四川理工學(xué)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(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)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(diǎn)組成相圖。2掌握雙組分沸點(diǎn)的測(cè)定方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解分餾原理。3掌握阿貝折射儀的使用方法。二實(shí)驗(yàn)原理兩種液體物質(zhì)混合而成的兩組分體系稱(chēng)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(shí)，如果該兩組分的蒸氣壓不同，則混合物的組成與平衡時(shí)氣相的組成不同。當(dāng)壓力保持一定，混合物沸點(diǎn)與兩組分的相對(duì)含量有關(guān)。恒定壓力下，真實(shí)的完全互溶雙液系的氣液平衡相圖（Tx），根據(jù)體系對(duì)拉烏爾定律的偏差情況，可分為3類(lèi)：（1）一般偏差：混合物的沸點(diǎn)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(fù)偏差：存在一個(gè)最小蒸汽壓值，比兩個(gè)純液體的蒸汽壓都小，混合物存在著最高沸點(diǎn)，如鹽酸水體系，如圖2.7(b)所示。（3）最大正偏差：存在一個(gè)最大蒸汽壓值，比兩個(gè)純液體的蒸汽壓都大，混合物存在著最低沸點(diǎn)如圖2.7(c)）所示。圖2.7 二組分真實(shí)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(diǎn)的雙液系相圖。它們?cè)谧畹突蜃罡吆惴悬c(diǎn)時(shí)的氣相和液相組成相同，因而不能象第一類(lèi)那樣通過(guò)反復(fù)蒸餾的方法而使雙液系的兩個(gè)組分相互分離，而只能采取精餾等方法分離出一種純物質(zhì)和另一種恒沸混合物。為了測(cè)定雙液系的Tx相圖，需在氣液平衡后，同時(shí)測(cè)定雙液

3、系的沸點(diǎn)和液相、氣相的平衡組成。本實(shí)驗(yàn)以環(huán)己烷乙醇為體系，該體系屬于上述第三種類(lèi)型，在沸點(diǎn)儀（如圖2.8）中蒸餾不同組成的混合物，測(cè)定其沸點(diǎn)及相應(yīng)的氣、液二相的組成，即可作出Tx相圖。本實(shí)驗(yàn)中兩相的成分分析均采用折光率法測(cè)定。  折光率是物質(zhì)的一個(gè)特征數(shù)值，它與物質(zhì)的濃度及溫度有關(guān)，因此在測(cè)量物質(zhì)的折光率時(shí)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(cè)其折光率，作出折光率組成工作曲線，便可通過(guò)測(cè)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(diǎn)儀，阿貝折射儀，調(diào)壓變壓器，超級(jí)恒溫水浴，溫度測(cè)定儀，長(zhǎng)短取樣管。環(huán)己烷物質(zhì)

4、的量分?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)溶液，已知101.325kPa下，純環(huán)己烷的沸點(diǎn)為80.1，乙醇的沸點(diǎn)為78.4。25時(shí)，純環(huán)己烷的折光率為1.4264，乙醇的折光率為1.3593。四實(shí)驗(yàn)步驟：1環(huán)己烷乙醇溶液折光率與組成工作曲線的測(cè)定調(diào)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(cè)量環(huán)己烷乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的折光率。為了適應(yīng)季節(jié)的變化，可選擇若干溫度測(cè)量，一般可選25、30、35三個(gè)溫度。2. 無(wú)水乙醇沸點(diǎn)的測(cè)定 將干燥的沸點(diǎn)儀安裝好。從側(cè)管加入約20mL無(wú)水乙醇于蒸餾瓶?jī)?nèi)，并使傳感器（溫度計(jì)）浸入液體內(nèi)。冷凝管接通冷凝水。按恒流源操作使用

