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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。
环己烷—乙醇恒压气液平衡相图绘制一 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101.325 kPa 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。
3．掌握水银温度计与大气压力计的校正与使用方法。
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，经过气液间相变达到平衡后，各组分在气、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，就可分离得到各相应的纯组分。
为了得到预期的分离效果，设计精馏装置必须掌握准确的气液平衡数据，也就是平衡时的气、液两相的组成与温度、压力间的依赖关系。
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）下测定平衡的蒸气与液体的各组成。
其中，恒压数据应用更广，测定方法也较简便。
恒压测定方法有多种，以循环法最普遍。
循环法原理的示意图见图2-20。
在沸腾器P 中盛有一定组成的二元溶液，在恒压下加热。
液体沸腾后，逸出的蒸气经完全冷凝后流入收集器R 。
达一定数量后溢流，经回流管流回到P 。
由于气相中的组成与液相中不同，所以随着沸腾过程的进行，P 、R两容器中的组成不断改变，直至达到平衡时，气、液两相的组成不再随时间而变化，P 、R 两容器中的组成也保持恒定。
分别从R 、P 中取样进行分析，即得出平衡温度下气相和液相的组成。
图2-20 循环法原理示意图本实验测定的环己烷——乙醇二元气液恒压相图，如图2-21所示。
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。
显然曲线的两个端点t 、t 即指在恒压下纯A 与纯B 的沸点。
若溶液原始的组成为x ∗A ∗B 0，当它沸腾达到气液平衡的温度为t 1时，其平衡气液相组成分别为y 1与x 1。
用不同组成的溶液进行测定，可得一系列t-x-y 数据，据此画出一张由液相线与气相线组成的完整相图。
图2-21的特点是当系统组成为x e 时，沸腾温度为t e ，平衡的气相组成与液相组成相同。
实验二双液系的气—液平衡相图1. 目的要求(1) 绘制在p0下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图，了解相图和相律的基本概念。
(2) 掌握测定双组分液体沸点的方法。
(3) 掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
2. 基本原理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；若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系。
环己烷-乙醇二元体系就是完全互溶双液系。
双液系蒸馏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)组成(x)图，即T—x图。
它表明了在沸点时的液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。
图2.2.1 双液系的T-x图双液系的T—x图有三种情况：(1)理想溶液的T—x图(图2.2.1a)，它表示混合液的沸点介于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。
(2)有最低恒沸点体系的T—x图（图2.2.1b）和有最高恒沸点体系的T—x图（图2.2.1c）。
这类体系的T—x图上有一个最低和一个最高点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，分别叫做最低恒沸点和最高恒沸点。
对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中分离出两个纯组分。
本实验选择一个具有最低恒沸点的环己烷—乙醇体系。
在101.325kPa下测定一系列不同组成的混合溶液的沸点及在沸点时呈平衡的气液两相的组成，绘制T—x图，并从相图中确定恒沸点的温度和组成。
测定沸点的装置叫沸点测定仪(图2.2.2)。
这是一个带回流冷凝管的长颈圆底烧瓶。
冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下来的气相样品。
