙醇百分含量拟合曲线（二次多项式拟合）
工作曲线
水/g
正丙醇/g W(正丙醇) 折光率
2.2772 0.2645 0.10406 1.3420
3.0312 0.9659 0.24165 1.3534 9.1534
4.4024 0.32476 1.3583 6.5401 3.7667 0.36546 1.3611
5.2103 5.0488 0.49213 1.3668 4.6335
6.7990 0.59471 1.3715 3.8766
7.8169 0.66848 1.3744 2.3249
8.1505 0.77806 1.3785 1.0964 8.8283 0.88953 1.3817 纯水折光率 1.3325 纯正丙醇折光率
1.3830
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
折光率与正丙醇百分含量拟合曲线（二次多项式拟合） Polynomial Fit of Sheet1 B"W"
W (%)
折光率
E P W In
B B R R A
可以得到拟合函数：x 250944.338x 96751.901-9108.600y +=
相关系数R 2 = 0.9933
附图2 折光率与正丙醇百分含量拟合曲线（指数拟合）
可以得到拟合函数：e
02871
.0x 21
-10
3421.115818.0-y ??+=
相关系数R 2 = 0.99543
指数拟合效果更好，因此选用指数拟合。
3.1 沸点及折光率校正
3.1.1 折光率的校正
25.00℃时，标准纯水折射率 n o =1.3325，实验测得纯水折射率 n=1.3325，故无需校正。
3.1.2 沸点的校正
t=(t 1+t 2)/2=(25.00+25.00)/2=25.00℃
p=(p 1+p 2)/2=(102.62+102.71)/2=102.665kPa
Δt=(273.15+t/℃)/10×(101325-p/Pa)/101325=(273.15+t/℃)/10×(101325-102665)/101325 t 校正=t+Δt
折光率与正丙醇百分含量拟合曲线（指数拟合） ExpDec1 Fit of Sheet1 B"W"W (%)
折光率
M
E P y0A t1
R R
A
3.3 数据整理
将测量得到的气相、液相折光率带入拟合方程中得到气相、液相的组成，将校正后数据整理如下。
附表4 数据整理
3.4 水—正丙醇二组分相图
将上表中数据带入origin中作图得到水—正丙醇二组分相图。
将图放大，由附图4可知：
最低恒沸点约为87.83℃，此时正丙醇含量约73.4%
文献值：该体系的最低恒沸点在87.7℃左右，正丙醇含量在71.7%左右
最低恒沸点误差约为：0.15%
正丙醇含量误差约为：2.4%
实验结果较准确
附表5最低恒沸点T b及正丙醇质量分数x正丙醇计算结果
附图3 水—正丙醇二组分相图
附图4 取最低恒沸点
86889092949698
100102
86889092949698100102
沸点（℃）
W (%)
气相 液相
实验二二元液系气液平衡相图 一、实验目的 1、了解环己烷—乙醇系的沸点—组成图 2、由图上得出其最低恒沸温度及最低恒沸组成（含乙醇%） 3、学会使用数字阿贝折射仪 4、学会使用WTS—05数字交流调压器 二、原理 一个完全互溶双液体系的沸点—组成图，表明在气液二相平衡时沸点和二相成分间的关系，它对了解这一体系对行为及分馏过程都有很大的实用价值。 在恒压下完全互溶双液系的沸点与组分关系有下列三种情况：1、溶液沸点介于二纯组分之间；2、溶液有最高恒沸点；3、溶液有最低恒沸点。 图1表示有最低恒沸点，本次实验图形也像如此的样子，A′LB′代表液相线的交点表示在该温度时互成平衡的二相的成份。 绘制沸点—成份图的简单原理如下：当总成份为X的溶液开始蒸馏时，体系的温度沿虚线上升，开始沸腾时成份为Y的气相生成。若气相量很少，x、y二点即代表互成平衡时液气二相成份。继续蒸馏，气相量逐渐增多，沸点沿虚线继续上升，气液二相成份分别在气相和液相线上沿箭头指示方向变化。当二相成份达到某一对数值x′和y′，维持二相的量不变，则体系气液二相又在此成份达到平衡，而二相的物质数量按杠杆原理分配。 本实验利用回流的方法保持气液二相相对量一定，则体系温度恒定。待二相平衡后，取出二相的样品，用阿贝折光仪测定其折射率。得出该温度下气液二相平衡成份的坐标点，改变体系的总成份，再用上法找出一对坐标点，这样测得若干坐标点后，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、步骤 1、安装接通仪器，打开冷凝水； 2、加入环己烷20ml，蒸馏至沸腾，待小兜有液体后回流三次，温度平衡2—3分钟基本不变，记下温度，关闭调压器； 3、A组加入乙醇0.5ml，用上法测定温度，然后关闭调压器，取出气相，液相的样品，测其折射率，以后分别加入1.0,2.0,4.0,8.0,12.0ml乙醇；
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 '
