第九屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽物理化學(xué)題一

第九屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽2014.7.蘭州

第九屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽試題

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一低壓下雙液系氣-液平衡相圖的繪制

選手編號(hào)：成績(jī)：

注意事項(xiàng)

1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中請(qǐng)注意安全。

2.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽時(shí)間共為6小時(shí)，分兩部分進(jìn)行；本部分實(shí)驗(yàn)時(shí)間為3小時(shí)；到時(shí)實(shí)驗(yàn)立即終止，

請(qǐng)合理安排時(shí)間。

3.請(qǐng)先詳細(xì)閱讀試題，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

4.需監(jiān)考老師簽字的，考生務(wù)必主動(dòng)配合，未簽字者無(wú)效。偽造數(shù)據(jù)者以零分計(jì)。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將沸點(diǎn)儀中液體吸出，倒入廢液缸，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并將實(shí)驗(yàn)試題(包括報(bào)告、草稿)及

存留樣品交給監(jiān)考老師，經(jīng)監(jiān)考老師確認(rèn)后方可離開(kāi)考場(chǎng)。

6.廢棄物應(yīng)投放于指定的容器內(nèi)。

一、實(shí)驗(yàn)原理

氣液平衡是相平衡中重要的平衡體系之一。氣液平衡對(duì)壓力十分敏感，降低壓力可以降低

純物質(zhì)及溶液的沸點(diǎn)。為了防止有機(jī)物的分解，減壓蒸餾及工業(yè)上很多精餾操作都需在一定真

空度下進(jìn)行。

本實(shí)驗(yàn)利用回流冷凝的方法在沸點(diǎn)儀中保持雙液系氣液兩相平衡。確定平衡溫度后，冷卻

后分別取出兩相樣品，通過(guò)折光率確定兩相組成。多次測(cè)量后，得出該溫度下氣、液兩相平衡

時(shí)的相點(diǎn)。改變液相組成，重復(fù)上述操作，測(cè)出不同組成體系的氣、液平衡相點(diǎn)。將氣相點(diǎn)和

液相點(diǎn)分別連成氣相線(xiàn)和液相線(xiàn)，即得相圖。本實(shí)驗(yàn)繪制水和1-丙醇體系在30kPa壓力下的

沸點(diǎn)-組成(t-w%)相圖。

二、實(shí)驗(yàn)裝置及試劑

1．儀器

真空裝置（真空泵，真空壓力計(jì)，緩沖瓶，干燥塔，兩通活塞）；大氣壓力計(jì)；沸點(diǎn)儀；

阿貝折光儀；低溫恒溫槽；恒壓恒流電源；數(shù)字溫度計(jì)；滴管及漏斗；燒杯（廢液缸）；保溫

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套，冰袋；燒瓶夾；離心管；擦鏡紙等。

2．試劑

1-丙醇(A.R.)，丙酮(A.R.)，液體石蠟（初餾點(diǎn)≥300℃），人造沸石，超純水。

3.沸點(diǎn)儀

接緩沖瓶

數(shù)字溫度計(jì)

L

D

C

H

加熱圈，接穩(wěn)

壓穩(wěn)流電源

圖1沸點(diǎn)儀裝置圖

圖2低壓下氣-液平衡相圖的繪制裝置圖

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三、實(shí)驗(yàn)步驟

1．開(kāi)啟低溫恒溫槽、阿貝折光儀，調(diào)節(jié)低溫恒溫槽溫度使阿貝折光儀的測(cè)量溫度在

25.0±0.2℃，開(kāi)啟溫度計(jì)、真空壓力計(jì)。

2．檢查接有沸點(diǎn)儀的緩沖瓶的氣密性（每2分鐘壓力降不大于30Pa），并練習(xí)使用二通閥2

逐漸增大壓力3次(每次1kPa）。

3．測(cè)量水和1-丙醇的折光率（調(diào)節(jié)折光儀時(shí)請(qǐng)從單邊接近叉絲中心。此步可在其它實(shí)驗(yàn)操作

間隙進(jìn)行）。將數(shù)據(jù)交與監(jiān)考老師，20分鐘后，從監(jiān)考老師處領(lǐng)取折光率-組成標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

