双液系气—液相图的绘制实验报告

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双液系气—液平衡相图的绘制

实验目的

1． 掌握回流冷凝法测定溶液沸点的方法；

2． 绘制常压下环己烷—乙醇双液系的T—X图，找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点；

3． 掌握阿贝折射仪的使用方法。

实验原理

在常温下，任意两种液体混合而成的体系称为双液系。若两液体能按任意比例互溶，则称完全互溶双液体系。

液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界大气压相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点是恒定的。而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。图（a）是一种最简单的完全互溶双液体系的T—X图。图中纵轴是温度（沸点）T，横轴是液体B的摩尔分数（或质量百分组成），上面一条是气相线，下面一条是液相线，对应于同一沸点温度的两曲线上的两个点，就是互相成平衡的气相点和液相点，其相应的组成可从横轴上获得，因此如果在恒压下将溶液蒸馏，测定气相馏出液和液相蒸馏液的组成就能绘出T—X图。

如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，溶液沸点介于两种纯液体沸点之间，如图(a)所示。

溶液与拉乌尔定律有较大的负偏差，溶液存在最高沸点，如图（b）所示。

溶液与拉乌尔定律有较大的正偏差，溶液存在最低沸点，如图（c）所示。

最高或最低时的气液两相组成相同，这些点称为恒沸点，相应的溶液称为恒沸点混合物。恒沸点混合物蒸馏时，所得到的气液两相组成相同，靠蒸馏法无法改变其组成。

本实验环己烷—乙醇为体系，属于上述第三类型。用回流冷凝法测定环己烷—乙醇体系的沸点—组成图，其方法是用阿贝折射仪测定不同组成的体系，在沸点温度时气液相的折射率，再从折射率—组成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制沸点—组成图。沸点仪如右图所示。

实验仪器与试剂

沸点仪、阿贝折射仪、调压变压器、温度计、烧杯、量筒、长、短毛细滴管

环己烷、乙醇

实验步骤

1. 在沸点仪中加入30ml乙醇，加热使之沸腾，回流并观察温度计的变化，待温度稳定1~2分钟，分别记下沸点仪中温度计的沸点仪温度观和环境温度环。

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实 验 报 告

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。并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）了解阿贝折光仪的构造原理，熟悉掌握阿贝折光仪的使用方法。

二、实验原理

（1）沸点的定义

沸点是液体饱和蒸汽压和外压相等时的温度，双液系的沸点不仅于外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。

（2）理想二组分系统的拉乌尔定律

理想的二组分体系在全部浓度范围内符合Raoult定律。结构相似、性质相似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（正片差）。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。

（3）平衡时气相、液相的组成确定

回流冷凝法保持气液相对量不变，测定双液系沸点，通过阿贝折射仪测定其液相折射率确定气液相平衡时的组成，通过双液系气液平衡时的组成对校正后的沸点作图，得到在1个大气压下乙醇-乙酸乙酯气液平衡相图。 姓 名 学 号

专 业 化学（师范） 年级、班级

课程名称 物理化学实验 实验项目

实验类型 验证 设计 综合 实验时间

实验指导老师 马国正 实验评分 2 三、仪器与试剂

沸点仪 （1套） 小试管（5mL带软木塞） （若干）

阿贝折射仪 （1台） 烧杯 （2个）

1/10温度计（50~100℃） （1支） 吸管 （2支）

擦镜纸 乙酸乙酯（A.R.）

无水乙醇（A.R.） 不同比例的乙醇-乙酸乙酯混合液

丙酮（C.P.） 无水乙醇（A.R.）

四、实验步骤

（1）折射率-体积分数工作曲线

取几滴纯乙醇、纯乙酸乙酯分别测定其折射率，两点作𝑛𝐷26−𝜑工作曲线（n-V）。

（2）折射率-摩尔分数工作曲线

1 实验六 双液系的气—液平衡相图

一、实验目的

1、绘制在标准压力下乙醇-正丙醇体系的沸点组成图;

