揮發(fā)性雙液系氣液平衡常數(shù)

1、揮發(fā)性雙液系氣液平衡常數(shù) 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?）用回流冷凝法測定沸點(diǎn)時(shí)氣相與液相的組成，繪制雙液系(環(huán)己烷異丙醇的TX圖)。并找出恒沸點(diǎn)混合物的組成及恒沸點(diǎn)的溫度。2）了解阿貝折光儀的構(gòu)造原理，熟悉掌握阿貝折光儀的使用。 2.實(shí)驗(yàn)原理 單組分液體在一定的外壓下沸點(diǎn)為一定值，把兩種完全互溶的揮發(fā)性液體(組分A和B)混合后，在一定的溫度下，平衡共存的氣、液兩相組成通常并不相同。因此結(jié)果在恒壓下將溶液蒸餾，測定餾出物(氣相)和蒸餾液(液相)的組成，就能找出平衡時(shí)氣、液兩相的成分并繪出TX圖。 完全互溶的雙液系Tx圖可分為三類：液體與拉烏爾定律的偏差不大在Tx圖上溶液的沸點(diǎn)介于A、B兩純物質(zhì)沸點(diǎn)之間如

2、圖1(a)所示，如苯甲苯體系。實(shí)際溶液由于A、B兩組分相互影響，常與拉烏爾定律有較大負(fù)偏差，在Tx圖上出現(xiàn)最高點(diǎn)，如圖1(b)所示，如鹽酸水體系；丙酮氯仿體系等。A、B兩組分混合后與拉烏爾定律有較大的正偏差，在丁X圖上出現(xiàn)最低點(diǎn)如圖1(c)所示，如水乙醇、苯乙醇等體系。類溶液在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)氣液兩相組成相同，這些點(diǎn)稱為恒沸點(diǎn)，其相應(yīng)的溶液稱為恒沸點(diǎn)混合物，恒沸點(diǎn)混合物靠蒸餾無法改其組成。 平衡時(shí)氣液兩相組成的分析，使用折射儀測定，因?yàn)槿芤旱恼凵渎逝c組成有關(guān)。圖1 完全互溶雙液系的TX圖 本實(shí)驗(yàn)選擇一個(gè)具有最低恒沸點(diǎn)的環(huán)己烷-異丙醇體系。在101325pa下測定一系列不同組成的混合溶液的沸點(diǎn)及

3、在沸點(diǎn)時(shí)呈平衡的氣液兩相的組成，繪制TX圖，并從相圖中確定恒沸點(diǎn)的溫度和組成。相圖中確定恒沸點(diǎn)的溫度和組成。 測定沸點(diǎn)的裝置叫沸點(diǎn)測定儀(圖2)。這是一個(gè)帶回流冷凝管的長頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下來的氣相樣品。電流通過浸入溶液中的電阻絲。這樣可以減少溶液沸騰時(shí)的過熱現(xiàn)象，防止暴沸。測定時(shí)，溫度傳感器要插在液面下，準(zhǔn)確測出平衡溫度。 溶液組成分析：由于環(huán)己烷和異丙醇的折光率相差較大，而折光率的測定又只需少量樣品，所以，可用折光率一組成工作曲線來測得平衡體系的兩相組成。阿貝(Abbe)折光儀的原理及使用詳見“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”。3.儀器與藥品 詳見 生產(chǎn)廠家：南大萬和配置

4、：恒流源，溫度計(jì)（一體化），沸點(diǎn)測定玻璃儀，阿貝折射儀，加熱絲，橡皮塞，取樣管技術(shù)參數(shù)：1、測溫范圍：-501802、測溫分辨率：0.013、精度：0.054、電流02A連續(xù)可調(diào) 5、輸出電壓16V 蒸餾器1只，阿貝折光儀1臺，溫度傳感器1支，穩(wěn)流電源(2A)1臺，吸液管(干燥)長短各1根，小玻璃漏斗1只，環(huán)己烷(化學(xué)純)，異丙醇(化學(xué)純)。 4.實(shí)驗(yàn)步驟1）純液體折光率的測定 分別測定異丙醇和環(huán)己烷的折光率，重復(fù)23次。2）工作曲線的繪制 根據(jù)室溫下異丙醇和環(huán)己烷的密度，精確配制若干個(gè)環(huán)己烷不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的雙液系，配好后立即蓋緊，依次在室溫下測定各溶液的折光率(本實(shí)驗(yàn)中此步驟省略，同學(xué)們可直接

