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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。
二元液系相图实验目的：1.采用回流冷凝法测定不同浓度的乙醇-环己烷系统的沸点组成图（T-x图），并确定其恒沸点及恒沸组成。
2.掌握阿贝折光仪及超级恒温槽的使用方法。
实验原理：1. 一个完全互溶双液体系的沸点-组成图，表明在气液两相平衡时，沸点与气液两相组成的关系；它对于了解这一体系的性质及精馏过程都有很大的实用价值。
2. 在恒压下完全互溶的双液体系T~X 有下列三种情况：（1）所有组成溶液沸点介于二纯组分沸点之间，如苯与甲苯(图1-A)。
（2）有最高恒沸点，如卤化氢和水(图1-B)。
（3）有最低恒沸点，如苯和乙醇(图1-C)。
图1 二元液系相图在图1-C 中，绘制沸点~组成图的原理说明如下：当总组成为X 的溶液加热时，体系的温度沿着虚线上升，当温度达到T 时(即和液相线相交时)溶液开始沸腾，此时平衡的气相组成为y，液相组成为X.温度升至Ti，气相组成为yi，液相组成为xi，在此相区f＝C - P + 2，式中：f 为自由度；P 为相数；C 为组分数。
3.在本实验中C＝2，在二相区(气、液二相)，P ＝2，所以f＝2，由于压力指定(实验在恒压下进行)所以在二相区内f＝l，因此，若指定温度则气液相浓度就不可改变，此时气、液两相的相对量亦不可变(服从杠杆原理);反之，若指定了气液相的相对量从而气液相组成一定则沸点也确定了。
4.本实验采用气液沸点仪（见图2）在一定压力下（常在大气压力下），测定不同总组成（即加入平衡沸点仪溶液的组成）的环己烷和乙醇构成的溶液达到气液平衡时的温度及气、液组成。
再根据测得数据作出该系统在此压力下的沸点-组成图。
相图与压力有关，作图时必须注明平衡压力值。
1-温度计；2-电热丝；3-冷凝管；4-液相取样冷凝口；5气相取样冷凝口；6-空气排出口；7-变压器接头两种纯液体构成理想混合物时，其中各组分的气相平衡分压在所有浓度范围内都符合拉乌尔定律：p1=p1*x1p2=p2*x2（1）式中：p1、p2为两组分气液平衡时气相分压；x1、x2为平衡时两组分的液相物质的摩尔分数；p1*、p2*为两组分纯液体在平衡温度下的饱和蒸汽压。
实验二异丙醇——环己烷体系的气——液平衡相图一、目的1. 在常压下测定一完全互溶双液系在不同组成时的沸点和气液两相平衡时的组成并作出沸点——组成相图。
2. 了解沸点的测定方法。
3. 用阿贝折光仪测量液相和气相的组成，了解液体折光率的测定原理和方法。
二、原理两种在常温时为液体的物质混合起来而成的二组分体系称为双液系，两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溶，则称为部分互溶双液系。
例如异丙醇、环己烷双液系；丙酮、氯仿双液系；乙醇、水双液系都是完全互溶双液系，苯、水双液系是部分互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度。
在一定的外压下，纯液体的沸点有确定的值。
但对双液系，沸点不仅是与外压有关，而且还和双液系的组成有关，即和双液系中两种液体的相对含量有关。
由两种挥发性液体所构成的溶液与气相呈平衡时，气相组成与液相组成经常不同，亦即在恒压下将该溶液蒸馏，馏出液和母液组成不同。
对理想溶液，每一组分在气相中所占的分压P B等于该纯组分的饱和蒸发压P B与液相中该组分之摩尔分数的乘积，此即拉乌尔定律的数学表达式：P B=P B X B。
对大多数实际溶液由于两种液体分子的相互影响，与拉乌尔定律发生很大的偏差，原因是在两种组分之间存在着化学反应的趋势或者发生缔合，致使溶液的挥发性变小，另外有些物质组成溶液后使缔合度变小，溶液的挥发度增大，在这些实际溶液沸点组成曲线上便出现了最高或最低点，其液相曲线与气相曲线相交于一点，即两相组分相同，再继续蒸馏，只是使气相的总量增加而溶液的组成及沸点均不改变，这溶液称为恒沸混合物。
本实验研究由异丙醇——环己烷按不同比例组成的溶液，在蒸馏过程中，当达到一定沸点时，分别取出馏出液和母液试样，用物理方法，测其折光率分析其组成，尔后t-x相图。
折光率是一个物质的特征数值，溶液的折光率与组成有关，因此在一定温度下测定一系列已知浓度溶液的折光率，作出该溶液折光率——组成工作曲线，就可按内插法得到这种未知溶液的组成。
《二元相图计算》创新课程作业学生：于永龙班级：焊接2班学号：10850212一名词解释1. 体系体系就是我们研究的对象的总和。
