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完全互溶双液系气液平衡相图的绘制

一. 头验目的

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及原理。 4?了解和掌握沸点仪的测定原理及方法。

5 ?加深对完全互溶双液系气液平衡相图的理解和增强个人动手能力。

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( 定律的偏差情况，可分为三类：

(1)

差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯-苯体系，如图

(2)

液体的蒸气压都小，

最高沸点，如盐酸—水体系，如图

(3)

存在一个最大蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都大， 最低沸点，如正丙醇 一水体系，如图1(c))所示。

1 (b)所示。

最大正偏差：混合物存在着

混合物存在着

一般偏1(a)所示。

最大负偏差：存在一个最小蒸气压值， 比两个纯

T—x图)，根据体系对拉乌尔

(a)

⑹

图1二组分真实液态混合物气—液平衡相图(

T — x图)

仏)

对于后两种情况，为具有恒沸点的双液系相图。 取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。

它们在最低或最高恒沸点时的气相和液

相组成相同，因而不能象第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离， 而只能采

为了绘制双液系的 T — x相图，需测定几 成不同的双液系在气一液两相平衡后的沸点 气相的平衡组成。

本实验以环己烷-乙醇为体系， 该体系属 三种类型。在沸点仪(如图2所示)中蒸馏不 混合物，测

定其沸点及相应的气、 液二相的组

作出T — x相图。

本实验中气液两相的组成均采用折光率法 折光率是物质的一个特征数值，它与物质 温度有关，因此在测量物质的折光率时要求温

溶液的浓度不同、 组成不同，折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成的溶液， 温度下测其折光率，作出折光率-组成工作曲线， 出未知溶液的组成。

在恒定

便可通过测折光率的大小在工作曲线上找

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的环己烷一乙醇标准溶液，各 种组成的环己烷一乙醇混和溶液。

已知101.325kPa下，纯环己烷的沸点为 80.1 C，乙醇的沸点为 784C。25C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，恒温水使阿贝折射仪上的温度稳定在某一定值，测量系列 环己烷-乙醇标准溶液在此温度下的折光率。为了适应季节的变化，可选择若干温度测量， 一般可选25C、30C、35C三个温度。 2 .无水乙醇沸点的测定

安装沸点仪T侧管加入约 3 .环己烷沸点的测定

将沸点仪洗净并干燥T侧管加入约

20mL环己烷T温度计浸入液体T冷凝管通水T 3?5minT记下温度计的读数

1.8- 2.0A电流加热液体T待温度计读数稳定 4 .测定系列浓度待测溶液的沸点和折光率

将沸点仪洗净并干燥T侧管加入约

20mL1号溶液T温度计浸入液体T冷凝管通水T

（重复三次）T待温

1.8- 2.0A电流加热液体T倾斜沸点仪使小槽中的气相冷凝液倾回蒸馏瓶

20mL无水乙醇T温度计浸入液体T冷凝管通水T

3?5min T记下温度计的读数

1.8-2.0A

电流加热液体T待温度计读数稳定

度计读数稳定T记下温度计的读数T切断电源T从小槽中取出气相冷凝液T测定折光率T

T用烧杯盛水冷却液相T从侧管处吸出少许液相T迅速测定折光率T剩余溶液倒入回收瓶

按1号溶液的操作，依次测定 液相折光率。

2、3、4、5、6、7、8号溶液的沸点和气一液平衡时的气、

五. 数据处理

无水乙醇沸点： 76.1 C 点： 792C

环己烷沸

组原始组

V接冷馨环水 「―温度传感器(溫度计)

和液相、 于上述第 同组成的 成，即可 测定。 的浓度及 度恒定。

1.作出环己烷-乙醇标准溶液的折光率-组成关系曲线

表1环己烷-乙醇标准溶液的折光率

图2沸点仪的结构

x环己烷 折光率 0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.3580 1.3668 1.3849 1.4048 1.4209 环己烷-乙醇标准溶液的折光率

心y = 0.0655X + 1.3543

4241 4 率光折* 系列1 —线性（系列1）

3938 3736 35 0.5

X环己烷

1 1.5

2.根据工作曲线求出各待测溶液的气相和液相的平衡组成，填入表中。以组成 为横轴，沸点为纵轴，绘出气相与液相的沸点 -组成（T-X）平衡相图。

混和 液编 号 混和液近 似组成 X环己烷 表2环己烷-乙醇混合液测定数据 液相分析 沸点 X环己烷 折光率 /C 74.8 69.1 气相冷凝液分析 折光率 y环己烷 1 2 1.3605 3 65.1 63.3 4 5 63.6 64.0 6 7 67.5 69.5 8

0.0932 1.3611 0.1023 \ 1.3705 0.2436 1.3775 0.3489 1 1.4050 0.7624 1.4015 0.7098 1.4065 0.7850 1 1.4085 0.8150 1.3695 1.3845 1.3910 1.3961 1.4015 1.4115 1.4175 1.4195 0.2286 1 0.4541 H 0.5519 0.6286 : 0.7098 1 0.8602 0.9504 1 0.9805 六. 注意事项

1.测定折光率时，动作应迅速，以避免样品中易挥发组元损失，确保数据准确。

2?电热丝一定要被溶液浸没后方可通电加热，否则电热丝易烧断，还可能会引起有机 液体燃烧；所加电压不能太大，加热丝上有小气泡逸出即可。

3 ?注意一定要先加溶液，再加热；取样时，应注意切断加热丝电源；

4?每种浓度样品其沸腾状态应尽量一致。即气泡“连续”、“均匀”、冒出为好，不 要过于激烈也不要过于慢。

5.先开通冷却水，然后开始加热，系统真正达到平衡后， 停止加热，稍冷却后方可取样 分析；每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥；取样后的滴管不能倒置。

6?阿贝折射仪的棱镜不能用硬物触及（如滴管）

，擦拭棱镜需用擦镜纸。

七. 思考题

1.取出的平衡气液相样品，为什么必须在密闭的容器中冷却后方可用以测定其折射率？ 答：因为在敞开的容器中样品在冷却过程中会挥发， 折射率，而密闭的容器测定的折射率即为样品的折射率。

2 ?平衡时，气液两相温度是否应该一样，实际是否一样，对测量有何影响？ 答：不一样，由于仪器保温欠佳，使蒸汽还没有到达冷凝小球就冷凝而成为液相。 3 ?如果要测纯环己烷、纯乙醇的沸点，蒸馏瓶必须洗净，而且烘干，而测混合液沸点 和组成时，蒸馏瓶则不洗也不烘，为什么

即其测定的折射率是样品挥发后的

？

蒸馏瓶则不洗也不烘测得的物质的折射率为混合物的折射率，并不是纯物质的折射率。 4 ?如何判断气-液已达到平衡状态？讨论此溶液蒸馏时的分离情况？ 答：待温度计的读数稳定后，气-液已达到平衡状态。

5?为什么工业上常产生 95%酒精？只用精馏含水酒精的方法是否可能获的无水酒精？ 答：因为蒸馏所得产物只能获得

95%酒精，不可能用精馏含水酒精的方法获得无水酒

精。95%酒精和5%的水形成共沸物，在沸点蒸馏时蒸出的仍是同样比例的组分，所以利用 精馏的方法不能除去 5%的水。工业上无水乙醇的制法是在先在此基础上加入一定量的苯， 再进行蒸馏。

6?沸点测定时有过热现象和再分馏作用，会对测量产生何种影响？

答：沸点测定时有过热现象和再分馏作时，测定的便不是平衡气液的折光率了。