5、用表1中的文獻(xiàn)值校正后使用)，繪制工作曲線。3）沸點(diǎn)-組成數(shù)據(jù)的測定（1）將干燥的沸點(diǎn)儀按圖2安裝好，檢查帶有溫度傳感器的橡皮塞是否塞緊。加熱用的電阻絲要盡量靠近底部中心，溫度傳感器的底部不能接觸電阻絲，而且每次更換溶液后，要保證測定條件盡量平行（包括溫度傳感器和電阻絲的相對位置）。（2）溶液配置 粗略配制含異丙醇約5，lO，25，35，50，75，85，90，95質(zhì)量的環(huán)己烷溶液約50Ml(已配好)。（3）測定沸點(diǎn)及平衡的氣-液組成 在蒸餾器中加入25mL含有異丙醇約為5%的環(huán)己烷溶液，打開冷卻水，同法加熱使溶液沸騰。最初在冷凝管下端袋狀部的液體不能代表平衡時(shí)氣相的組成(為什么?)，為加速達(dá)

6、到平衡可將袋狀部內(nèi)最初冷凝的液體傾回蒸餾器底部，并反復(fù)23次，待溫度讀數(shù)恒定再維持3-5min后記下沸點(diǎn)并停止加熱。隨即在冷凝管上口插入長吸液管吸取袋狀部的蒸出液，迅速測其折光率。再用另一根短的吸液管，從蒸餾器的加料口吸出液體迅速測其折光率。迅速測定是防止由于蒸發(fā)而改變成分。每份樣品需讀數(shù)三次，取其平均值。實(shí)驗(yàn)完畢，將蒸餾器中溶液倒回原瓶。圖2蒸餾器的結(jié)構(gòu)圖1.溫度傳感器；2.加料；3.加熱絲 4.蒸出液取樣口 5.袋狀部 同法用含有異丙醇約為10，25，35，50，75，85，90，95的環(huán)已烷溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各次實(shí)驗(yàn)后的溶液均倒回原瓶中。實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意室內(nèi)氣壓的讀數(shù)。 5 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1

7、）電阻絲不能露出液面，一定要被欲測液體浸沒，否則通電加熱會(huì)引起有機(jī)液體燃燒。通過電流不能太大(在本實(shí)驗(yàn)所用電阻絲時(shí))，只要能使欲測液體沸騰即可，過大會(huì)引起欲測液體(有機(jī)化合物)的燃燒或燒斷電阻絲。 2）一定要使體系達(dá)到氣、液平衡，即溫度讀數(shù)恒定不變。 3）只能在停止通電加熱后才能取樣分析。 4）使用阿貝折光儀時(shí)，棱鏡上不能觸及硬物(如滴管)，探棱鏡時(shí)需用擦鏡紙。 5）實(shí)驗(yàn)過程中必須在冷凝管中通入冷卻水，以使氣相全部冷凝。 6 數(shù)據(jù)處理 1）溶液的沸點(diǎn)與大氣壓有關(guān)。應(yīng)用特魯(Trouton)規(guī)則及克勞修斯一克萊受龍公式可得溶液沸點(diǎn)隨大氣壓變化而變化的近似式：式中Tob為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(Po=101

