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实验四二组分体系气液平衡相图一．实验目的1．了解液体沸点的测定方法。
2．掌握温度计的露茎校正方法。
3．掌握阿贝折光仪的原理及使用方法4．测定环己烷——乙醇二元系统气液平衡数据，给出沸点组成图。
二．实验原理常温下两液态物质混合构成的体系称为双液系。
若该双液系能按任意比例混合成为一相则称为完全互溶双液系。
若只能在一定比例范围内混合成为一相，其它比例范围内为两相则称部分互溶双液系。
环己烷——乙醇体系是完全互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度。
在一定外压下纯液体的沸点有确定值。
但是双液系沸点不仅与外压有关还随双液系的组成的改变而改变。
同时，在一般情况下双液系蒸馏时的气相组成和液相组成并不相同，因此原则上可通过反复蒸馏即精馏的方法分离双液系中的两液体。
但是当双液系具有恒沸点时，不能用单纯蒸馏的方法分离两液体。
如图4.1所示，本实验所用体系环己烷——乙醇的温度组成图是一个典型的具有最低恒沸点的相图。
若将组成在恒沸点处的体系蒸馏时气相组成和液相组成完全一样，因此在整个蒸馏过程中沸点也恒定不变，无法通过蒸馏的方法分离两组分。
恒沸点和恒沸混合物的组成还和外压有关，因此在不同外压条件下实验时所得双液系的相图也不尽相同，通常压力变化不大时恒沸点和恒沸混合物的组成的变化也不大，在未注明压力时一般均指外压为101.325kPa。
图4.1 具有最低恒沸点体系相图示意图本实验采用回流冷凝法测定环己烷——乙醇溶液在不同组成时的沸点。
由于液体沸腾时易发生过热现象，同时气相又易出现分馏效应，因此沸点的准确测定不易。
本实验所用的沸点仪如图 4.2所示，称为奥斯默沸点仪，它是一支带有回流冷凝管的长颈圆底烧瓶，加热用的电热丝直接浸在溶液中，这样可以减少溶液的过热现象和防止暴沸。
冷凝管的底部有一个小球泡用以收集冷凝下来的气相样品，由于分馏作用会使获得的气相样品的组成与气液平衡时的气相组成发生偏差，为此须在吹制沸点仪时尽量缩短小球泡与烧瓶间的距离以减少分馏作用。
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 1ml2.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，缓慢增加电压，加压至12～16V，加压至液体沸腾使，记下温度稳定值。
实验五 二组分完全互溶系统气一液平衡相图的绘制Ⅰ、目的要求1. 绘制环己烷-乙醇双液系的T—x图，确定其恒沸物组成和恒沸温度。
2. 掌握回流冷凝法测定溶液沸点的方法。
3. 掌握阿贝(Abbe)折射仪的使用方法。
Ⅱ、仪器与试剂沸点测定仪1套阿贝折光仪(包括恒温装置) 1套长、短吸管各9支温度计(50～100 ︒C, 0.1 ︒C) 1支移液管(胖肚，25 mL) 2支移液管(刻度，1 mL ，10 mL) 各1支量筒(100 mL) 1个烧杯 (250 mL) 1 个环己烷(分析纯)乙醇(分析纯)环己烷-乙醇标准溶液9种（w (乙醇)/% = 10~90）Ⅲ、实验原理常温下，两种液态物质相互混合而形成的液态混合物，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。
液体的沸点是指液体的饱和蒸气压和外压相等时的温度。
在一定的外压下，纯液体的沸点是恒定的。
但对于双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与其组成有关，并且在沸点时，平衡的气—液两相组成往往不同。
在一定的外压下，表示溶液的沸点与平衡时气—液两相组成关系的相图，称为沸点—组成图（T—x图）。
完全互溶双液系的T —x 图可分为下列三类：1. 混合物的沸点介于两种纯组分之间(如图1.1 (a))； 2. 混合物存在着最高沸点(图1.1 (b)) ；3. 混合物存在着最低沸点(图1.1 (c))。