实验名称:二元液系相图 学院:XXXXXXXXXX 班级：XXXXXXXXX 姓名（学号）：XXX(XXXXXXXX) 指导教师：XXX 实验时间：XXXXXXXXXXXXXX
二元液系相图 一、实验目的 1.测定环己烷-乙醇系统的沸点组成图（T-X图）。 2.掌握阿贝（Abbe）折光仪的使用方法。 二、实验原理 两种液态物质以任何比例混合都形成均相溶液的系统称这完全 互中溶双液系。在恒定压力下溶液沸点与平衡的气液相组成的关系，可用沸点－组成图(t－x图)表示。 完全互溶双液系的沸点－组成图可分为两三种： 一种为最简单的情况，溶液沸点介于两个纯组分沸点之间，如图6-1所示。纵坐标表示温度，横坐标表示组分B的摩尔分数(x B，y B)。下面一条曲线表示气液平衡时温度(即溶液沸点)与液想组成的关系，称液相线(T－x线)。上面的线表示平衡温度与气相组成的关系,称气相线(T－y线)。若总组成为Z B的系统在压力p及温度t时达到气液两相平衡，其液相组成为x B气相组成为y B(见图6-1)。 另两种类型为具有恒沸点的完全互溶双液系统气液平衡相图，如图6-2所示。其中(a)为具有低恒沸点相图，(b)为具有高恒沸点相图。这两类相图中气相线与液相线在某处相切。相切点对应的温度称为恒沸温度，对应组成的混合物称恒沸混合物。恒沸混合物在恒沸点达气液平衡，平衡的气、液组成相同。同一双液系在不同压力下，恒沸点及恒沸混合物是不同的。
本实验绘制环己烷-乙醇二元液系的T-X图。其方法为将不同组成的溶液于蒸馏仪中进行蒸馏，沸腾平衡后记下温度，依次吸取少量的蒸馏液和蒸出液。分别用阿贝折光计测定其折射率，然后由环己烷-乙醇的折射率-组成标准曲线或其数据表确定相应组成，从而绘制环己烷-乙醇二元液系相图。 三、仪器和试剂 沸点测定仪；取样管；阿贝折光仪。 环己烷（分析纯）；无水乙醇（分析纯）；环己烷摩尔分数分别为0.2、0.4、0.6、0.8的乙醇溶液。 四、实验步骤 1.纯液体折光率的测定 分别测定乙醇和环己烷的折光率。 2.标准曲线的绘制 测定环己烷摩尔分数分别为0.2、0.4、0.6、0.8的乙醇溶液的折光率，绘制标准曲线。 3.测定沸点-组成数据 1)安装沸点测定仪。 2)溶液配制。 粗略配制环己烷质量百分数分别为0.05、0.1、0.2、0.45、0.55、0.6、0.7、0.8、0.9等组成的环己烷-乙醇溶液约50ml。
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
实验三双液系气液平衡相图的绘制姓名：学号: 班级：实验日期：2015年9月21日 提交报告日期：2015年9月28日 1、实验目的 1．了解沸点仪的原理和使用方法。 2．在大气压力下用沸点仪测绘环己烷-乙醇双液系的气相平衡相图。 3．掌握阿贝折射仪的使用方法。 2、实验原理 双液系是指两种液态物质混合而成的物系。双液系可以分为完全互溶双液系、部分互溶双液系和完全不溶双液系。 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平衡状态图，简称相图。沸点和组成的关系有下列三种：(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；(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；(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。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。 为了测定二元液系的相图，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—乙醇双液系的相图。方法是用沸点仪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
编号123456 7 8 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。 3、实验仪器和试剂 1.仪器 沸点仪1个、加热电源（0.5kW）1台、阿贝折射仪1台、长颈胶头滴管2支、镜头纸、 超级恒温槽、50~10℃温度计1支。 2.药品 乙醇、环己烷、丙酮。 4、实验操作步骤及方法要点 1．启动超级恒温槽的加热和搅拌系统，把超级恒温槽的控制温度调至27℃。 2．测定标准溶液的折射率 用与超级恒温槽相连接的已经恒温的阿贝折射仪测定标准溶液的折射率，作折射率对组成的工作曲线。 3．溶液沸点及气液平衡组成的测定。 往沸点仪中加入20mL乙醇，通冷却水，打开电源并调电压至12V，加热溶液至沸腾。待其温度计上所指示的温度保持恒定后，读下该温度值，同时停止加热，并立即在小泡中取气相冷凝液，迅速测定其折射率，并用另一滴管取少量液相测定其折射率。 接下来，往沸点仪中分别加入1mL、2mL、2mL、2mL、5mL环己烷，并按前述方法测定气液平衡温度和气液两相的折光率。结束后，将沸点仪中溶液倒入回收瓶并用电吹风把沸点仪烘干。 往沸点仪中加入20mL环己烷，经行实验。在之后往沸点仪中分别加入的是1mL、2mL、2mL、2mL、5mL乙醇。 注意：每次测量折射率后，要将折射仪的棱镜打开晾干，以备下次测定用。 5、实验数据 1）原始实验测量数据 大气压力：97.13kPa 室温：25.5℃ 以下数据测定过程中阿贝折射仪（恒温槽）温度为27.0℃。
