雙液系氣-液平衡相圖(精)

1、 雙液系的氣- 液平衡相圖報(bào)告人：宋意海班級： 09應(yīng)化 2Z 實(shí)驗(yàn)時(shí)間2011 年 04月 15日一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(diǎn)組成相圖。2掌握雙組分沸點(diǎn)的測定方法，通過實(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（T x），根據(jù)

2、體系對拉烏爾定律的偏差情況，可分為三類：（ 1）一般偏差：混合物的沸點(diǎn)介于兩種純組分之間，如甲苯苯體系，如圖 1（a） 所示。（ 2）最大負(fù)偏差：混合物存在著最高沸點(diǎn)，如鹽酸水體系，如圖1 （b）所示。（ 3） 最大正偏差：混合物存在著最低沸點(diǎn)，如正丙醇水體系，如圖 1（c） ）所示。對于后兩種情況，為具有恒沸點(diǎn)的雙液系相圖。它們在最低或最高恒沸點(diǎn)時(shí)的氣相和液相組成相同，因而不能象第一類那樣通過反復(fù)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(zhì)和另一種恒沸混合物。為了測定雙液系的T x 相圖，需在氣液平衡后，同時(shí)測定雙液系的沸點(diǎn)和液相、氣相的平衡組成。本實(shí)驗(yàn)以環(huán)己

3、烷乙醇為體系，該體系屬于上述第三種類型，在沸點(diǎn)儀 （如圖2）中蒸餾不同組成的混合物，測定其沸點(diǎn)及相應(yīng)的氣、液二相的組成，即可作出T x 相圖。本實(shí)驗(yàn)中兩相的成分分析均采用折光率法。折光率是物質(zhì)的一個特征數(shù)值，它與物質(zhì)的濃度及溫度有關(guān)，因此在測量物質(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(diǎn)儀，阿貝折射儀，調(diào)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(zhì)的量分?jǐn)?shù)X環(huán)己烷 為 0、 0.2、 0.4、 0.6、 0

4、.8、 1.0 的環(huán)己烷乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，各種組成的環(huán)己烷乙醇混和溶液。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，可選擇若干溫度測量，一般可選25、30、35三個溫度。2測定待測溶液沸點(diǎn)和折光率（ 1）無水乙醇沸點(diǎn)的測定將干燥的沸點(diǎn)儀安裝好。從側(cè)管加入約20mL無水乙醇于蒸餾瓶內(nèi)，并使傳感器（溫度計(jì)）浸入液體內(nèi)。冷凝管接通冷凝水。按恒流源操作使用說明，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，待測溫溫度計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后應(yīng)再維持3 5min 以使

5、體系達(dá)到平衡。在這過程中，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)，即為無水乙醇的沸點(diǎn)，同時(shí)記錄大氣壓力。（ 2）測定系列濃度待測溶液的沸點(diǎn)和折光率同 （ 1） 操作， 從側(cè)管加入約20mL預(yù)先配制好的1 號環(huán)己烷乙醇溶液于蒸餾瓶內(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，使小槽中氣相冷凝液傾回蒸餾瓶內(nèi)，重復(fù)三次（注意：加熱時(shí)間不宜太長，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，

6、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(diǎn)和氣液平衡時(shí)的氣，液相折光率。（ 3）環(huán)己烷沸點(diǎn)的測定同（1）操作，測定環(huán)己烷的沸點(diǎn)。測定前應(yīng)注意，必須將沸點(diǎn)儀洗凈并充分干燥。五實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理環(huán)己烷乙醇混和液測定數(shù)據(jù)濃度沸 點(diǎn)沸點(diǎn)K氣相折光率液相折光率氣相實(shí)際濃度液相實(shí)際濃度0.0078.4351.550.0577.6350.75214.175282.4630.99800.00100.1077.3350.45213.875282.1630.90000.01000.2573.7346.85210.275278.563

7、0.80000.01500.3568.7341.85205.275273.5630.65140.08800.7563.8336.95200.375268.6630.53980.32700.8064.0337.15200.575268.8630.49460.68330.9068.8341.95205.375273.6630.34060.96000.9579.5352.65216.075284.3630.12810.98001.0080.7353.851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。B環(huán)己烷組成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。(T-x)平衡相圖。3由圖

