物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告四

二組分完全互溶系統(tǒng)的氣—液平衡相圖實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)測(cè)定氣—液平衡數(shù)據(jù)及繪制二元系統(tǒng)相圖的方法，加深理解相律和相圖等概念。掌握正確測(cè)量純液體和液體混合物沸點(diǎn)的方法。熟悉阿貝折光儀的原理及操作，熟練掌握超級(jí)恒溫槽的使用和液體折射率的測(cè)量。了解運(yùn)用物理化學(xué)性質(zhì)確定混合物組成的方法。實(shí)驗(yàn)原理兩種液態(tài)物質(zhì)若能以任意比例混合，則稱為二組分完全互溶液態(tài)混合物系統(tǒng)。當(dāng)純液體或液態(tài)混合物的蒸氣壓與外壓相等時(shí)就會(huì)沸騰，此時(shí)的溫度就是沸點(diǎn)。在一定的外壓下，純液體的沸點(diǎn)有確定的值，通常說的液體沸點(diǎn)是指101.325Kpa下的沸點(diǎn)。對(duì)于完全互溶的混合物系統(tǒng)，沸點(diǎn)不僅與外界壓力有關(guān)，還與系統(tǒng)的組成有關(guān)。在一定壓力下，二組分完全互溶液態(tài)混合物系統(tǒng)的沸點(diǎn)與組成關(guān)系可分為三類：（1）液態(tài)混合物的沸點(diǎn)介于兩純組分沸點(diǎn)之間（2）液態(tài)混合物有沸點(diǎn)極大值（3）液態(tài)混合物有沸點(diǎn)極小值。對(duì)于（1）類，在系統(tǒng)處于沸點(diǎn)時(shí)，氣、液兩相的組成不相同，可以通過精餾使系統(tǒng)的兩個(gè)組分完全分離。（2）、（3）類是由于實(shí)際系統(tǒng)與Raoult定律產(chǎn)生嚴(yán)重偏差導(dǎo)致。相圖中出現(xiàn)極值的那一點(diǎn)，稱為恒沸點(diǎn)。具有恒沸點(diǎn)組成的二組分混合物，在蒸餾時(shí)的氣相組成和液相組成完全一樣，整個(gè)蒸餾過程中沸點(diǎn)恒定不變，因此稱為恒沸混合物。對(duì)有恒沸點(diǎn)的混合物進(jìn)行簡單蒸餾，只能獲得某一純組分和恒沸混合物。液態(tài)混合物組成的分析是相平衡實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)采用折射率法。采用制作工作曲線的內(nèi)插法得到未知液態(tài)混合物的組成。折射率是溫度的函數(shù)，測(cè)定時(shí)必須嚴(yán)格控制溫度。實(shí)驗(yàn)儀器和試劑儀器：沸點(diǎn)儀，阿貝折光儀，超級(jí)恒溫槽，調(diào)壓變壓器。試劑：環(huán)己烷（AR），無水乙醇（AR）。實(shí)驗(yàn)步驟工作曲線的制定（實(shí)驗(yàn)室已完成）。相圖數(shù)據(jù)的測(cè)定。（1）安裝沸點(diǎn)儀檢查帶有溫度計(jì)的軟木塞是否塞緊及溫度計(jì)的位置。加熱用的電熱絲要靠近容器底部中心。（2）測(cè)定沸點(diǎn)取樣口中加入20～25ml乙醇，開冷卻水，緩緩加熱，沸騰液體噴在水銀球上，蒸汽在冷凝管中凝聚，溫度計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定，記錄溫度計(jì)度數(shù)。（3）取樣分析冷卻，吸取蒸汽冷凝液及殘留液。測(cè)定蒸汽冷凝液和殘留液的折射率各平行三次。加料口加入1，1，2，3，5……ml環(huán)己烷，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)定折射率及沸點(diǎn)至沸點(diǎn)幾乎不再下降及冷凝液和殘留液折射率近似相等。吹干儀器，加入30ml環(huán)己烷，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)結(jié)果與處理室溫：26.5℃大氣壓：101.82Kpa測(cè)量溫度計(jì)露頸讀數(shù)：49.72℃阿貝折光儀測(cè)量溫度為：29.3℃30℃純乙醇折光率為1.357030℃純環(huán)己烷折光率為1.4202圖一：25ml初始無水乙醇，氣相冷凝液數(shù)據(jù)環(huán)己烷（ml）混合物沸點(diǎn)（℃）輔助溫度計(jì)（℃）校正后沸點(diǎn)（℃）折射率一（29.3℃）折射率二（29.3℃）折射率三（29.3℃）氣相平均氣相校正氣相組成078.2039.478.501.35851.35861.35861.3586-0.00160176.3536.476.661.36661.36621.36631.36641.36480.089372.3632.872.671.38241.38241.38241.38241.38080.284368.9830.869.281.39021.39091.39021.39041.38880.399566.1931.266.461.39611.39581.39601.39601.39440.489565.3929.465.671.39731.39741.39741.39741.39580.512765.0029.665.271.39811.39811.39801.39811.39650.524764.8030.565.071.39761.39791.39791.39781.39620.518764.8030.165.071.39761.39791.39781.39781.39620.518圖二：25ml初始無水乙醇，液相殘留液數(shù)據(jù)環(huán)己烷（ml）混合物沸點(diǎn)（℃）輔助溫度計(jì)（℃）校正后沸點(diǎn)（℃）折射率一（29.3℃）折射率二（29.3℃）折射率三（29.3℃）液相平均液相校正液相組成078.2039.478.501.35