双液系气-液平衡相图的绘制 一、实验目的、要求 1. 测定常压下环己烷-乙醇二元系统的汽液平衡数据，绘制101325Pa下的沸点-组成的相图。 2. 掌握阿贝折射仪的原理和使用方法。 二、实验原理 液体混合物中各组分在同一温度下具有不同的挥发能力。因而，经过汽液见相变达到平衡后，各组分在汽、液两相中的浓度是不相同的。根据这个特点，使二元混合物在精馏塔中进行反复蒸馏，就可分离得到各纯组分。为了得到预期的分离效果，设计精馏装置必须掌握精确的汽液平衡数据，也就是平衡时的汽、液两相的组成与温度、压力见的依赖关系。大量工业上重要的系统的平衡数据，很难由理论计算，必须由实验直接测定，即在恒压（或恒温）下测定平衡的蒸汽与液体的各组分。其中，恒压数据应用更广，测定方法也较简便。 本实验测定的恒压下环己烷-乙醇二元汽液平衡相图。图中横坐标表示二元系的组成（以B的摩尔分数表示），纵坐标为温度。用不同组成的溶液进行测定，可得一系列数据，据此画出一张由液相线与汽相线组成的完整相图。 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C=2，相数P=2，则自由度F=C－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，两相的量也一定。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、使用仪器、材料 沸点仪1套，阿贝折射仪，移液管，环己烷，无水乙醇 四、实验步骤 1、测定折射率与组成的关系，绘制工作曲线 将9支小试管编号，依次移入0.1 ml, 0.2 ml, …, 0.9 ml的环己烷，然后依次移入0.9 ml, 0.8 ml,…, 0.1 ml的无水乙醇，配成9份已知浓度的溶液，用阿贝折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和纯无水乙醇的折射率，以折射率对浓度作图。 2、测定环己烷-乙醇体系的沸点与组成的关系 (1) 右半部沸点-组成关系的测定取20 ml无水乙醇加入沸点仪中，然后依次加入环己烷0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 4.0, 14.0 ml，测定溶液沸点，及气、液组分折射率n。完成后，将溶液倒入回收瓶。 (2) 左半部沸点-组成关系的测定取25 ml环己烷加入沸点仪中，然后依次加入
双液系的气-液平衡相图 1. 简述由实验绘制环己烷-乙醇气-液平衡T-x相图的基本原理。 答：通过测定不同沸点下组分的气、液相的折射率，在标准的工作曲线上找出该折射率对应的浓度，结合其沸点画出平衡相图。 2. 在双液系的气-液平衡相图实验中，作环己烷-乙醇的标准折光率-组成曲线的目的是什么？ 答：作标准曲线的目的是通过测气、液相相得折射率从而在标准工作曲线上找出对应的浓度。 3. 用精馏的方法是否可把乙醇和环己烷混合液完全分离，为什么？ 答：不能完全分离。因为环己烷-乙醇二组分具有最低恒沸点。 4. 测定纯环己烷和纯乙醇的沸点时，沸点仪中有水或其它物质行吗？ 答：有水和其他物质都是不行的。因为有水和其他物质会使所测沸点改变。 5. 为什么工业上常生产95％酒精？只用精馏含水酒精的方法是否可能获得无水酒精？ 答：因为水-乙醇二组分具有最低恒沸点，所以工业上常生产95%的酒精。用精馏的方法无法获得无水酒精，只能获得95%的酒精。 6. 在双液系的气-液平衡相图实验中，如何判断气-液相达平衡状态？
答：观察贝克曼温度计的读数，如果读数稳定3-5分钟，说明已达平衡状态。 7. 在双液系的气-液平衡相图实验中，每次加入沸点仪中的环己烷或乙醇是否应按记录表所规定的体积精确计量？为什么？ 答：不需要按记录表的加。因为组分的浓度不是按所加物质的量计算得来的，而是通过测折射率间接得到的。 8. 在双液系的气-液平衡相图实验中，在测定沸点时，溶液出现分馏现象，将使绘出的相图图形发生什么变化？ 答：出现馏分将使测得的沸点偏高，使相图向上移动。 9. 在双液系的气-液平衡相图实验中，蒸馏器中收集气相冷凝的小球大小对结果有何影响？ 答：小球太小难以收集气相，小球太大，小球内的组分更新太慢，产生馏分，导致实验误差。 10. 在双液系的气-液平衡相图实验中，通过测定什么参数来测定双液系气-液平衡时气相和液相的组成？ 答：通过测定组分的折射率来测定双液系气-液平衡时气相和液相的组成。 11. 在双液系的气-液平衡相图中，如何通过测定溶液的折光率来求得溶液的组成？ 答：通过测得的折射率在标准曲线上找出对应的浓度，根据气、液相平衡浓度与测得的沸点作出平衡相图。