电流通过浸入溶液中的电阻丝。
这样可以减少溶液沸腾时的过热现象，防止暴沸。
测定时，温度计水银球要一半在液面下，一半在气相中，以便准确测出平衡温度。
溶液组成分析：由于环己烷和乙醇的折光率相差较大，而折光率的测定又只需少量样品，4. 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，重复2次～3次。
双液系的气液相平衡图1 引言在一定压力下，两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气液中两组分关系的相图，称为沸点-组成（T-x）相图。
本实验的目的是测定常压下环己烷-乙醇双液系的沸点-组成图，由于该双液系对拉乌尔定律有较大的正偏差，故相图大致如图1所示，可见，欲测定此图，需在气液平衡后同时测定溶液的沸点、气相和液相组成。
前者可由沸点仪实现，而后者可用折射仪及由不同浓度溶液得到的工作曲线测得。
图1 环己烷-乙醇双液系的沸点-组成相图2 实验操作2.1实验药品、仪器及测试装置示意图2.1.1 实验仪器自制沸点仪，阿贝折射仪，调压器，温度传感器，锥形瓶，分析天平（AR2140），5ml 及10ml吸量管，洗耳球2.1.2 实验药品环己烷，无水乙醇2.1.3 实验装置示意图图21.冷却水入口2.气相冷凝液储存小泡3.温度计4.喷嘴5.电热丝6.调压器2.2 实验条件温度：室温（具体数值未知）气压：未知湿度：未知2.3实验操作步骤及方法要点a.按下表配比配制不同浓度的环己烷-乙醇溶液，并在空瓶时m0、加入环己烷后m1、加入无水乙醇后m2（本实验先加入环己烷后加入无水乙醇）分别进行称量并记录。
注意：所用锥形瓶要事先干燥；由于浓度是根据称量的数值由两组分的质量进行计算，所以每次加入液体的体积不必太精确。
表1 环己烷-无水乙醇混合溶液配比b.根据所测得的质量，用公式ω=(m1-m0)/(m2-m0) 公式1计算环己烷的质量分数，其中ω指环己烷的质量分数。
c.用阿贝折射仪测定以上配好的不同浓度环己烷-乙醇溶液的折射率以及纯环己烷和无水乙醇的折射率，记录数据。
注意：每次测量折射率后，要将折射仪的棱镜打开，用洗耳球吹干，以备下次使用。
d.根据上一步测得的折射率，用线性拟合的方法做工作曲线，检查数据是否可靠，若不可靠应重复测量。
e.由于不同浓度的各样品已经事先装入沸点仪，所以直接选定一个浓度的样品，接通电源，加热样品。
[整理]实验四环己烷乙醇双液系沸点相图（完整版）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑欢迎下载）实验四环己烷-乙醇双液系相图一．实验目的1．绘制在p下环已烷-乙醇双液系的气----液平衡图，了解相图和相率的基本概念。
2．掌握测定双组分液系的沸点的方法，找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点。
3．掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
4．掌握阿贝折射仪的测量原理及使用方法。
二．实验原理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。
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为完全互溶双液系。
在恒定压力下，表示溶液沸点与组成关系的相图称为沸点—组成图，即为T－x相图。
完全互溶双液系的T－x图可分为三类：（1）理想双液系，溶液沸点介于两纯物质沸点之间如图（a）；（2）各组分对拉乌尔定律发生正偏差，溶液具有最低恒沸点(图中最低点)如图（b）；（3）各组分对拉乌尔定律发生负偏差，溶液具有最高恒沸点(图中最高点)如图（c）；绘制双液系的T-x图时，需要同时测定气液平衡时溶液的沸点及气相组成、液相组成数据。
例如图（a）中，与沸点t1对应的气相组成是气相线上g1点对应的，液相组成是液相线上lgBx1点对应的。
实验测定整个浓度范围内不同组成溶液的气液相平衡组成和沸点后，即可绘出T-x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Abbe折射仪测定不同组分的体系在沸点时气液两相的折光率。
在折光率－组成图（标准曲线）找出未知浓度溶液的折光率，就可从曲线上查出相对应的组成三．仪器试剂沸点仪1套；超级恒温水浴1台；阿贝折光仪1台；移液管2支；滴管2支环己烷(A.R.)；无水乙醇(A.R.)沸点仪四．实验步骤1．沸点仪的安装（如右图所示）；调节恒温槽温度20℃，通恒温水于折光仪中。
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。
