二组分液液平衡系统相图

实验四二组分固-液平衡相图的测绘一、实验目的1. 掌握热分析法测绘Sn-Bi二组分固-液平衡相图的原理和方法。

2. 学会JX-3DA型金属相图测试仪的使用方法。

二、实验原理测绘二组分固-液平衡相图常用的实验方法是热分析法，其原理是将一种金属或合金熔融后，使之均匀冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线叫步冷曲线。

当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续均匀下降得到一光滑的冷却曲线; 当体系内发生相变时，则因体系产生的凝固热与自然冷却时体系放出的热量相抵偿，冷却曲线就会出现转折或水平线段，转折点或水平线段所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。

利用冷却曲线所得到的一系列组成和所对应的相变温度数据，以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。

二元简单低共熔体系的冷却曲线具有下图所示的形状。

用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果（常用调压变压器或设置一定的保温功率控制电炉的冷却速度为6-8℃/min，因为小心控制冷却速度是实验成败的关键）。

此外，在冷却过程中，一个新的固相出现以前，常常发生过冷现象，轻微过冷则有利于测量相变温度;但严重过冷现象，却会使折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。

遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点温度。

三、仪器药品JX-3DA型金属相图测试仪1套；天平。

Sn(化学纯)；Bi(化学纯)；石墨粉；硅油四、实验步骤1. 样品配制用感量0.1g台称分别配制含铋0%，10%、30%、58%、70%、80%、90%和100%的铋锡混合物各100g分别置于对应的坩埚中，并在样品上方各覆盖一层石墨粉。

插入对应编号的热电偶（为改善导热性能应在热电偶套管内加些硅油）。

2. 测绘步冷曲线图3 JX-3DA型金属相图测试仪(1)按图3连接好各部件。

打开电源开关，预热10min。

二组分气-液平衡相图的测定相图系指系统的相平衡状态图。

相图用图解的方法研究系统的相平衡行为，是相平衡热力学研究的重要手段之一。

相律只能给出系统的独立组分数、平衡共存相数和自由度数，而相图可以给出更加详尽得多的信息。

利用相图提供的信息，化学工程师可以进行工程（如精馏塔）设计及工艺操作（如利用盐-水系统相图进行盐类的精制）；可以进行精馏分离或制备具有精确组成的标准样品（如恒沸蒸馏混合物）；可以利用区域熔炼技术把金属提纯到极高的纯度，也可以把有机混合物或高分子混合物按照相对分子质量进行重新排布；利用二组分气-液平衡实验数据，结合实际溶液知识，可以测量实际溶液中溶剂或溶质的活度及活度因子。

合金相图是合金冶炼、金属热处理和表面处理的理论依据。

利用相图还可以估算纯组分的相变焓。

实验目的1．了解蒸馏法绘制具有恒沸点的二组分气-液平衡相图的原理与方法；2．了解阿贝折光仪的工作原理及样品折光指数的测量方法；3．用蒸馏法绘制无水乙醇-环己烷二组分气-液平衡相图。

实验原理由于系统性质的千差万别，系统的相图也各不相同。

大部分相图都靠实验测定。

目前，实验上测定相图的方法主要有三种：1、冷却曲线法（又称热分析法），此法一般用于具有较高相变温度的系统（如金属和合金相图）。

2、溶解度法，此法一般用于部分互溶凝聚系统（如苯胺和水的相图）。

3、蒸馏法，此法一般用于气-液平衡系统（如乙醇-苯相图）。

对于气-液平衡系统，按照蒸馏条件的不同，可分为蒸气压~组成图，即p~x图（恒温蒸馏）和沸点~组成图，即t~x图（恒压蒸馏）。

本实验测定常压下乙醇-环己烷的沸点~组成图，即t~x图。

因此，本实验的技术关键是如何正确测量所给系统的相平衡温度（沸点）和相平衡组成（气相组成，液相组成）。

仪器和药品平衡蒸馏仪一套（见图3-15）；阿贝折光仪（附带超级恒温水浴）；自偶调压器一台；放大镜一只；量筒、移液管、滴管等；环己烷（A·R）；无水乙醇（A·R）。

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。

课程名称：______大学化学实验(P)__________ 指导老师：____曹发和_____成绩：__________________ 实验名称：二组分完全互溶系统的气液平衡相图实验类型：_____________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1．学习测定气—液平衡数据及绘制二元系统相图的方法，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，熟练掌握超级恒温槽的使用和液体折射率的测量。

4．了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。

二、实验内容和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。

在一定的外压下，纯液体的沸点有确定的值，通常说的液体沸点是指101.325Kpa下的沸点。

对于完全互溶的混合物系统，沸点不仅与外界压力有关，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关系可分为三类：（1）液态混合物的沸点介于两纯组分沸点之间（2）液态混合物有沸点极大值（3）液态混合物有沸点极小值。

对于（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。

（2）、（3）类是由于实际系统与Raoult定律产生严重偏差导致。

相图中出现极值的那一点，称为恒沸点。

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。

对有恒沸点的混合物进行简单蒸馏，只能获得某一纯组分和恒沸混合物。

液态混合物组成的分析是相平衡实验的关键。

本实验采用折射率法。

采用制作工作曲线的内插法得到未知液态混合物的组成。