四川理工學院-完全互溶雙液系氣液平衡相圖的繪制

1、完全互溶雙液系氣液平衡相圖的繪制一實驗目的1測定常壓下環(huán)己烷乙醇二元系統(tǒng)的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪制沸點組成相圖。2掌握雙組分沸點的測定方法，通過實驗進一步理解分餾原理。3掌握阿貝折射儀的使用方法。二實驗原理兩種液體物質混合而成的兩組分體系稱為雙液系。根據(jù)兩組分間溶解度的不同，可分為完全互溶、部分互溶和完全不互溶三種情況。兩種揮發(fā)性液體混合形成完全互溶體系時，如果該兩組分的蒸氣壓不同，則混合物的組成與平衡時氣相的組成不同。當壓力保持一定，混合物沸點與兩組分的相對含量有關。恒定壓力下，真實的完全互溶雙液系的氣液平衡相圖（Tx），根據(jù)體系對拉烏爾定律的偏差情況，可分為3類：（1）一般偏差：混合物的沸點介于

2、兩種純組分之間，如甲苯苯體系，如圖2.7(a)所示。（2）最大負偏差：存在一個最小蒸汽壓值，比兩個純液體的蒸汽壓都小，混合物存在著最高沸點，如鹽酸水體系，如圖2.7(b)所示。（3）最大正偏差：存在一個最大蒸汽壓值，比兩個純液體的蒸汽壓都大，混合物存在著最低沸點如圖2.7(c)）所示。圖2.7 二組分真實液態(tài)混合物氣液平衡相圖（T-x圖）后兩種情況為具有恒沸點的雙液系相圖。它們在最低或最高恒沸點時的氣相和液相組成相同，因而不能象第一類那樣通過反復蒸餾的方法而使雙液系的兩個組分相互分離，而只能采取精餾等方法分離出一種純物質和另一種恒沸混合物。為了測定雙液系的Tx相圖，需在氣液平衡后，同時測定雙液

3、系的沸點和液相、氣相的平衡組成。本實驗以環(huán)己烷乙醇為體系，該體系屬于上述第三種類型，在沸點儀（如圖2.8）中蒸餾不同組成的混合物，測定其沸點及相應的氣、液二相的組成，即可作出Tx相圖。本實驗中兩相的成分分析均采用折光率法測定。  折光率是物質的一個特征數(shù)值，它與物質的濃度及溫度有關，因此在測量物質的折光率時要求溫度恒定。溶液的濃度不同、組成不同，折光率也不同。因此可先配制一系列已知組成的溶液，在恒定溫度下測其折光率，作出折光率組成工作曲線，便可通過測折光率的大小在工作曲線上找出未知溶液的組成。三儀器與試劑沸點儀，阿貝折射儀，調壓變壓器，超級恒溫水浴，溫度測定儀，長短取樣管。環(huán)己烷物質

4、的量分數(shù)x環(huán)己烷為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的環(huán)己烷乙醇標準溶液，已知101.325kPa下，純環(huán)己烷的沸點為80.1，乙醇的沸點為78.4。25時，純環(huán)己烷的折光率為1.4264，乙醇的折光率為1.3593。四實驗步驟：1環(huán)己烷乙醇溶液折光率與組成工作曲線的測定調節(jié)恒溫槽溫度并使其穩(wěn)定，阿貝折射儀上的溫度穩(wěn)定在某一定值，測量環(huán)己烷乙醇標準溶液的折光率。為了適應季節(jié)的變化，可選擇若干溫度測量，一般可選25、30、35三個溫度。2. 無水乙醇沸點的測定 將干燥的沸點儀安裝好。從側管加入約20mL無水乙醇于蒸餾瓶內，并使傳感器（溫度計）浸入液體內。冷凝管接通冷凝水。按恒流源操作使用

5、說明，將穩(wěn)流電源調至1.8-2.0A，使加熱絲將液體加熱至緩慢沸騰。液體沸騰后，待測溫溫度計的讀數(shù)穩(wěn)定后應再維持35min以使體系達到平衡。在這過程中，不時將小球中凝聚的液體傾入燒瓶。記下溫度計的讀數(shù)，即為無水乙醇的沸點，同時記錄大氣壓力。3. 環(huán)己烷沸點的測定同2步操作，測定環(huán)己烷的沸點。測定前應注意，必須將沸點儀洗凈并充分干燥。4. 測定系列濃度待測溶液的沸點和折光率同2步操作，從側管加入約20mL預先配制好的1號環(huán)己烷乙醇溶液于蒸餾瓶內，并使傳感器（溫度計）浸入溶液內,將液體加熱至緩慢沸騰。因最初在冷凝管下端內的液體不能代表平衡氣相的組成，為加速達到平衡，須連同支架一起傾斜蒸餾瓶，使槽中

