双液系标准工作曲线

西安交通大学实验报告

课程：物理化学实验实验日期：2016年3月8日

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实验名称双液系气液平衡相图的绘制

一、 实验目的

1. 了解沸点仪的测定原理和使用方法

2. 在大气压力下用沸点仪测绘环己烷-乙醇双液系的气液平衡相图

3. 掌握阿贝折光仪的使用方法

二、 实验原理

在一定压力下，纯液体有恒定的沸点。但是对于完全互溶双液系，沸点不仅与外压有关，还与双液系的组成有关。由于环己烷和乙醇的折光率差别较大，由他们组成的双液系的折光率会随溶液的浓度变化而显著变化，所以该实验可通过测定折光率来确定气液两相的组成。但在具体确定样品组成前，需先用一组已知浓度的标准样液测绘一条标准工作曲线。又因折光率会随温度的变化而变化，所以始终应该在相同温度下（温度波动控制在正负一摄氏度）进行折光率的测定。

三、 仪器与药品

沸点仪1个、加热电源（0.5kW）一台、阿贝折光仪1台、超级恒温槽1台、长颈胶头滴管2支、镜头纸、50~100℃的温度计1支、乙醇、环己烷、丙酮。

四、 实验步骤

1. 启动超级恒温槽的加热和搅拌系统，控制温度25℃;

2. 绘制标准工作曲线

往6个干燥的称量瓶中分别加入1、2、3、4、5、6ml乙醇，再依次加入6、5、4、3、2、 1ml环己烷，盖上盖子并摇匀。另两个称量瓶中分别加入1ml乙醇和环己烷。用与超级恒温槽相连的阿贝折光仪测这些标准溶液的折光率；

3. 溶液沸点及气液平衡组成的测定

组装好沸点仪。往沸点仪中加入20ml乙醇，往冷凝管中通入冷却水，接通电源12V左右，使液体缓缓加热。沸腾后，维持3-5min，是冷凝水不断淋洗冷凝管底部的球形小室。待温度计读数稳定后，液相与气相样品的组成也就稳定了。记录温度后停止加热，用一个胶头滴管采集气相冷凝液并测其折光率。另一个胶头滴管采集液相并测其折光率。往沸点仪中分别加入1、2、2、2、5ml环己烷，并按上述步骤分别测不同组成系统的气液相平衡温度和两相折光率。

完全互溶双液系气液平衡相图的绘制

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

两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。

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80.1℃，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。

四．实验步骤：

1．环己烷－乙醇溶液折光率与组成工作曲线的测定

调节恒温槽温度并使其稳定，阿贝折射仪上的温度稳定在某一定值，测量环己烷－乙醇标准溶液的折光率。为了适应季节的变化，可选择若干温度测量，一般可选25℃、30℃、35℃三个温度。

2. 无水乙醇沸点的测定

将干燥的沸点仪安装好。从侧管加入约20mL无水乙醇于蒸馏瓶内，并使传感器（温度计）浸入液体内。冷凝管接通冷凝水。按恒流源操作使用说明，将稳流电源调至1.8-2.0A，使加热丝将液体加热至缓慢沸腾。液体沸腾后，待测温温度计的读数稳定后应再维持3～5min以使体系达到平衡。在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶。记下温度计的读数，即为无水乙醇的沸点，同时记录大气压力。

双液系的气液平衡相图

1. 引言

1.1实验目的

本实验采用沸点仪测定常压下环己烷—乙醇的气液平衡相图；掌握阿贝折射仪的使用方法。

1.2 实验原理

将两种蒸气压不同的挥发性液体混合，溶液的组成与其平衡气相的组成不同。在压力保持一定，二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组成关系的相图，称为沸点和组成(T-x)图。沸点和组成(T-x)的关系有下列三种：

(1)理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其液体混合物的沸点介于两纯物质沸点之间见图1(a)；

(2)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差，其溶液有最高恒沸点见图1(b)；

(3)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，其溶液有最低恒沸点见图1(c)。

第(2)、(3)两类溶液在最高或最低恒沸点时的气液两相组成相同，加热蒸发的结果只使气相总量增加，气液相组成及溶液沸点保持不变，这时的温度称恒沸点，相应的组成称恒沸组成。第(1)类混合物可用一般精馏法分理处这两种纯物质，第(2)、(3)类混合物用一般精馏方法只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。

图1 沸点组成图[1]

为了测定二元液系的T—x图，需在气液两相达到平衡后，同事测定溶液的沸点、气相和液相组成。

本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷—乙醇双液系的T—x图。方法是用沸点仪(图2)直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度(即沸点)，并收集少量馏出液(即气相冷凝液)及吸取少量溶液(即液相)，分别用阿贝折射仅测定其折射率。为了求出相应的组成，必须先测定已知组成的溶液的折射率，作出折射率对组成的工作曲线，在此曲线上即可查得对应于样品折射率的组成。

沸点仪的种类很多，本实验采用一种带有电阻丝加热的沸点仪。沸腾的溶液由喷嘴喷向温度计，因此可以测得蒸气与液相平衡时的温度。气相经冷凝后贮存在小泡内。

异丙醇—环己烷双液系相图

一、实验目的：

1. 了解物理化学实验手段中常用的物理方法—光学方法的基本原理。

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. 进一步理解分馏原理。

4. 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。