实验三乙醇-环己烷双液系汽液平衡相图一、实验目的1.绘制环已烷一乙醇双液系的汽—液平衡相图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、重点与难点1．t-x-y相图，相律2．汽液平衡原理3. 折光率仪的使用三、实验原理两种在常温时为液态的物质混合起来而组成的二组分体系称为双液系，两种液体若能接任意比例互相溶解，称为完全互溶的双液系。
若只能在一定比例范围内互相溶解，则称部分互溶双液系。
对双液系的气液平衡相图，温度—组成图可分为三类；（ l ）溶液沸点介于两纯组分沸点之间（a）以理想体系为代表。
（ 2 ）溶液存在最高沸点（图b），极大负偏差溶液（ 3 ）溶液存在最低沸点（图 c ），极大正偏差溶液（ b ）、（ c ）中的最高点、最低点为垣沸点，其相应的溶液称为恒沸点混会物，恒沸点混合物蒸馏所得的汽相和液相组成相同。
如果在恒压下将溶液蒸馏，当气液两相达平衡时，记下此时的沸点，并分别测定气相（馏出物）与液相（蒸溜液）的组成，就能绘出温度-组成图。
本实验采用的是测定溶液折光率的方法来间接测定溶液的组成。
实验中乙醇和环己烷两者纯物质的折光率相差较大，它们二者形成的溶液的折光率与组成之间就存在着一定的关联，通过测定一系列已知组成的溶液的折光率可以得到标准折光率—组成曲线，实验中测定未知组成溶液的折光率，对照标准曲线，就可以查得溶液的组成。
四、仪器试剂图5.2 沸点仪示意图1. 冷凝管2. 冷凝液凹槽3.烧瓶4.支管5.温度计6.磁子7.磁力搅拌加热器五、实验步骤1 、调节超级恒温槽温度，使阿贝折光仪的温度计读数保持在25 ℃。
2 、温度计校正。
从加料口加入100% 乙醇至干燥的蒸馏器约 2/3 处，使温度计探头浸入溶液中，打开直流稳流电源的开关，加热体系，使溶液沸腾，待温度恒定后，记录所得温度和室内大气压力。
停止通电，倾出乙醇到原瓶中。
3 、用漏斗从加料口加入含有乙醇约为 5 ％的环己烷溶液至蒸馏器约 1/3 处，打开冷却水，同法加热使溶液沸腾。
环己烷—乙醇恒压气液平衡相图绘制一 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101.325 kPa 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。
3．掌握水银温度计与大气压力计的校正与使用方法。
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，经过气液间相变达到平衡后，各组分在气、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，就可分离得到各相应的纯组分。
为了得到预期的分离效果，设计精馏装置必须掌握准确的气液平衡数据，也就是平衡时的气、液两相的组成与温度、压力间的依赖关系。
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）下测定平衡的蒸气与液体的各组成。
其中，恒压数据应用更广，测定方法也较简便。
恒压测定方法有多种，以循环法最普遍。
循环法原理的示意图见图2-20。
在沸腾器P 中盛有一定组成的二元溶液，在恒压下加热。
液体沸腾后，逸出的蒸气经完全冷凝后流入收集器R 。
达一定数量后溢流，经回流管流回到P 。
由于气相中的组成与液相中不同，所以随着沸腾过程的进行，P 、R两容器中的组成不断改变，直至达到平衡时，气、液两相的组成不再随时间而变化，P 、R 两容器中的组成也保持恒定。
分别从R 、P 中取样进行分析，即得出平衡温度下气相和液相的组成。
图2-20 循环法原理示意图本实验测定的环己烷——乙醇二元气液恒压相图，如图2-21所示。
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。
显然曲线的两个端点t 、t 即指在恒压下纯A 与纯B 的沸点。
若溶液原始的组成为x ∗A ∗B 0，当它沸腾达到气液平衡的温度为t 1时，其平衡气液相组成分别为y 1与x 1。
用不同组成的溶液进行测定，可得一系列t-x-y 数据，据此画出一张由液相线与气相线组成的完整相图。
图2-21的特点是当系统组成为x e 时，沸腾温度为t e ，平衡的气相组成与液相组成相同。
Binary liquid-vapor phase diagram
1.Objectives
1.1To draw the binary liquid – vapor phase diagram of cyclohexane –
ethanol at normal atmosphere, and determine the azeotropic point and composition in the azeotropic mixture.