双液系的气—液平衡相图 一、实验目的 1.绘制在Pθ环已烷—乙醇的气液平衡相图，了解相图和相律基本概念； 2.掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法； 3.掌握用折光率确定二元液体的组成方法。 二、实验原理 液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有确定值。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。 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。
图1. 沸点和组成（T-x）图 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（如图2所示）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），分别用阿贝折光仪测定其折光率。根据已知组成的溶液折光率，作出一定温度下（25℃）该溶液的折光率—组成工作曲线，然后根据测得的样品溶液的气液两相的折光率，在此曲线上即可按描法得到待测未知样品溶液的组成。 图2. 沸点测定仪示意图 三、仪器与药品 沸点测定仪1只丙酮（分析纯） 水银温度计（50~100℃，分度值0.1℃）1支超级恒温水浴1台玻璃温度计（0~100℃，分度值1℃）1支称量瓶（高型）10只
二元液系相图 一、实验目的 二、1、用沸点仪测定在常压下环己烷-乙醇的气液平衡相图。 三、2、了解沸点的测定方法。 四、3、掌握阿贝折射仪的测量原理及使用方法。 五、二、实验原理 六、1、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。 七、 八、2、用阿贝折射仪测定气液组成的折光率，来获得气液组成。 三、实验装置
四、仪器及试剂 仪器：EF-03沸点测量仪、阿贝折射仪、沸点仪、取样管 试剂：无水乙醇、环己烷 五、实验步骤 1、安装好干燥的沸点仪。 2、加入纯乙醇30ml左右，盖好瓶塞，使电热丝浸入液体中，温度传感器与液面接触。
3、开冷凝水,将稳流电源调至（1.8-2.0A），接通电热丝，加热至沸腾，待数字温度计上读数恒定后，读下该温度值。 4、关闭电源，停止加热，将干燥的取样管自冷凝管上端插入冷凝液收集小槽中,取气相冷凝液样,迅速用阿贝折射仪测其折光率。 5、用干燥的小滴管取液相液样，用阿贝折射仪测其折光率。 6、分别在沸点仪中加入混合液，1、2、3、4、5、6重复上述操作。 7、根据环己烷-乙醇标准溶液的折射率，将上述数据转换成环己烷的摩尔分数，绘制相图。 8、实验完毕后,关闭冷凝水，关闭电源，整理实验台。 六、阿贝折光仪的使用 1、用擦镜纸将镜面擦干，取样管垂直向下将样品滴加在镜面上，注意不要有气泡，然后将上棱镜合上，关上旋钮。 2、打开遮光板，合上反射镜。 3、轻轻旋转目镜，使视野最清晰。 4、旋转刻度调节手轮（下手轮），使目镜中出现明暗面（中间有色散面），图a。
双液系的气液平衡相图 实验者：林澄昱生04 2010030007 同组者：张弯弯 实验日期：2012-03-10 提交日期：2012-03-16 实验指导：刘晓惠 1引言 两种蒸气压不同的挥发性液体在混合之后，其溶液组成与与其平衡气相的组成不同。 在恒外压下，二组分系统达到气液平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时气液两相组成关系的相图，称为沸点和组成（T-x）图。大致分为三大类，包括： （1）理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其混合物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，有最高恒沸点。见图1（b）； （3）各组分蒸汽压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，有最低恒沸点。见图2（c）1。 图1 三类沸点组成（T-x）图 本实验为了绘制常压下环己烷-乙醇的气液平衡相图，先利用阿贝折射仪测定一系列已知组成混合溶液及纯液体的折射率，绘制标准曲线，再通过沸点仪测定一系列混合溶液的沸点，收集少量气相冷凝液以及溶液，测定其各自折射率，反查标准曲线得到气液两相的组成，绘得双液系的气液平衡相图。 2实验操作 2.1实验药品、仪器及测试装置示意图 2.1.1实验药品 环己烷，无水乙醇； 2.1.2实验仪器 沸点仪，调压器，温度传感器，锥形瓶，分析天平（AR2140），阿贝折射 仪（型号不明，为靠近恒温箱的一台），恒温箱，胶头滴管，10ml吸量管， 洗耳球； 2.1.3装置示意图