对于后两类，它们在最低或最高沸点时达平衡的气相和液相的组成相同。
若将此系统蒸馏，只能够使气相总量增加，而气—液两相的组成和沸点都保持不变。
因此，称此混合物为恒沸混合物。
其对应的最高温度或最低温度称为最高恒沸点或最低恒沸点，相应的组成称为恒沸物组成。
为了测定双液系的T -x 图，需在气液平衡后，分别测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。
实验中达平衡的气相和液相的分离是通过沸点仪实现的，而各相组成的准确测定是通过阿贝折光仪测量折射率进行的。
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是一根电热丝，直接浸在溶液中加热溶液。
溶液的组成用测定其折射率确定。
折射率是物质的一个特征数值。
溶液的折射率与组成有关，因此测得一系列已知浓度的溶液折射率，作出该溶液的折射率－浓度工作曲线，就可按内插法求得具有某折射率的溶液组成。
二、双组分理想溶液的汽液平衡相图1．温度——组成图（t-x-y 图） t-x-y 图的绘制（苯—甲苯） 已知条件：操作总压、平衡数据 步骤：（1）建立坐标系， 确定纯组分沸点t A 、t B（2）确定t-x 对应关系。
描点连线得x t -曲线（3）确定t- y 对应关系。
描点连线得y t -曲线 t-x-y 图的构成：两条线：气相线（露点线）y t -曲线； 液相线（泡点线）x t -曲线 三个区域：液相区、气—液共存区、气相区。
t-x-y 图的讨论：（1）互成平衡的汽液组成点在同一条等温线上；（2）在某一温度下，汽液达到平衡时，y>x ，汽相线始终在液相线之上； （3）混合液沸点介于t A 和t B 之间;（4）在两相区内，温度升高液相中A 组分浓度减小，温度降低汽相中A 组分浓度提高；（5）平衡的汽液两相的量满足杠杆规则； （6）只有在两相区才能对混合液实行有效的分离。
（7）压力对t —x —y 图的影响：压力增大，温度升高，曲线上移，且两相区变窄。
pxp y AAA0=BA BA p p p p x --=t-x-y 图的应用：（1）确定温度—组成间的关系；（2）分析蒸馏及精馏原理 课堂练习：习题7-32．汽－液相组成图（y —x 图） y —x 图的绘制：已知条件：操作总压、平衡数据。
步骤：（1）建立坐标系，作出y=x 的对角线。
（2）由 将x 和y 对应点描点连线。
y —x 图的讨论（1）y>x ，故y —x 曲线在对角线之上。
（2）互成平衡的气液组成点落在y —x 曲线上。
（3）操作压力越大，y —x 曲线越靠近对角线，分离越难进行。
（4）x-y 曲线上各点具有不同的温度；右上方温度低，左下方温度高。
y —x 图的应用：图解理论塔板数目。
练习：苯—甲苯、正庚烷—正辛烷、甲醇—水 y —x 图（10×10）各两张。
三、相对挥发度挥发度：表示溶液挥发的难易程度。
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
无水乙醇0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 2.0, 5.0 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。
五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)
标准曲线
V环己烷(ml) V乙醇(ml) wt%EtOH wt%环己烷折射率
0 1 1 0
0.1 0.9
0.2 0.8
0.3 0.7
0.4 0.6
0.5 0.5
0.6 0.4
0.7 0.3
0.8 0.2
0.9 0.1
1 0 0 1
温度液相折射率气相折射率液相环己烷含量气相环己烷含量(实测纯乙醇
0 0 沸点)
(实测纯环己烷沸
1 1 点)
六、实验结果及分析
1.绘制工作曲线的目的是什么？
2.每次加入乙醇及环己烷的量是否要求准确？
3.实验测得的沸点与标准大气压的沸点是否一致？。