2、熟练掌握测定双组分液体沸点的方法及用折光率确定二组分物系组成的方法;

3、掌握超级恒温槽、阿贝折射仪、气压计等仪器的使用方法。

二、实验原理

1、相图

任意两个在常温时为液态的物质混合起来组成的体系称为双液系。两种溶液若能按任意比例进行溶解，称为完全互溶双液系，如环已烷-乙醇、正丙醇-乙醇体系都是完全互溶体系。若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系，例苯-水体系。

在完全互溶双液系中，有一部分能形成理想液态混合物，如苯-甲苯系统，二者的行为均符合拉乌尔定律，但大部分双液系是非理想液态混合物，其行为与拉乌尔定律有偏差。

液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。在一定外压下，纯液体的沸点有其确定值，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。双液系两相平衡时的气相组成和液相组成并不相同。

通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相和液相的组成作图，所得图形叫双液系的沸点T(或t)-组成(x)图，即T（或t）—x图。它表明了沸点与液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。

在恒定压力下，二组分系统气液达到平衡时，其沸点-组成（t-x）图分三类：

(1)混合液的沸点介于A、B二纯组分沸点之间。这类双液系可用分馏法从溶液中分离出两个纯组分。如苯-甲苯系统，此时混合物的行为符合拉乌尔定律或对拉乌尔定律的偏差不大。如图5-1(a)所示。

(2）有最低恒沸点体系，如环已烷-乙醇体系， t—x图上有一个最低点，此点称最低恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大正偏差，如图5-1(b)所示。对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中同时分离出两个纯组分。

(3）有最高恒沸点体系，如氯仿-丙酮体系，t—x图上有一个最高点，此点称最高恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大负偏差，如图5-1(c)所示。对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中同时分离出两个纯组分。 2

八、结果分析及问题讨论

1、在该实验中，测定工作曲线时折光率的恒温温度与测定样品时折光率的恒温温度是否需要保持一致？为什么？

答：两者的恒温温度需要保持一致，因为在不同温度时测得的折射率是不一样的。

2、在实验中，样品的加入量应十分精确吗？为什么？

答：样品的加入量不需要十分精确。因为每一组中气液相的浓度均是由测得的折射率在标准曲线上读得的。

3、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：因为蒸馏酒精时，酒精-水这个系统生成一个最低恒温混合物，蒸馏所得的产物只能是95%的酒精。不可能只用精馏含水酒精的方法获得无水酒精，它是一个恒沸混合物，在沸点时蒸出的仍是同样比例的组分。工业上常在此基础上加入一定的苯，再进行蒸馏。

4、试估计哪些因素是本实验的误差主要来源？

答：给双液系加热而产生的液相的组成并不固定，而且加热的时间长短并不固定，因此使测定的折射率产生误差；温度计的位置并不固定，测得的温度有差异；测量过程中取液后停留的时间不一样，气体的挥发程度不一样，导致的测量误差；还有不同的人观测时分辨颜色的程度不一样，同一个人在不同的环境下读的值也不一样，导致的读数误差。。

5、试设计其它方法用以测定气、液两相组成，并讨论其优缺点。

答：组成测定 。可用相对密度或其他方法测定，但折光率的测定快速简单，特别是需要样品少，但为了减少误差，通常重复测定三次。当样品的折光率随组分变化率较小时，此法测量误差较大。

6、讨论压力-组成相图和温度-组成相图的关系。

答：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，所的图形成为双液系温度－组成相图，而在一定温度下绘制的就为压力－组成相图。

7、为什么沸点测定仪的电流要经过变压器和粗导线通过浸于溶液中的电热丝？

答：这样既可以减少溶液沸腾时的过热现象，还能防止暴沸。

8、本实验选用环己烷和乙醇的原因？

答：因为两者折光率相差颇大，而折光率测定又只需要少量样品，所以，可以用折光—组成工作曲线来测定平衡体系的两相组成。