1.2To learn the principle and method of measuring the refraction of a
liquid by refractometer.
2.Principle
The binary liquid is composed of a mixture of two kinds of substance.
If the two components are miscible from 0~100% proportions, it is called a totally miscible binary liquid system. The phase rule is:
F=K-Φ +2
K-the number of components of components;
Φ-the number of phases;
F-the number of degrees of freedom;
2-depends on the temperature and the pressure of system
For a system of two components (A and B) at a given pressure, the phase rule is: F = 3 - Φ .For a liquid of two components, when the gas phase and liquid phase is in equilibrium,Φ=2,F = 1.T is a function of x proportion of the liquid .It could be constant at a given concentration.
To measure the temperature at boiling point of a solution of given
concentration, meanwhile to determine the concentration of liquid and the proposition of gas at boiling point, an experimental point of T-x-y could be obtained.
1.thermometer;
2.inlet orifice;
3.heater;
4.sampling orifice;
5.fractional liquid.
3.Apparatus and Reagents
Ebulliometer; mercury thermometer (50 ~100℃,±0.1℃);Abbe Refractometer; long burette and normal burette; AC current power supply.
Cyclohexane(A.R.); absolute ethanol(A.R.);cyclohexane – ethanol standard sample (cyclohexane composition , ω/ω%, precisely to 0.5%) : 0%;10%;20%;30%;40%;50%;60%;70%;80%;90%;100%;cycrohexan e–ethanolsolution(cyclohexane composition,
ω/ω%):0%;10%;20%;40%;50%;60%;70%;80%;90%;98%;100%.
1.eyepiece with crosshairs;
2.2compensator knob(消色散手柄);
3. Circulating water intake;
4. Thermometer;
5.refracting prism(测量棱镜)；
6.gemel(铰链);
7.illuminating prism(辅助棱镜);
8.inlet orifice(加液槽);
9. Reflector;
10. Reading telescope;
11.rotation axis(转轴);
12.cover of dial（刻度盘罩）;
13.closed knob(闭合旋钮);
14.the pedestal(底座).
4.Experiment
4.1Learn the operation procedure of Abbe refractometer, and measure
the refractive index of cyclohexane – ethanol standard sample.
4.2Fill the dry and clean bottle about one –half full with the 98%
cyclohexane of cyclohexane – ethanol mixture.
4.3Connect the circulating cool water. Adjust the knob of power at AC
current power supply. Heat the liquid to boiling gently and refluxing.
4.4Incline the condensed liquid back to the flask 2~3 times. Stop heating
until the temperature could be maintained at a constant and read it.
Use a dry and clean long pipette to suck the condensed liquid. Use another pipette to suck the liquid in the flask via the inlet orifice and measure its refractive index as quickly as possible.
4.5Pour the solution into original vessel. Repeat the step 4.3, step 4.4
and step 4.5 and measure the boiling point and refractive indices.
5.Notes
5.1The system is directly heated by a resistance wire coil dipped in the
liquid mixture in order to reduce over – heating of the system when boiling and prevent from bumping.
5.2Read the value on thermometer after the temperature has been
maintained at constant.
5.3The electric heater should be turned off before sampling.
5.4The measurement of refractive index of sample should be carried
through as quickly as possible to prevent them volatilization so as to change the position.
5.5Using the Abbe refractometer in the direction of the operation manual
strictly. The measuring prism is constructed out of soft glass that is easily scratched.
6.Data
336
338340342344346348
350352354356T /K
Y C2H5OH
X C2H5OH
1.30.0℃时，已知组成的环己烷（B ）-乙醇（A ）二组分系统的折射率。
（温度：30.0℃±0.1℃）。