2. 环境系统以外又与系统密切相关的部分称为环境，环境必须是与系统有相互影响的有限部分。
3. 组元组成合金的独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。
4. 相系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相。
5. 相律表示平衡物系中的自由度数,相数及独立组分数之间的关系。
数学表达式：ƒ=C-Ф+26. 杠杆定律在结晶过程中，液、固二相的成分分别沿液相线和固相线变化。
7. Gibbus自由能G=H－TS, G叫做吉布斯自由能。
8. 化学势等温等压下，在一定浓度的溶液中，加入微量组分B，而引起系统吉布斯函数对组分B物质的量的变化率。
9. 理想溶液宏观定义：溶液中的任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
分子模型定义：各组分分子的大小及作用力彼此相似，当一种组分的分子被另一种组分的分子取代时，没有能量的变化或空间结构的变化，即就是当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的变化。
10. 拉乌尔定律如果溶质是不挥发性的，即它的蒸气压极小，与溶剂相比可以忽略不计，则在一定的温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与其克分子分数的乘积。
二读书报告关于《相图分析及应用》的读书报告相图在冶金，化工等工业生产部门及矿物、化学等科学研究领域有着广泛应用和重要指导意义，是解决一些实际问题不可缺少的工具。
在生产及新产品开发过程中，人们经常要遇到相图基础知识和应用相图解决一些实际问题，而《相图分析及应用》一书可以帮助人们解决一些遇到的问题。
相图是在大量实验结果基础上绘成的，任何相图都不能认为是完美无缺或是最后的，必须进行不断的完善和修正。
体系在发生相变时，结构、物理化学性质和能量等也将发生变化，研究相图的实质，就是利用体系发生相变时引起的性质和能量的变化，准确测出相变温度和相变过程。
实验五 二元液态混合物的气-液平衡相图【目的要求】1．实验测定并绘制环己烷-乙醇体系的沸点组成（T -x ）图，确定其恒沸点及恒沸混合物的组成。
2．了解测量折光率的原理，掌握阿贝折光仪的使用方法。
【实验原理】两种液体能在任意浓度范围内完全相溶的体系称完全互溶的双液体系。
根据相律：f =K Φ+2式中：f 为体系的自由度；K 为体系中的组分数；Φ为体系中的相数；2是指压力和温度两个变量。
对于定压下的二组分液态混合物，相律可表示为：f =3-Φ。
在大气压力下，液体的蒸气压和外压相等时，平衡温度即为沸点。
对于完全互溶的双液体系，当气液两相平衡时Φ=2，f =1。
完全互溶的双液体系在定压下并没有固定的沸点，为一沸程，并且是和溶液的组成有关的，即T 是x 的函数。
完全互溶的双液体系，由于两种液体的蒸气压不同，溶液上方的气相组成和液相组成是不相同的，测定溶液的沸点和溶液在沸点时的气相和液相的组成，可绘制出溶液的气-液平衡相图，即溶液的沸点与组成关系图，T -x -y 图。
完全互溶的双液体系，T -x -y 图可分三类：如图5-1所示。
图5-1(1)是理想液态混合物和偏离拉乌尔定律较小的体系的T -x -y 相图；图5-1(2)是对拉乌尔定律有较大正偏差的体系；图5-1(3)是对拉乌尔定律有较大负偏差的体系。
在图5-1(2)和图5-1(3)中，由于偏离拉乌尔定律较大以致在T -x -y 图上分别出现了最低点和最高点，在最低点和最高点上，液态混合物的气相组成和液相组成相同，这种组成的液态混合物称为恒沸混合物，在最高点和最低点上时液态混合物的沸点称为恒沸点。
将一定组成的环已烷-乙醇混合物在特制的蒸馏器中进行蒸馏。
当温度保持不变时，即表示气、液两相己达平衡，记下沸点温度，并测定沸点时气相（冷凝液）和液相的组成，Fig.5-1 二组分完全互溶双液体系的T -x -y 相图 (1)理想或近似理想的体系 (2)有最低恒沸点的体系 (3)有最高恒沸点的体系 Fig.5-1 Phase diagram for mixture of binary liquid(1)Ideal mixture (2)With minimum aezotropic point (3) With maximum aezotropic 液相Liquid 气相Gas T B x B (y B ) (3) M A B液相Liquid气相Gas T A T B x B (y B ) T (1) AB 液相Liquid 气相Gas T A T Bx B (y B ) (2) M A B T A图5-2 沸点仪示意图 1.