实验二 乙醇-环己烷双液相图绘制

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实验报

课程名称： 大学化学实验（P） 指导老师： 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 同组学生姓名：

【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。

1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

环己烷－乙醇双液系气液平衡相图的绘制

姓名： 学号： 班级： 同组： 成绩

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。

二、实验原理

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2.7(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2.7(c)）所示。

图1 二组分真实液态混合物气—液平衡相图（T-x图）

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2.8）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。 tAtAtAtBtBtBt / oCt / oCt / oCxBxBxBABAABB(a)(b)(c)x'x' 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率，作出折光率－组成工作曲线，便可通过测折光率的大小在工作曲线上找出未知溶液的组成。

三、仪器与试剂

沸点仪，阿贝折射仪，调压变压器，超级恒温水浴，温度测定仪，长短取样管。环己烷物质的量分数x环己烷为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的环己烷－乙醇标准溶液，已知101.325kPa下，纯环己烷的沸点为80.7℃，乙醇的沸点为78.4℃。25℃时，纯环己烷的折光率为1.4264，乙醇的折光率为1.3593。

异丙醇—环己烷双液系相图

一、实验目的：

1. 掌握回流冷凝法测定溶液沸点的方法。

2. 绘制异丙醇—环己烷双液系的沸点—组成图，确定其恒沸组成及恒沸温度。

3. 了解阿贝折射仪的构造原理，掌握阿贝折射计的原理及使用方法。

二．基本原理：

根据相律：f +  = c + 2 ， 对二组分体系：f = 4 - ，fmax = 3 (T，P，x)。

对于二组分体系，常常保持一个变量为常量，而得到立体图形的平面截面图。这种平面图可以有三种：p-x图，T-x图，T-p图。常用的是前两种。在平面图上，f*=3- ，f*max=2，同时共存的相数max=3。

单组分的液体在一定外压下，它的沸点是一定值，把两种完全互溶的挥发性液体（组分A和B）互相混合后，在某一定温度下，平衡共存的气液两相的组成，通常并不相同，因此如果在恒压下将溶液蒸馏，测定馏出物（气相）和蒸馏液（液相）的折射率，就能找出平衡时气液两相的成分，并绘出沸点—组成（T—x）图线，在常温下，两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的体系称之为完全互溶双液系。完全互溶双液系在恒定压力下的沸点—组成图可分为三类：

（1）溶液沸点介于两纯组分沸点之间（如图1），（2）溶液存在最低沸点（图2）和（3）溶液存在最高沸点（图3）。

（2）、（3）被称为具有恒沸点的双液系，即体系处于恒沸点时气、液两相的组成相同，其相应的溶液称为恒沸点混合物。此时对恒沸点混合物进行蒸馏，所得气相与液相组成相同，因此我们不能用普通蒸馏方法获得任一纯组分。异丙醇—环己烷双液系属于具有最低恒沸点一类的体系。

T—x图在进行蒸馏或分馏时是必不可少的，而分馏在提纯溶剂和石油工业中也得到广泛应用，所以这种图是具有很大的实用价值的。

本实验的目的就是要绘制异丙醇—环己烷的T—x图并找出恒沸点混合物的组成。

1．沸点—组成图的绘制 为了绘制沸点—组成图，可采取不同的方法。在本实验中，我们采用的是一种物理方法—通过折射率的测定，来间接的获取溶液组成，它具有简捷、准确的特点。