04雙液系的氣-液平衡相圖的繪制

物理化學(xué)試驗(yàn)——雙液系的氣-液平衡相圖的繪制 --37-試驗(yàn)四雙液系的氣-液平衡相圖的繪制一、目的要求用沸點(diǎn)儀測定大氣壓下乙醇—環(huán)己烷或異丙醇-環(huán)己烷雙液系氣-液平衡時(shí)氣相與液相組成及平衡溫度，繪制溫度—組成圖，確定恒沸混合物的組成及恒沸點(diǎn)的溫度。了解物化試驗(yàn)中光學(xué)方法的根本原理，學(xué)會阿貝折光儀的使用。進(jìn)一步理解分餾原理。二、預(yù)習(xí)要求理解分餾原理，了解影響雙液系氣-液平衡的因素。生疏阿貝折光儀的使用方法，了解折射率與物系組成的關(guān)系。把握如何由試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制tx相圖的方法。三、試驗(yàn)原理兩種在常溫時(shí)為液態(tài)的物質(zhì)混合起來而組成的二組分體系稱為雙液系。兩種液體假設(shè)能按任意比例相互溶解，稱為完全互溶的雙液系；假設(shè)只能在肯定比例范圍內(nèi)相互溶解，則稱局部互雙液系。雙液系的氣液平衡相圖tx4.1。t/℃

t/℃

氣液t/氣液y1y1l11A xg xlB B

氣液B A xB氣液

B A xB B〔a〕

〔b〕圖4.1 二元系統(tǒng)tx圖

〔c〕這些圖的縱軸是溫度(沸點(diǎn))BxB

tx圖中有兩條曲線：上面的曲線是氣相線，表示在不同溶液的沸點(diǎn)時(shí)與溶液成平衡時(shí)的氣相組成，下面的曲線表示液相線，代表平衡時(shí)液相的組成。4.1(a)ty，液相點(diǎn)為ly

點(diǎn)的橫1 1 1 1xg，液相組成點(diǎn)lxl。B 1 B假設(shè)在恒壓下將溶液蒸餾，當(dāng)氣液兩相達(dá)平衡時(shí)，登記此時(shí)的沸點(diǎn)，并分別測定氣相(餾出物)與液相(蒸餾液)的組成，就能繪出此t x圖。圖4.1(b)4.1(c)為恒沸混合物，在此點(diǎn)蒸餾所得氣相與液相組成一樣。四、儀器和藥品儀器WLS系列可調(diào)式恒流電源一臺；SWJ型周密數(shù)字溫度計(jì)一臺；SYC超級恒溫槽一臺。藥品無水乙醇AR〕或異丙醇A；環(huán)己烷A。五、試驗(yàn)步驟按圖4.2連好沸點(diǎn)儀，數(shù)字貝克曼溫度計(jì),感溫桿勿與電熱絲相碰。接冷凝循環(huán)水小槽(取氣相)側(cè)管(取液相)VA接通冷凝水，用超級恒溫槽完成冷凝循環(huán)。量取35ml異丙醇從側(cè)管參加蒸餾瓶內(nèi)，并使傳感器浸入溶液3cm左右。將加熱絲接通恒流電源，將電流調(diào)定1.1A接冷凝循環(huán)水小槽(取氣相)側(cè)管(取液相)VA數(shù)字溫度計(jì) 沸點(diǎn)儀

電熱絲

恒流電源4.2試驗(yàn)裝置依次再參加2、3、6、12ml環(huán)已烷，同上法測定溶液的沸點(diǎn)和吸取氣、液相并測其折射率。將溶液倒入回收瓶，用吹風(fēng)機(jī)吹干蒸餾瓶。35ml環(huán)已烷，測其沸點(diǎn)。依次參加0.3、0.8、1.2、1.6、2ml異丙醇，按上法測其沸點(diǎn)和吸取氣、液相并測其折射率。關(guān)閉儀器和冷凝水，將溶液倒入回收瓶。用阿貝折光儀測定不同組成標(biāo)準(zhǔn)溶液以及純異丙醇、純環(huán)己烷的折射率。六、試驗(yàn)留意事項(xiàng)沸點(diǎn)儀中沒有裝入溶液之前確定不能通電加熱，假設(shè)沒有溶液，通電加熱絲時(shí)，沸點(diǎn)儀會炸裂?？隙ㄒ谕ｎD通電加熱之后，方可取樣進(jìn)展分析。使用阿貝折光儀時(shí)，棱鏡上不能觸及硬物(滴管)，要用專用擦鏡紙擦鏡面。七、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理將標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積百分?jǐn)?shù)按式(4-1)換算成重量百分?jǐn)?shù)，然后以重量百分?jǐn)?shù)對折射率作圖。Vdw%Vd11 100% 〔4-1〕Vd11 2 2式中V、d分別代表乙醇的體積及比重。乙醇的比重在200.7893；V、d分別代表環(huán)1 1 2 2己烷的體積及比重，環(huán)己烷的比重在20℃時(shí)為0.7791。沸點(diǎn)校正。由于溫度計(jì)的水銀柱未全部浸入待測溫度的區(qū)域內(nèi)而須進(jìn)展露莖校正，校正公式如下：

t Kn(t t ) 〔4-2〕露 測 環(huán)t t t 〔4-3〕真 測 露式中K＝0.00016，n為露出被測體系之外的水銀柱長度，t 為測量溫度計(jì)上的讀數(shù)，t 為測 環(huán)t真