温度计；2.接加热器；3.加液口；4.电热丝连接点；5.电热丝；6.分馏液；7.分馏液取样口 Fig.5-2 The sketch of ebulliometer 1.thermometer;2. connection pole;3. inlet orifice; 4. connection point of heater with wire;5.heater; 6. fractional liquid;7. sampling orifice 即可得到一组T -x -y 数据。
二元气液平衡相图的绘制一、 实验目的：1、 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、 握爱贝斯折射仪的原理及使用方法。
二、 实验原理：了解二元溶液的沸点—组成图，对两组分的分离—精馏有 指导意义。
本实验室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。
图1为环己烷—乙醇的沸点—组成的大致形状，ADC 和BEC 为气相线，AD ’C 和DE ’C 为液相线。
他们表明了沸点和气、液组成个关系。
当体系总组成为x 的溶液开始沸腾时，气象组成为y ，继续蒸馏，则气相量增加，液相量相应减少（总量不变），溶液温度上升，由于回流作用，控制了两相的量为一定，其沸点也为一定，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，此时气液两相的量服从杠杆原理。
当压力一定时，对两项共存区进行相律分析：独立组分数K=2，相数P=2，所以自由度f=K-P+1=2-2+1=1这说明，若体系温度一定，气、液两相成分就已确定，当总量一定时由杠杆原理可知，两相的量也一定，反之，在一定实验装置汇总，用利用回流的方法，控制气液两相的相对量为一定，使体系的温度一定，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。
因为折射率和组成由一一对应的关系，则可以通过测定仪系列一直组成的样品折射率，会出工作曲线即折射率—组成曲线。
这样，只要测出样品的折射率就可从工作曲线上找到未知样品的组成。
三、 仪器和药品仪器：阿贝折射仪、超级恒温槽、蒸馏瓶、调压变压器、1/10°C 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t/℃ 图6—1 沸点—组成图1、工作曲线的测定把超级恒温槽调至25°C，用橡皮管连接好恒温槽与阿贝折射仪，使恒温水流经折射仪。
平衡级蒸馏和精馏原理我们已经学习了蒸馏原理和二元混合液的平衡蒸馏的方式，这里先简单复习一下。
复习：蒸馏原理二元混合液的平衡蒸馏蒸馏的原理是利用混合液中各组分挥发度的不同，将混合液部分汽化，使得汽相中易挥发组分的含量高于液相中，从而使混合液达到一定程度的分离。
同理：将混合蒸汽部分冷凝时，冷凝液中难挥发组分的含量高于汽相中，从而使混合蒸汽达到一定程度的分离。
下面，我们来作一个二元理想溶液的温度-组成相图，用以复习平衡蒸馏。
图1：图1二元理想溶液的温度-组成相图进行平衡蒸馏时，将流量为F，组成为x F的混合液，在进入分离器前，加压加热，使其温度高于分离器内压力下的沸点，然后通过减压阀，这时液体过热，高于沸点的显热变为潜热使液体部分汽化，然后平衡的汽液两相混合物在分离器中分离，（在图一中画图）在塔顶得到流量为V，组成为y的汽相，在塔底得到流量为L，组成为x的液相。
显然，y>x F>x，我们使易挥发组分从液相向汽相转移了，这就使原来的混合液达到某种程度上的分离.如果我们想要得到更高纯度的分离，该怎么办呢？从原理上说，进行多次的平衡汽化和平衡冷凝过程可以将混合液分离到所要求的纯度，比如说：对刚才已经过一次平衡蒸馏的汽相产物进行部分冷凝（在图一中画图），得到的汽液相产物组成分别为y1,x1,显然，y1>y>x1，这就使得刚才的汽相产物得到了进一步的分离。
但是多次的平衡汽化和平衡冷凝步骤繁多，加热、冷却能耗大且极不经济。
要想实现高纯度的分离，需要较合理的蒸馏方式，即下述“平衡级蒸馏”的方式。
一、平衡级蒸馏1、何为平衡级蒸馏如图2所示，设有不平衡的汽液两相通过一块塔板，（在图二中画图）汽相流量为V0，组成为y0，液相流量为L0，组成为x0，两相在塔板内密切接触，趋向平衡后离开塔板，离开塔板的汽液流量和组成分别为V，y；L，x。