831.35841.35841.3584-0.00140176.3536.476.661.35961.35981.36011.35981.35840.016372.3632.872.671.36371.36411.36341.36371.36230.061368.9830.869.281.36941.36921.36931.36931.36790.125566.1931.266.461.37821.37831.37831.37831.37690.233565.3929.465.671.38511.38551.38581.38551.38410.330765.0029.665.271.38951.38991.38941.38961.38820.390764.8030.565.071.39631.39601.39621.39621.39480.495764.8030.165.071.39761.39761.39761.39761.39620.518圖三：30ml初始環(huán)己烷，氣相冷凝液數(shù)據(jù)乙醇（ml）混合物沸點(diǎn)（℃）輔助溫度計(jì)（℃）校正后沸點(diǎn)（℃）折射率一（29.3℃）折射率二（29.3℃）折射率三（29.3℃）氣相平均氣相校正氣相組成080.5534.780.901.42121.42131.42121.4212-0.00110.277.8034.878.131.41641.41641.41641.41641.41540.8920.573.3334.873.631.40781.40801.40821.40801.40700.7160.569.6133.469.891.40351.40371.40371.40361.40260.632166.5035.266.741.40051.40071.40061.40061.39960.578265.2934.465.531.39911.39901.39931.39911.39810.552464.9833.865.221.39871.39861.39881.39871.39770.545464.9033.865.141.39851.39851.39851.39851.39750.541464.9034.165.141.39441.39491.39451.39461.39360.476圖四：30ml初始環(huán)己烷，液相殘留液數(shù)據(jù)乙醇（ml）混合物沸點(diǎn)（℃）輔助溫度計(jì)（℃）校正后沸點(diǎn)（℃）折射率一（29.3℃）折射率二（29.3℃）折射率三（29.3℃）液相平均液相校正液相組成080.5534.780.901.42161.42161.42161.4216-0.001410.277.8034.878.131.42121.42121.42121.42121.41980.990.573.3334.873.631.41971.42011.42041.42011.41870.9660.569.6133.469.891.41911.41881.41881.41891.41750.939166.5035.266.741.41631.41671.41641.41651.41510.886265.2934.465.531.41161.41151.41171.41161.41020.781464.9833.865.221.40231.40231.40231.40231.40090.600464.9033.865.141.39451.39461.39491.39471.39330.471464.9034.165.141.39451.39441.39441.39441.39300.466相圖制作關(guān)鍵數(shù)據(jù)：沸點(diǎn)（℃）left氣相組成液相組成沸點(diǎn)（℃）right氣相組成液相組成78.500080.901176.660.0890.01678.130.8920.9972.670.2840.06173.630.7160.96669.280.3990.12569.890.6320.93966.460.4890.23366.740.5780.88665.670.5120.33065.530.5520.78165.270.5240.39065.220.5450.60065.070.5180.49565.140.5410.47165.070.5180.51865.140.4760.466組成的0表示純無水乙醇，1表示純環(huán)己烷相圖：四組數(shù)據(jù)的擬合全部采用Gaussian擬合。在origin中抓點(diǎn)（放大后抓）得到：恒沸組成為0.5313，恒沸溫度為65.22文獻(xiàn)理論值為：恒沸組成為0.5551，恒沸溫度為64.90實(shí)驗(yàn)討論從圖中可以看出，向純乙醇中加環(huán)己烷和向純環(huán)己烷中加乙醇得到的恒定數(shù)據(jù)點(diǎn)不完全重合。如圖：就原因來說，實(shí)驗(yàn)操作的偶然誤差是必然存在的（系統(tǒng)誤差不存在），這樣的誤差是完全可以理解并且可以容忍的。折光率的問題。操作理論上，如果操作得當(dāng)，阿貝折光儀得到的三個(gè)數(shù)據(jù)的平行性應(yīng)是非常好的。由于本次實(shí)驗(yàn)的液體樣品是揮發(fā)性的，因此測(cè)折光率的時(shí)候滴的量要大，并且調(diào)節(jié)讀數(shù)的速度要快，取樣的滴管一定要充分吹干，溫度冷卻要到位。相信在這樣的操作條件下得到的折光率的數(shù)據(jù)的平行性一定是非常好的。至于其他，液相反應(yīng)容器中，液體一直在沸騰狀態(tài)，很容易各處的組成達(dá)到平衡，但氣相是冷凝液，不同的時(shí)間冷凝的組分不盡相同，如果平衡時(shí)間較短，有可能導(dǎo)致組成有微小的不同。由于氣相樣品較少，每次滴到阿貝折光儀的樣品也較少，這樣就要求操作非常好。而液相樣品在測(cè)量時(shí)，實(shí)驗(yàn)后期的樣品量加入的比實(shí)