Page 1 of 7 物理化学实验NO.5 PB07007303 王璐 水-正丙醇双液系汽液平衡相图的测定
摘 要：本实验以水-正丙醇的双液体系为例，对双液系的气液平衡进行研究。实验中通过测定不同正丙醇浓度百分比的折光率，绘制双液系气液平衡相图，并确定其最低恒沸点温度及其组成。
关键词：双液系 汽液平衡相图 最低恒沸混合物 折光率
The Determination of Vapor-Liquid Equilibrium
Phase Diagram of Water & n-Propyl Alcohol System
Abstract: In this experiment, we use water & n-propyl alcohol system for example to research the
balance of binary-liquid system. We measure the refractive of these solutions and then find out the
composition from a composition-refractive index of the standard samples. We draw the Phase
diagram of this binary-liquid system by using the data, and the lowest constant-boiling mixture
with its boiling point is unmistakable on this graph.
Key words: binary-liquid system, Vapor-liquid equilibrium diagram, Lowest constant-boiling
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。
双液系气—液平衡相图的绘制
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。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）了解阿贝折射计的构造原理,熟悉掌握阿贝折射计的使用方法.
二、实验原理
2.1液体的沸点
液体的沸点是液体饱和蒸汽压和外压相等时的温度，在外压一定时,纯液体的沸点有一个确定值.
2.2双液系的沸点
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。理想的二组分体系在全部浓度范围内符合拉乌尔定律.结构相似、性质相近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（正偏差）。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.
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)一般偏差:混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯－苯体系,如图1（a）所示.
(2）最大负偏差：存在一个最小蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都小，混合物存在着最高沸点，如盐酸-水体系，如图1（b)所示。
（3）最大正偏差：存在一个最大蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都大,混合物存在着最低沸点，如水-乙醇体系，如图1（c)）所示。
图1. 二组分真实液态混合物气—液平衡相图（T-x图)
考虑综合因素，实验选择具有最低恒沸点的乙醇-乙酸乙酯双液系。根据相平衡原理，对二组分体系，当压力恒定时，在气液平衡两相区,体系的自由度为1.若温度一定时，则气液亮相的组成也随之而定。当溶液组成一定时，根据杠杆原理,两相的相对量也一定。反之，实验中利用回流的方法保持气液两相的相对量一定,则体系的温度也随之而定。
2.3沸点测定仪
沸点测定仪利用回流的方法保持气液两相相对量一定,测量体系温度不发生改变时,即两相平衡后,取出两相的样品,用阿贝折射计测定气液平衡气相、液相的折射率，再通过预先测定的折射率—组成工作曲线来确定平衡时气相、液相的组成（即该温度下气液两相平衡成分的坐标点）。改变体系总成分，再如上法找出另一对坐标点。这样得若干对坐标点后,分别按气相点和液相点连成气相线和液相线,即得T-x平衡图。 三、实验步骤
实验五 双液系的气—液平衡相图预习思考题
一、思考题：
1.作乙醇—正丙醇标准液的折光率—组成曲线的目的是什么？
不能直接测汽液中的组成，由于两者折射率相差较大，根据折光率组成曲线来求得平衡时的两相组成
2.如何判断已达气液平衡？
体系温度不变，回流1到2分钟不变
3.测定一定沸点下的气液相折光率时为什么要将待测液冷却？
整个实验过程中，通过折射仪的水温要恒定
4.本实验加入沸石的目的是什么？
防止局部过热
5.乙醇—正丙醇的折光率—组成工作曲线为一直线，两点即可定一线，本实验为何还要进行多点测定？
减少误差 提高准确度
6.简述本实验是如何测定双液系的气—液平衡相图的？
测沸点→测其对应的折射率的组成→沸点—组成图
7本实验在测定双液系的沸点和组成时，每次加入沸点仪中的两种液体是否应按记录表规定精确计量？为什么？
不是 。
8我们测得的沸点和标准大气压下的沸点是否一致？为什么？
否 沸点不仅与外压有关，而且还和双液系中两种液体的相对含量有关
9简述用阿贝折光仪测定液体折光率的步骤。
10双液系的沸点—组成图分为哪几类？本实验属于哪一类？
3 乙醇—正丁醇1类 a类 沸点介于ab2物质之间
二、操作题：
1. 如何进行打开冷凝水至适当位置操作？为什么？
下口进上口出，开小一点 逐步冷却效果更好
2. 如何进行沸点仪在开始加热和温度接近沸点时的操作？
刚开始时电压可以调高点 大概200v，接近沸点的时候电压调低点 大概100v 3. 如何进行测定沸点后蒸馏瓶水浴冷却操作？
250ml水烧杯套在测定仪底部冷却至与恒温槽温度相近
4. 如何进行沸点仪气、液相取样操作？
干滴管去冷凝液 短滴管取圆底烧瓶溶液
5. 折光仪在加样时应注意什么？如何操作？
下棱镜保持水平，使滴加液体铺满整个镜面，迅速合上
6. 如何进行折光仪加样后的调节操作？
调节上下两反射镜，使目镜视野明亮，调节下轮至目镜出现明暗分界，调节上镜至明暗分界线变清晰（黑白），再反复调节下轮至明暗分界处目镜交叉中心