8、找出其恒沸點(diǎn)及恒沸組成環(huán)己烷 -乙醇體系的溫度-組成相圖系列1 系列2 系列3 多項(xiàng)式 （ 系列 1）答：由圖知：恒沸點(diǎn)為64.1 ，恒沸點(diǎn)組成為X環(huán)己烷=0.54 X 乙醇 =0.46六注意事項(xiàng)1加熱電阻絲一定要被欲測液體浸沒，否則通電加熱時(shí)可能會引起有機(jī)液 體燃燒；所加電壓不能太大，加熱絲上有小氣泡逸出即可。2取樣時(shí)，先停止通電再取樣。3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。4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?yàn)檫^熱時(shí)將導(dǎo)致液相

9、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(diǎn)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(shí)， 氣液兩相溫度是否應(yīng)該一樣，實(shí)際是否一樣，對測量有何影響？答： 不一樣， 由于儀器保溫欠佳，使蒸氣還沒有到達(dá)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(diǎn)，蒸餾瓶必須洗凈，而且烘干，而測混合液沸點(diǎn)和組成時(shí)，蒸餾瓶則不洗也不烘，為什么?答：測試純樣時(shí)，如沸點(diǎn)儀不干凈，所測得沸點(diǎn)就不是純樣的沸點(diǎn)。測試混合樣時(shí)， 其沸點(diǎn)和氣、液組成都是實(shí)驗(yàn)直接測定的，繪制圖像時(shí)只需要這幾個數(shù)據(jù)，并不需要測試樣的準(zhǔn)確組成，也跟式樣的量無關(guān)。4如何判斷氣液已達(dá)到平衡狀態(tài)？討論此溶液蒸餾時(shí)的分離

10、情況？答：當(dāng)溫度計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定的時(shí)候表示氣液已達(dá)到平衡狀態(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?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水酒精，95%酒精還含有5%的水，它是一個沸點(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。八、文獻(xiàn)值表 1 標(biāo)準(zhǔn)壓力下環(huán)己烷乙醇體系相圖的恒沸點(diǎn)數(shù)據(jù)沸點(diǎn)乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)X環(huán)己烷64.94064.829.20.57064.831.40.54564.930.50.555表 225時(shí)環(huán)

11、己烷乙醇體系的折光率組成關(guān)系x 乙醇x 環(huán)己烷25 nD1.000.001.360.900.101.370.790.211.380.710.291.380.590.411.390.500.501.400.400.601.400.300.701.410.210.801.410.100.901.420.001.001.42九、創(chuàng)新性啟示1被測體系的選擇本實(shí)驗(yàn)所選體系，沸點(diǎn)范圍較為合適。由通過實(shí)驗(yàn)繪制的相圖可知，該體系與拉烏爾定律比較存在嚴(yán)重正偏差。作為有最小值的T x 相圖，該體系有一定的典型意義。但相圖的液相線較為平坦，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)不可能將整個相圖精確繪出。 有些教學(xué)實(shí)驗(yàn)選用苯乙醇體系，盡管其液相線有較佳極值，考慮到苯的毒性，未予選用。2沸點(diǎn)測定儀儀器的設(shè)計(jì)必須方便于沸點(diǎn)和氣、液兩相組成的測定。蒸氣冷凝部分的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵之一。若收集冷凝液的凹形半球容積過大，在客觀上即造成溶液的分餾；而過小則會因取樣太少而給測定帶來一定困難。連接冷凝管和圓底燒瓶之間的連管過短或位置過低，沸騰的液體就有可能濺入小球內(nèi)；相反， 則易導(dǎo)致沸點(diǎn)較高的組分先被冷凝下來，這樣一來，氣相樣品組成將有偏差。在化工實(shí)驗(yàn)中，可用羅斯（Rose）平衡釜測得平衡時(shí)的溫度及氣、液相組成數(shù)據(jù)，效果較好。3組成測定可以用相對密度或其它方法進(jìn)行測定，但折光率的測定快速、簡單， 特別是所需樣品量較少，這對于本實(shí)