6、氣相冷凝液傾回蒸餾瓶內，重復三次（注意：加熱時間不宜太長，以免物質揮發(fā)），待溫度穩(wěn)定后，記下溫度計的讀數(shù)，即為溶液的沸點。切斷電源，停止加熱，分別用吸管從小槽中取出氣相冷凝液、從側管處吸出少許液相混液，迅速測定各自的折光率。剩余溶液倒入回收瓶。按1號溶液的操作，依次測定2、3、4、5、6、7、8號溶液的沸點和氣液平衡時的氣，液相折光率。五數(shù)據(jù)處理阿貝折射儀溫度： 29.15 大氣壓： 97.40 kPa環(huán)己烷沸點： 76.1 無水乙醇沸點： 79.2 表1 環(huán)己烷乙醇標準溶液的折光率x環(huán)己烷00.250.50.751.0 折光率1.35741.37261.38931.40751.4236表2

7、環(huán)己烷乙醇混和液測定數(shù)據(jù)混和液編號混合液近似組成x環(huán)己烷沸點/液相分析氣相冷凝液分析折光率x環(huán)己烷折光率y環(huán)己烷10.100073.0 1.35850.0379 1.36260.1000 20.343968.2 1.36270.1015 1.37870.3439 30.448563.7 1.37020.2152 1.38560.4485 40.533360.1 1.37960.3576 1.39120.5333 50.628858.4 1.38840.4909 1.39750.6288 60.710657.0 1.40250.7045 1.40290.7106 70.854556.6 1.41

8、240.8545 1.40840.7939 80.916758.2 1.41650.9167 1.41410.8803 1作出環(huán)己烷乙醇標準溶液的折光率組成關系曲線。2根據(jù)工作曲線插值求出各待測溶液的氣相和液相平衡組成，填入表中。以組成為橫軸，沸點為縱軸，繪出氣相與液相的沸點組成(T-x)平衡相圖。3由圖找出其恒沸點及恒沸組成。答：由圖知：恒沸點為57.2，恒沸點組成為x環(huán)己烷=0.81六注意事項1. 測定折光率時，動作要迅速，以避免樣品中易揮發(fā)組分損失，確保數(shù)據(jù)準確。2. 電熱絲一定要被溶液浸沒后方可通電加熱，否則電熱絲易燒斷，還可能會引起有機物燃燒，所以電壓不能太大，加熱絲上有小氣泡逸出即

9、可。3. 注意一定要先加溶液，再加熱，取樣時，應注意切斷加熱絲電源。4每次取樣量不宜過多，取樣管一定要干燥，不能留有上次的殘液，氣相部分的樣品要取干凈。5阿貝折射儀的棱鏡不能用硬物觸及（如滴管），擦拭棱鏡需用擦鏡紙七思考題1取出的平衡氣液相樣品，為什么必須在密閉的容器中冷卻后方可用以測定其折射率？答:因為折射率是物質的一個特征數(shù)值，它與物質的濃度機溫度有關，因此在測定物質的折光率時要求溫度的恒定。過熱時將導致液相線向高溫處移動，氣相組分含有的易揮發(fā)成份偏多，該氣相點會向易揮發(fā)組分那邊偏移。所以要在密閉容器中冷卻。2平衡時，氣液兩相溫度是否應該一樣，實際是否一樣，對測量有何影響？答：平衡時溫度應

10、該一樣，但實際上不一樣，使蒸氣還沒有到達冷凝小球就因冷凝而成為液相。3如果要測純環(huán)己烷、純乙醇的沸點，蒸餾瓶必須洗凈，而且烘干，而測混合液沸點和組成時，蒸餾瓶則不洗也不烘，為什么?答：測試純樣時，如沸點儀不干凈，所測得沸點就不是純樣的沸點。測試混合樣時，其沸點和氣、液組成都是實驗直接測定的，繪制圖像時只需要這幾個數(shù)據(jù)，并不需要測試樣的準確組成，也跟式樣的量無關4如何判斷氣液已達到平衡狀態(tài)？答：當液體沸騰時及溫度不再變化穩(wěn)定時氣-液已達平衡態(tài)。5為什么工業(yè)上常產(chǎn)生95酒精？只用精餾含水酒精的方法是否可能獲的無水酒精？答：因為種種原因在此條件下，蒸餾所得產(chǎn)物只能得95%的酒精。不可能只用精餾含水酒精的方法獲得無水酒精，95%酒精還含有5%的水，它是一個沸點為的共沸物，在沸點時蒸出的仍是同樣比例的組分，所以利用分餾法不能除去5%的水。工業(yè)上無水乙醇的制法是先在此基礎上加入一定量的苯，再進行蒸餾。6.沸點測定時有過熱現(xiàn)象和再