这就是“接触级蒸馏”，如果汽液达平衡后再离开塔板，就是“平衡级蒸馏”，一块塔板就称为一个平衡级。
实验四 理想溶液二元相图计算一． 实验目的1．了解相图在材料科学和工程中的意义及理想溶液二元匀晶相图的计算方法。
2．学会使用C 语言或其它语言编程计算理想溶液的二元匀晶相图。
3．了解当前国内外相图计算软件的现状。
二．实验原理1．理想溶液相图计算理论理想液态混合物中任意一组分B 的化学势为：μB =*μB +RTln x B对于1mol 理想液态混合物来说，结合化学势的定义，上式可以写成：μB =*B m,G +RTln x B （1）设指定的温度、压力下，B 物质有α、β两相存在，达到平衡时，则有： μαB =μβB（2） 在我们研究的系统中，有A 、B 两组分存在，对于组分A ，将式（1）代入（2）式得：x RT G x RT G A A A A βαβαln )(ln )(*,m *,m +=+ 多项整理得：）（*,m *,m *,m 1ex p )]()([1ex p A A A AA G RT G G RT x x ∆=-=αββα （3） 同理可得：）（*,m *,m *,m 1ex p )]()([1ex pB B B BB G RT G G RT x x ∆=-=αββα （4） 利用（3）和（4）式即可计算理想溶液平衡两相的组成。
2．相图计算软件简介目前集成热化学数据库和相图计算软件的系统主要包括瑞典皇家工学院材料科学与工程系为主开发的 Thermo-Calc 系统和加拿大蒙特利尔多学科性工业大学计算热力学中心为主开发的 FACT （Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics ）系统。
这些软件的共同特点是集成了具有自洽性的热化学数据库和先进的计算软件。
Pandat 合金相图软件与热力学计算软件是美国CompuThermLLC 公司开发的用于计算多元合金相图和热力学性能的软件包。
可用于计算多种合金的标准平衡相图和热力学性能，用户也可使用自己的热力学数据进行相图与热力学计算。
三．问题描述NiO-MgO 为液、固相连续互溶二元体系。
已知 NiO 和MgO 的熔点分别为1960℃和800℃，熔化热分别为52.3kJ/mol 和77.4kJ/mol ，以纯液态NiO 作为NiO 的标准态，纯固态MgO 作为MgO 的标准态，用C 语言或其它高级语言编程计算该二元体系相图。
四．问题分析1．计算模型在上述问题中分别以纯液态NiO 作为NiO 的标准态，纯固态MgO 作为MgO 的标准态，则*,m MgO G ∆和*,m NiO G ∆近似计算式为： )30731(77400*,m T G MgO -⨯=∆ )22331(52300*,m T G NiO -⨯=∆ 将（3）和（4）式用于NiO-MgO 系，设液相（l ）为β，固相（s ）为α，则有： )(ex p *,m l g s g RT G x x MgOO M O M ∆= （5） 同理可得：)(ex p *i ,m li si RT G x x O N O N O N ∆= （6）又因为s i s g 1O N O M x x =—，l i l g 1O N O M x x =—，则（6）式可写成：)()ex p 1(1*i ,m lg sg RT G x x O N O M O M ∆=—— （7）联立（5）和式（7）得：)(exp )(exp )(exp 1*i ,m *g ,m *i ,m lg RT G RT G RT G x O N OM O N O M ∆∆∆=—— （8）)(exp )(exp )(exp )](exp 1[*i ,m *g ,m *g ,m *i ,m sg RT G RT G RT G RT G x ON OM O M O N O M ∆∆∆∆=—— （9）由（8）和式（9）即可计算得到NiO-MgO的完全固溶体相图。
五．实验内容程序流程图源程序代码#include"process.h"#include"stdio.h"#include"stdlib.h"#include"conio.h"#include"dos.h"#include"math.h"#include"graphics.h"#define TN (1960+273)#define TM (2800+273)#define T_CH 2#define NUM (int)((TM-TN)/T_CH)+5float R=8.3145,H_chN=52300.0,H_chM=77400;int n,X1,X2,Y1,Y2;float e_x(float H_ch,int