1. 冷却水入口 2. 气相冷凝液贮存小泡 3. 温度传感器 4. 喷嘴 5. 电热丝 6. 调压器2 图2 沸点仪 2.2实验条件 恒温槽温度：26 ℃ 室温：未测 气压：未测 2.3实验操作步骤及方法要点 2.3.1标准曲线的测定及绘制 2.3.1.1标准溶液的配制 取5个干燥、洁净的锥形瓶，编号为1~5，分别称量空瓶质量并记录；依照表1分别量取并加入相应体积的环己烷和无水乙醇，每加 入一种溶液以后称量其质量并记录；得到5份已知组分的标准溶液。 表1 标准溶液的配制方案 通过称量得到的质量，可以计算得到每锥形瓶中液体含有的环己烷质量分数，通过测定其折射率，可以确定特定环己烷质量分数与折 射率的关系；同时，直接量取纯的无水乙醇和环己烷，测定其折射率， 可以绘制在环己烷质量分数在0~1之间的无水乙醇混合溶液与折射率 的关系曲线。 2.3.1.2标准溶液折射率测定 （1）将阿贝折射仪与恒温箱相连，调节反光镜使目镜视野明亮，此 时仪器可以用来测量； （2）用胶头滴管加入待测溶液，在右目镜视野中观察，用右侧旋钮 调节色散程度，使明暗分界线清晰，再用左侧旋钮调节，使明 暗交界线处于叉丝中心。注意接下来实验过程中保证左侧旋钮
四川理工学院实验报告 系：材化系 课程名称：简明物理化学实验 日期：2011年4月18日 姓名 学号 实验室 528 专业 材料科学与工程 班号 2009级2班 老师鉴定 实验名称 完全互溶双液系气液平衡相图的绘制 成绩评定 一、实验目的 （1）测定常压下环已烷—乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点—组成相图；（2）掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理；（3）掌握阿贝折射仪的使用方法。二、实验原理 两种液体物质混合而成的两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3种情况。两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。 恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气—液平衡相图（图），根据体系对拉乌x T 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2.7（a ） 所示。 （2）最大负偏差：存在一个最小蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都小，混合物存在着最高沸点，如盐酸—水体系，如图2.7（b ）所示。 （3）最大正偏差：存在一个最大蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都大，混合物存在着最低沸点，如正丙醇—水体系，如图2.7（c ）所示。 B B B B (a) (b) (c) 图2.7 二组分真实液态混合物气—液平衡相图（T-x 图） 后两种情况为具有恒沸点的双液系相图。它们在最低或最高恒沸点时的气相和液相组成相同，因而不能像第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离，而只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。 为了绘制双液系的T-x 相图，需测定几组原始组成不同的双液系在气—液两相平衡后的沸点和液相、气相的平衡组成。 本实验以环已烷—乙醇为体系，该体系属于上述第3种类型。在沸点仪（如图2.8所示）中蒸馏不同组成的混合物，测定其沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出T-x 相图。本实验中气液两相的组成均采用折光率法测定。 折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，因此在测量物质的折光率
完全互溶双液系气液平衡相图的绘制 一．实验目的 1．测定常压下环己烷－乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点－组成相图。 2．掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。 3．掌握阿贝折射仪的使用方法及原理。 4．了解和掌握沸点仪的测定原理及方法。 5．加深对完全互溶双液系气液平衡相图的理解和增强个人动手能力。 二．实验原理 两种液体物质混合而成的两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。两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。 恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T－x图），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为三类： （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：存在一个最小蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都小，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：存在一个最大蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都大，混合物存在着最低沸点，如正丙醇—水体系，如图1(c)）所示。 