5、說(shuō)明，將穩(wěn)流電源調(diào)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(cè)溫溫度計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后應(yīng)再維持35min以使體系達(dá)到平衡。在這過(guò)程中，不時(shí)將小球中凝聚的液體傾入燒瓶。記下溫度計(jì)的讀數(shù)，即為無(wú)水乙醇的沸點(diǎn)，同時(shí)記錄大氣壓力。3. 環(huán)己烷沸點(diǎn)的測(cè)定同2步操作，測(cè)定環(huán)己烷的沸點(diǎn)。測(cè)定前應(yīng)注意，必須將沸點(diǎn)儀洗凈并充分干燥。4. 測(cè)定系列濃度待測(cè)溶液的沸點(diǎn)和折光率同2步操作，從側(cè)管加入約20mL預(yù)先配制好的1號(hào)環(huán)己烷乙醇溶液于蒸餾瓶?jī)?nèi)，并使傳感器（溫度計(jì)）浸入溶液內(nèi),將液體加熱至緩慢沸騰。因最初在冷凝管下端內(nèi)的液體不能代表平衡氣相的組成，為加速達(dá)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?jī)?nèi)，重復(fù)三次（注意：加熱時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以免物質(zhì)揮發(fā)），待溫度穩(wěn)定后，記下溫度計(jì)的讀數(shù)，即為溶液的沸點(diǎn)。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(cè)管處吸出少許液相混液，迅速測(cè)定各自的折光率。剩余溶液倒入回收瓶。按1號(hào)溶液的操作，依次測(cè)定2、3、4、5、6、7、8號(hào)溶液的沸點(diǎn)和氣液平衡時(shí)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(diǎn)： 76.1 無(wú)水乙醇沸點(diǎn)： 79.2 表1 環(huán)己烷乙醇標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定數(shù)據(jù)混和液編號(hào)混合液近似組成x環(huán)己烷沸點(diǎn)/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(biāo)準(zhǔn)溶液的折光率組成關(guān)系曲線。2根據(jù)工作曲線插值求出各待測(cè)溶液的氣相和液相平衡組成，填入表中。以組成為橫軸，沸點(diǎn)為縱軸，繪出氣相與液相的沸點(diǎn)組成(T-x)平衡相圖。3由圖找出其恒沸點(diǎn)及恒沸組成。答：由圖知：恒沸點(diǎn)為57.2，恒沸點(diǎn)組成為x環(huán)己烷=0.81六注意事項(xiàng)1. 測(cè)定折光率時(shí)，動(dòng)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(zhǔn)確。2. 電熱絲一定要被溶液浸沒(méi)后方可通電加熱，否則電熱絲易燒斷，還可能會(huì)引起有機(jī)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(shí)，應(yīng)注意切斷加熱絲電源。4每次取樣量不宜過(guò)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(cè)定其折射率？答:因?yàn)檎凵渎适俏镔|(zhì)的一個(gè)特征數(shù)值，它與物質(zhì)的濃度機(jī)溫度有關(guān)，因此在測(cè)定物質(zhì)的折光率時(shí)要求溫度的恒定。過(guò)熱時(shí)將導(dǎo)致液相線向高溫處移動(dòng)，氣相組分含有的易揮發(fā)成份偏多，該氣相點(diǎn)會(huì)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(shí)，氣液兩相溫度是否應(yīng)該一樣，實(shí)際是否一樣，對(duì)測(cè)量有何影響？答：平衡時(shí)溫度應(yīng)

10、該一樣，但實(shí)際上不一樣，使蒸氣還沒(méi)有到達(dá)冷凝小球就因冷凝而成為液相。3如果要測(cè)純環(huán)己烷、純乙醇的沸點(diǎn)，蒸餾瓶必須洗凈，而且烘干，而測(cè)混合液沸點(diǎn)和組成時(shí)，蒸餾瓶則不洗也不烘，為什么?答：測(cè)試純樣時(shí)，如沸點(diǎn)儀不干凈，所測(cè)得沸點(diǎn)就不是純樣的沸點(diǎn)。測(cè)試混合樣時(shí)，其沸點(diǎn)和氣、液組成都是實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定的，繪制圖像時(shí)只需要這幾個(gè)數(shù)據(jù)，并不需要測(cè)試樣的準(zhǔn)確組成，也跟式樣的量無(wú)關(guān)4如何判斷氣液已達(dá)到平衡狀態(tài)？答：當(dāng)液體沸騰時(shí)及溫度不再變化穩(wěn)定時(shí)氣-液已達(dá)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(wú)水酒精？答：因?yàn)榉N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(wú)水酒精，95%酒精還含有5%的水，它是一個(gè)沸點(diǎn)為的共沸物，在沸點(diǎn)時(shí)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(wú)水乙醇的制法是先在此基礎(chǔ)上加入一定量的苯，再進(jìn)行蒸餾。6.沸點(diǎn)測(cè)定時(shí)有過(guò)熱現(xiàn)象和再