t,int t_fus){if(TN<=t&&t<=TM)return exp(H_ch*(t_fus-t)/(t_fus*R*t)); else printf("The temperature is out of range\n");return 0;}float x_L(int t){float exN,exM,x_L;exM=e_x(H_chM,t,TM);exN=e_x(H_chN,t,TN);x_L=(1-exN)/(exM-exN);return x_L;}float x_S(int t){float x_S;x_S=x_L(t)*e_x(H_chM,t,TM);return x_S;}coord_sys(){int i,dx,dy;char y_interval[5],x_interval[5];X1=getmaxx()/2-150;X2=getmaxx()/2+150;Y1=getmaxy()/2-200;Y2=getmaxy()/2+150;dx=(X2-X1)/10;dy=(Y2-Y1)/10;setbkcolor(WHITE);setcolor(LIGHTRED);setlinestyle(0,1,3);rectangle(X1,Y1,X2,Y2);setlinestyle(0,1,1);for(i=1;i<=9;i++){line(X1+i*dx,Y1,X1+i*dx,Y2);line(X1,Y1+i*dy,X2,Y1+i*dy);}for(i=1;i<6;i++){gcvt((3.0-0.2*i)*1000,4,y_interval);gcvt(0.2*i,2,x_interval);outtextxy(X1-40,Y1+2*i*dy-40,y_interval); outtextxy(X1+2*i*dx-10,Y2+10,x_interval); }settextstyle(1,1,1);outtextxy(X1-70,80,"T(Centigrade)");settextstyle(1,0,2);outtextxy(210,Y2+40,"Binary Phase Diagram"); outtextxy(X1-25,Y2+10,"NiO");outtextxy(X1+300,Y2+10,"MgO");}makecurve(float *sol_x,float *liq_x ,int *t) {int i,u,v,w;coord_sys();for(i=1; i<=n+1; ++i){t[i]=t[i]-273;u=((t[i]-1900))/1000.0*(Y2-Y1);v=(int)(sol_x[i]*(X2-X1));w=(int)(liq_x[i]*(X2-X1));putpixel(X1+w,Y2-u,BLUE);putpixel(X1+v,Y2-u,BLUE);delay(20);}outtextxy(220,220,"L L+S S"); while(!kbhit());}void main(){float sol_x[NUM],liq_x[NUM];int i,t[NUM],gdriver=DETECT,graphmode=0;initgraph(&gdriver,&graphmode,"c:\\tc\\bgi");n=abs((TM-TN)/T_CH);printf("\n\nCalculating,Please wait...");for(i=1; i<=n+1; i++){if(TM>TN) t[i]=(TN-T_CH)+(i*T_CH);else t[i]=(TN+T_CH)-(i*T_CH);sol_x[i]=x_L(t[i]);liq_x[i]=x_S(t[i]);}clrscr();makecurve(sol_x,liq_x,t);closegraph();}六、实验小结在这次的理想溶液二元相图的实验中，相对来说还是比较难的一个实验。
首先我们花了大量的时间去复习物理化学中的关于吉布斯函数的计算，化学势的定义、计算以及过程中的化学判据。
在做实验之前老师还给我们讲解了这一块的知识以及运用的原理和分析。
对于我们来说，最头疼的还是编程。
在输入了书上的程序，中间还是出现了好多的错误。
在TC++中修改了多次，出现函数没定义，在函数库中找不到图形函数等的问题。
最后终于程序运行成功，得到了结果。
不过由于个人的能力有限，我们按照书上的程序得到运行结果，后面通过查资料稍微修改了一些程序，也得到了同样的运行结果。
在这次的实验过程中，我们不但温习了有关相图的一些知识，还对于过往学习到的知识运用于数据处理分析。