对于后两种情况，为具有恒沸点的双液系相图。它们在最低或最高恒沸点时的气相和液相组成相同，因而不能象第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离，而只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。 为了绘制双液系的T－x相图，需测定几组原始组成不同的双液系在气－液两相平衡后的沸点和液相、气相的平衡组成。 本实验以环己烷－乙醇为体系，该体系属于上述第三种类型。在沸点仪（如图2所示）中蒸馏不同组成的混合物，测定其沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出T－x相图。 本实验中气液两相的组成均采用折光率法测定。 折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，因此在测量物质的折光率时要求温度恒定。溶液的浓度不同、组成不同，折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成的溶液，在恒定温度下测其折光图1 二组分真实液态混合物气－液平衡相图（T－x图）
双液系沸点-组成图测绘实验报告 实验时间：2015年4月15日 学号：1120132970 一、目的要求 1 ?测定相应组成时的沸点并制作常压下环已烷一无水乙醇双液系的平衡相图。 2 ?从沸点组成图了解分馏原理。 3.了解沸点的测定技术，掌握两组分液体沸点的测定方法。 4 ?掌握折光率与组成的关系及阿贝折光仪的测量原理和使用方法。 二.实验原理 1、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。 一个完全互溶的二元体系，两个纯液体组分在所有组成范围内完全互溶。在 定压下，完全互溶的二元体系的沸点一组成图可分为三类，如图C7.1所示。 a. 溶液的沸点介于两纯组分沸点之间，如苯一甲苯体系； b. 溶液有最低恒沸点，如环己烷-乙醇体系； c. 溶液有最高恒沸点，如丙酮一氯仿体系。 Xi JF4 Xi jn B A B X x B 下面以a为例，简单说明绘制沸点-组成图的原理。加热总组成为x1的溶液, 体系的温度上升，达液相线上1点时溶液开始沸腾，组成为x2的气相开始生成，但气相量很少，趋于0，x1、x2二点代表达到平衡时液、气两相组成。继续加热, 气相量逐渐增多，沸点继续上升，气、液二相组成分别在气相线和液相线上变化，当达某温度（如2点）并维持温度不变时，则x3、x4为该温度下液、气两相组成，气相、液相的量之比按杠杆规则确定。从相律 f = c - p +2 可知：当外压恒定时，在气、液两相共存区域自由度等于1;当温度一定时，则气、液两相的组成也就确定，总组成一定，由杠杆
规则可知两相的量之比也已确定。因此，在一定的实验装置中，全回流的加热溶液，在总组成、总量不变时，当气相的量与液相的量之比也不变时（达气-液平衡），则体系的温度也就恒定。分别取出气、液两相的样品，分析其组成，得到该温度下气、液两相平衡时各相的组成。改变溶液总组成，得到另一温度下气、液两相平衡时各相的组成。测得溶液若干总组成下的气液平衡温度及气、液相组成，分别将气相点用线连接即为气相线，将液相点用线连接即为液相线，得到沸点-组成图。 气相、液相的成份分析采用折光率法：折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，因此在测量物质的折光率时要求温度恒定。溶液的浓度不同、组成不同，折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成的溶液，绘出折光率-组成（n-x）的等温线，方法是在定温下测定已知各种组成（x ）的折光率（n），绘出n-x等温线。对于未知组成的样品，取出各相样品后，迅速测出该温度下的折光率（n），便可以从n-x线查出其相应组成。 2、阿贝折光仪的原理 它的主要部分为两块直角棱镜PI，PII，棱镜PI的粗糙表面与PII的光学平面镜AD之间约有0.1到0.15mm的空隙，用于装待测液体并使在PI、PII间铺成一簿层。光线从反射镜射入棱镜PI后，由于面是粗糙的毛玻璃而发生漫射，从各种角度透过缝隙的被测液体；进入棱镜PII中，由前所知，从各个方向进入棱镜PII的光线均产生折射，而其折射角都落在临界角rc之内（因为棱镜的折 射率大于液体的折射率，因此人射角从到的全部光线都能通过棱镜而发生折 射）。具有临界角rc的光线穿出棱镜PII后射于目镜上，此时若将目镜的十字线调节到适当位置，则会见到目镜上半明半暗。 从几何光学原理可以证明，缝隙中液体的折射率n液与rc间的关系为：n 液=sinB ，B对一定的棱镜为一常数，n棱镜在定温下也是个定值。所以液体的折射率n液是角rc的函数。由rc可计算液体折射率。折光仪上已经把读数rc 换算成n液的值，可直接读出n液的值。 3、阿贝折光仪使用方法