為校正后的溫度。將由工作曲線查得的氣-液二相的平衡組成及校正后的沸點(diǎn)列表并繪制乙醇—環(huán)己烷或異丙醇—環(huán)己烷的氣-液平衡相圖。依據(jù)相圖指出該二元體系的恒沸點(diǎn)的溫度及恒沸混合物的組成。八、思考題沸點(diǎn)儀中的小球的體積過大對測量有何影響?如何判定氣-液相已達(dá)平衡?1WLS將負(fù)載線按顏色插入并略旋緊〔地線按需要與正或負(fù)連接，也可不連接。接通電源，翻開電源開關(guān)。將兩線夾短路，調(diào)整粗、細(xì)調(diào)整旋扭，使電流顯示所需讀數(shù)。將負(fù)載夾與負(fù)載按正負(fù)極性相連，此時(shí)儀器顯示通過負(fù)載的電流及兩端電壓。2阿貝折光儀的使用及說明儀器構(gòu)造的簡潔原理i與折射角r之間有以下關(guān)系：sini n2sinr n1

uu2

n1,2

〔4-4〕式中n,n,u,u 分別為1、2兩介質(zhì)的折射率和光在其中的傳播速度，n 是介質(zhì)2對于介1 2 1 2 12質(zhì)1的相對折射率。折射率為物質(zhì)的特性常數(shù)，對肯定波長的光，在肯定溫度壓力下是一個(gè)定值。由式(4-4)n＞nrii90°時(shí)，2 1折射角相應(yīng)地增加到最大值rr2中從OY到OA之間有光線通過，c cOY到OX4-390°時(shí)，上式可寫成：n n2 1

sinrc

〔4-5〕即在固定一種介質(zhì)時(shí)，臨界折射角rc的大小和折射率有簡潔的函數(shù)關(guān)系。阿貝折光儀就是依據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。如圖4-4是儀器構(gòu)造的示意圖。它的主要局部為兩塊直角棱鏡PPP的粗糙外表A，D，與P的光學(xué)平面鏡AD0.10.15mm的空隙，Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ用于裝待測液體并使在P、P之間鋪成一簿層。光線從反射鏡射入棱鏡P后，由于A，D，Ⅰ Ⅱ Ⅰ面是粗糙的毛玻璃而發(fā)生漫射，從各種角度透過縫隙的被測液體，進(jìn)入棱鏡P中，由前所Ⅱ知，從各個(gè)方向進(jìn)入棱鏡Pr之內(nèi)(由于Ⅱ c0o到90o全部光線都能通過棱鏡而發(fā)生折射)。具有臨界角rc

P

后射于目鏡上，此時(shí)假設(shè)將目鏡的十字線調(diào)整到適當(dāng)Ⅱ位置，則會見到目鏡上半明半暗。yArcyArc╭rⅡxO╯i900Ⅰrθ r PPD’ⅠDAPD’ⅠD

c

圖4.3折射角 圖4.4折射儀構(gòu)造從幾何光學(xué)原理可以證明、縫隙中液體的折射率n 與r間的關(guān)系為：液 cn sin液

cossinrn2 n2 sin2r棱鏡 c

〔4-6〕β對肯定的棱鏡為一常數(shù)，n

在定溫下也是個(gè)定值。所以液體的折射率n

rrc

棱鏡可計(jì)算液體折射率。折光儀上已經(jīng)把讀數(shù)rc

換算成n

液 c的值，可直接讀出n液 液的值。在指定條件下，液體的折射率因所用單色光的波長不同而不同。假設(shè)用一般白光作為光源，則由于發(fā)生色散而在明暗分界限處呈現(xiàn)彩色光帶，使明暗交界不清楚。為了能用白光“阿密西”棱鏡作為補(bǔ)償棱鏡(上面的一塊“阿密西”棱鏡可以轉(zhuǎn)動)，調(diào)整其相對位置，在適當(dāng)取向時(shí)，可以使從下面的折射棱鏡出來的色散光線重成為白光，消退色帶，使明暗界限清楚。此時(shí)，用白光測得的折射率即相當(dāng)于用鈉光D線(5890?)所測得的折射率n。Dn20D20℃時(shí)用鈉光D13.5×10-45.5×l0-4，而固體的折射率和溫度的關(guān)系沒有規(guī)律，一般不超過1.0×10-5。通常，大氣壓的變化對折射率的數(shù)值影響不明顯，只有在很周密的工作中才考慮壓力的影響。阿貝折光儀的使用(4.5)⑴翻開棱鏡5、6，用擦鏡紙將鏡面擦潔后，在鏡面上滴少量待測液體，并使其鋪滿整個(gè)鏡面、關(guān)上棱鏡。⑵調(diào)整反射鏡72即可在標(biāo)尺上讀出液體的折射率。⑶如消滅彩色光帶，調(diào)整消色補(bǔ)償器，使彩色光帶消逝，明暗界面清楚。⑷測完之后，翻開棱鏡并用丙酮洗凈鏡面，也可用吸耳球吹干鏡面，試驗(yàn)完畢后，除必需使鏡面清潔外，尚需夾上兩層擦鏡紙才能扭緊兩棱鏡的閉合螺絲，以防鏡面