8、325Pa)下的正常沸點(diǎn)。異丙醇為355.5K；Tb為在實(shí)驗(yàn)時(shí)大氣壓P的沸點(diǎn)。 計(jì)算純異丙醇在實(shí)驗(yàn)時(shí)的大氣壓下沸點(diǎn)，與實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度計(jì)上讀得的沸點(diǎn)相比較，求出溫度計(jì)本身誤差的改正值。并逐一改正各不同濃度溶液的沸點(diǎn)。 2）已知293.2K時(shí)環(huán)已烷與異丙醇混合液的濃度與折光率n20D的數(shù)據(jù)如表1所示。表1異丙醇的摩爾百分?jǐn)?shù)()n20D異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)()異丙醇的摩爾百分?jǐn)?shù)()n20D異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)() 0 10.66 17.04 20.00 28.34 32.03 37.14 1.4263 1.4210 1.41811.4168 1.4130 1.4113 1,4090 0 7.85 12.79

9、 15.54 22.02 25.17 29.67 40.4046D450.0060.0080.00100.00 1.4077 1.4050 1.4029 1.3983 I3882 1.3773 32.61 37.8S 41.65 51.72 74.O5注：摘自Jean Timmermans：(The PhysicoChemical Constants of Binary Systems)Vol2，P37(Wiley。InterscienceNew York，1959-1960)用坐標(biāo)紙(或Excel)繪出n20D與質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的結(jié)果，從圖上查出餾出液及蒸餾液的成分(如在實(shí)

10、驗(yàn)測定折光率時(shí)的溫度不是20，則應(yīng)另找一條在該溫度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，或者近似地以溫度每升高1，折光率降低410-4，改正到20再在圖上找出相應(yīng)成分)，列于表2中。 表2.2 室溫 大氣壓 序號t(沸點(diǎn))液 相氣 相()nDw(異丙醇)nDw (異丙醇) 3）用以上所得數(shù)據(jù)繪制其TX圖，從圖求出環(huán)己烷異丙醇體系的最低恒沸點(diǎn)組成及其溫度。環(huán)已烷的正常沸點(diǎn)為353.4K。 7 思考題 1）蒸餾器中收集氣相冷凝液的袋狀部的大小對結(jié)果有何影響? 2）蒸餾時(shí)因儀器保溫條件欠佳，在氣相到達(dá)袋狀部前，沸點(diǎn)較高的組成會(huì)發(fā)生部分冷凝，這樣它們的丁X圖將怎樣變化? 3）你認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)所用的蒸餾器尚有哪些缺點(diǎn)?如何改進(jìn)?4）

11、試估計(jì)哪些因素是本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源?5）試推導(dǎo)沸點(diǎn)校正公式： 8 討論 1）具有最低恒沸點(diǎn)的雙液體系很多，如環(huán)己烷乙醇體系，苯乙醇體系以及本實(shí)驗(yàn)的環(huán)己烷異丙醇體系。上述體系中苯乙醇體系可以精確繪制出Tx圖。其余體系液相線較為平坦，TX圖欠佳，但苯有毒，故未選用。 2）本實(shí)驗(yàn)所用蒸餾器是較簡單的一種，它利用電阻絲在溶液內(nèi)部加熱，這樣比較均勻，可減少燥沸。所用電阻絲是26#鎳鉻絲，長度約14cm，繞成約3mm直徑的螺旋圈，再焊接于14#銅絲上，然后把銅絲穿過包有錫紙的木塞(銅絲勿與錫紙接觸，用錫紙包木塞可防止蒸餾時(shí)木塞中的雜質(zhì)進(jìn)入溶液中)。最好是用帶有二孔的玻璃塞來替代木塞，把銅絲用火漆或環(huán)氧樹脂固定在玻璃塞的孔上。 3）蒸餾氣體到達(dá)冷凝管前，常會(huì)有部分沸點(diǎn)較高的組分被冷凝，因而所測得氣相成分可能并不代表真正的氣相成分，為減小由此引入的誤差，蒸餾器中的支管位置不宜太高，沸騰液體的液面與支管上袋狀部間的距離不應(yīng)過遠(yuǎn)，最好在儀器外再加棉套之類的保溫層，以減少蒸氣先行冷凝。 4）本實(shí)驗(yàn)中，水銀溫度大部分是在