双液体系气—液平衡相图的绘制 一、 实验目的 1. 绘制环己烷—异丙醇双液体系的沸点组成图, 确定其恒沸组成和恒沸温度。 2. 掌握回流冷凝管法测定溶液沸点的方法。 3．掌握阿贝折射仪的使用方法。 二、 实验原理 两种液体物质混合而成的两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。两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时, 如果该两组分的蒸气压不同, 则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定, 混合物沸点与两组分的相对含量有关。 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 (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 (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图 (c)) 所示。 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 '
上图为二组分真实液态混合物气—液平衡相图( T-x图) 后两种情况为具有恒沸点的双液系相图。它们在最低或最高恒沸点时的气相和液相组成相同, 因而不能象第一类那样经过重复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离, 而只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。 为了测定双液系的T－x相图, 需在气－液平衡后, 同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。 本实验以环己烷－异丙醇为体系, 该体系属于上述第三种类型, 在沸点仪中蒸馏不同组成的混合物, 测定其沸点及相应的气、液二相的组成, 即可作出T －x相图。 本实验中两相的成分分析均采用折光率法测定。 三、仪器与试剂 1、仪器: 沸点仪1台; 调压变压器1台; 阿贝折射仪1台; 温度计(0-100℃) 1支; 长滴管1个; 短滴管2支; 2、试剂: 环己烷(分析纯); 异丙醇(分析纯) 异丙醇—环己烷标准溶液(异丙醇分别为0.20, 0.40, 0.50, 0.60, 0.80, 0.90) 四、主要实验步骤 1. 测定环己烷、异丙醇及标准溶液的折射率 调节阿贝折射仪, 用一支干燥的短滴管吸取环己烷数滴, 注入折射仪的加液孔内, 测定其折射率n, 读数两次, 取其平均值。然后打开棱镜组, 待环己烷挥发后, 再用擦镜纸轻轻吸去残留在镜面上的液体, 合上棱镜组。
实验三二组份气液平衡相图 一、目的 1、用沸点仪测定和绘制乙醇和环己烷的二组份气液平衡相图； 2、用阿贝折射仪测定液体的组成，了解液体折射率的测量原理及方法。 二、基本原理 两种液态物质混合而成的二组份系统称为双液系。二液体若能按任意比例互相溶解，称完全互溶双液系；若只能在一定比例范围内互相溶解，则称部分互溶双液系。例如水－乙醇双液系、苯－甲苯双液系都是完全互溶双液系，苯－水双液系则是部分互溶双液系。 液体的沸点是指液体的蒸汽压和外压相等时的温度。在一定的外压下，纯液体的沸点有确定的值，但对于双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与双液系的组成有关，即和双液系中两种液体的相对含量有关。通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相、液相的组成作图，即得二组份气液平衡相图，它表明溶液在各种沸点的液相组成和与之成平衡的气相组成的关系。 在恒压下，二组份完全互溶双液系的沸点组成图可分为三类： (1)溶液的沸点介于两纯组份沸点之间，如苯和甲苯、水和甲醇等。
(2)溶液有最高沸点，如氯化氢与水、硝酸和水、丙酮与氯仿等。 (3)溶液有最低沸点，如水和乙醇、苯和乙醇、乙醇和环已烷等。 这三种类型的相图如下图所示 图4-1 二组份气液平衡相图的三种类型 图中、T 分别表示纯A 纯B 的沸点。图中两曲线包围的区域为气－液两相平衡共存区。它的上方G 代表气相区，下方L 为液相区。C 和C'分别表示最高和最低恒沸物的沸点和组成。 T A *B * 测绘这类相图时，要求同时测定溶液的沸点及气液平衡时两相的组成。本实验用回流冷凝法测定环己烷－乙醇溶液在不同组成时的沸点。所用沸点仪如图4-2所示，是一只带有回流冷凝管的长颈园底烧瓶，冷凝管底部有一球形小室D ，用以收集冷凝下来的气相样品，液相样品则通过烧瓶上的支管L 抽取，图中E
双液系气液平衡相图的绘制 姓名：陈万东 ..化工班学号：...... 指导教师：栗印环 一、实验目的 1、测定在θp下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图，了解相图和相率的基本概念； 2、掌握测定双组分液体的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。 二、实验原理 1、气-液相图： 液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度。 测定一系列不同配比溶液的沸点及气液两相的组成，就可绘制气-液体系的相图。 2、组成分析： 可用折光率-组成工作曲线来测得平衡体系的两相组成。 三、实验仪器及试剂 沸点测定仪 1只水银温度计 1支 调压变压器 1只超级恒温水浴 1台 数字式Abbe折光仪（棱镜恒温） 1台 玻璃漏斗（直径5cm） 1只长滴管 10支 带玻璃磨口塞试管（5mL） 4个烧杯（50mL，250mL）各1 个 环己烷（分析纯）无水乙醇（分析纯） 重蒸馏水 实验室预先配制环己烷-乙醇系列溶液，以环己烷摩尔分数计大约为、、、、、、和。 四、实验步骤 1、标准曲线的绘制（实验室已提前绘制好）。 2、安装沸点仪 根据图1所示，将已洗净、干燥的沸点仪安装好。检查带有温度计的软木塞是否塞紧。电阻丝要靠近烧瓶底部的中心。温度计水银球的位置应处在支管之下，但至少要高于电热丝2cm。
图.沸点仪的结构图 1.温度计； 2.加样口； 3.电热丝； 4.气相 冷凝液取样口；5.凹形小槽 . 3、测定混合物的沸点 1)借助玻璃漏斗由支管加入组成的混合液，使液面达到温度计水银球的中部，注意使电热丝达到温度计水银球的中部。打开冷却水，接通电源，调节电压为10V左右，慢慢加热，使蒸汽在冷凝管中回流的高度不能超过1/2，温度计读数达到稳定后再稳定3~5min使体系达到平衡，记下此时温度计的读数。 2)切断电源，停止加热，用冷水使沸点仪底部冷却，用干燥的吸管分别吸取冷凝管和圆底烧瓶底部的冷凝液，在数字式阿贝折光仪上分别测定两者的折光率，并由标准曲线读出对应的组成，此数值可认为分别是气相和液相的组成，测定完后将溶液倒入指定的储液瓶里。 3)按上述步骤分别测组成为摩尔百分比为，，，，，，的环己烷-乙醇混合物在沸点下的气相和液相的组成。 4、用测定的数据绘制T-x图
实验五双液系的气—液平衡相图预习思考题 一、思考题： 1.作乙醇—正丙醇标准液的折光率—组成曲线的目的是什么？ 答：求平衡体系的两相组成，组分与沸点之间的关系。 2.如何判断已达气液平衡？ 答：温度计读数不再变化。 3.测定一定沸点下的气液相折光率时为什么要将待测液冷却？ 答：因为折射率与被测物的温度有关。阿贝折光仪测折光率时，温度是恒定在30°C，故冷却待测液。 4.本实验加入沸石的目的是什么？ 答：避免局部过热，防止爆沸。 5.乙醇—正丙醇的折光率—组成工作曲线为一直线，两点即可定一线，本实验为何还要进 行多点测定？ 答：进行多点测定可减少偶然误差。 6.简述本实验是如何测定双液系的气—液平衡相图的？ 答：先测出其标准溶液的折光率-组分曲线，再根据折光率计算出组分，便能得出气液平衡相图。 7.本实验在测定双液系的沸点和组成时，每次加入沸点仪中的两种液体是否应按记录表规 定精确计量？为什么？ 答：否。因为双液系的沸点和组分成曲线关系的，不因组分的改变而改变，可以根据折射率得到其组分。 8.我们测得的沸点和标准大气压下的沸点是否一致？为什么？ 答:不一致。因为通常外界压力并不恰好等于标准压力。 9.简述用阿贝折光仪测定液体折光率的步骤。 答：P37. 10.双液系的沸点—组成图分为哪几类？本实验属于哪一类？ 答：（1）混合液的沸点介于A,B二纯组分沸点之间；（2）有最低恒沸点体系；（3）有最高恒沸点体系。属于第一类
二、操作题： 1. 如何进行打开冷凝水至适当位置操作？为什么？ 答： 2. 如何进行沸点仪在开始加热和温度接近沸点时的操作？ 3. 如何进行测定沸点后蒸馏瓶水浴冷却操作？ 答：用塑料盆盛自来水，冷却至温度计读数与超级恒温槽接近为止。 4. 如何进行沸点仪气、液相取样操作？ 答：气相取样：打开气态冷凝液磨口塞，用弯钩滴管吸出气相收集小液体球；液相取样：用直的滴管吸取部分液相样品。 5. 折光仪在加样时应注意什么？如何操作？ 答： 6. 如何进行折光仪加样后的调节操作？ 答： 7. 如何进行折光仪读数操作？ 答：左目镜读数。 8. 如何进行折光仪测定前上下棱镜的乙醇清洗操作？为何要清洗？ 答：用待测液察洗上下棱镜，水平滴加让待测液平辅在棱镜上。 9. 为何要进行温度露颈校正？如何校正？ 答：根据其控制温度的差异，调节调节器，顺时针调高，逆时针调低，反复进行，直至温度为希望温度值，固定螺丝。 10. 如何设定超级恒温槽温度为30℃（实控温度）？ 答：调节调节器使指示温度比30°C低2-3°C，如槽中温度不低于30°C，则根据差值调节调节器，使槽中温度显示为30°C。 11.本实验中超级恒温槽的作用是什么？ 答：保证折光仪测光率时被测物温度恒定。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！