4．由加液口L加入60mL待測(cè)樣品1后，旋緊各磨口塞。

5．抽真空使沸點(diǎn)儀及緩沖瓶體系壓力為27~28kPa。

6．打開(kāi)冷凝水，給燒瓶裹上保溫套，開(kāi)啟穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，調(diào)節(jié)加熱電壓至22V左右，加熱沸

點(diǎn)儀中的溶液至沸騰后，適當(dāng)降低加熱電壓以維持均勻沸騰，氣相在冷凝管中冷凝后通過(guò)

D經(jīng)毛細(xì)管H回流至燒瓶底部。微調(diào)二通閥2使體系壓力保持在30.0±0.5kPa（如果壓力

高出范圍不要再次抽真空以避免暴沸將溶液吸入緩沖瓶）。觀察溫度計(jì)讀數(shù)，一分鐘讀取

一次，直至相鄰讀數(shù)差小于0.04℃，記錄最后三次讀數(shù)，同時(shí)記錄真空壓力計(jì)讀數(shù)和大

氣壓讀數(shù)。

7．關(guān)閉穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，停止加熱，將系統(tǒng)緩慢接通大氣，取下保溫套，用夾子將冰袋（展示

柜中）包裹在燒瓶上加速液體冷卻，冷卻后分別測(cè)量氣相和液相的冷凝液的折光率，重復(fù)

測(cè)量一次。留存少量氣相冷凝液和液相在離心管中，貼上標(biāo)簽，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后一并交給監(jiān)考

教師。

8．將沸點(diǎn)儀中液體吸出，倒入廢液缸，重復(fù)以上4~7步操作，分別測(cè)定待測(cè)樣品2、3、4；

記錄數(shù)據(jù)。

9．完成上述步驟后，如果仍有富余時(shí)間，可自行配樣品測(cè)定。

10．將沸點(diǎn)儀中液體吸出，倒入廢液缸，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)；關(guān)閉各儀器。

四、數(shù)據(jù)處理

1.通過(guò)折光率-組成標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，將測(cè)得的各組折光率換算成氣、液兩相組成。

2.利用克勞修斯-克拉貝龍方程計(jì)算水及1-丙醇在30kPa壓力下的的沸點(diǎn)。

3.以沸點(diǎn)溫度為縱坐標(biāo)，組成為橫坐標(biāo)，將對(duì)應(yīng)于各溫度的氣相組成和液相組成標(biāo)在空白相

圖中，繪出水與1-丙醇雙液體系相圖。

4.計(jì)算待測(cè)樣品1中水和1-丙醇的活度系數(shù)，氣相近似作為理想氣體考慮。

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五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

內(nèi)容(一)(二)(三)總分

分?jǐn)?shù)

閱卷教師

(一)數(shù)據(jù)記錄:

25

nD,水=

25

nD,1-丙醇=

待測(cè)樣品4自配樣品

樣品待測(cè)樣品1待測(cè)樣品2待測(cè)樣品3

（選做）

大氣壓（kPa）

真空度（kPa）

壓力p（kPa）

t1

溫度t2

（℃）t3

t平均

nD1

氣相折

nD2

光率

nD平均

氣相組成w%

nD1′

液相折

nD2′

光率

nD′平均

液相組成w%

水的活度系數(shù)－－－－

1-丙醇的活度系數(shù)－－－－

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（二）根據(jù)下表中數(shù)據(jù)計(jì)算水和1-丙醇在30kPa下的沸點(diǎn):

沸點(diǎn)（℃）

-1

樣品vapHm(kJ·mol)

50kPa30kPa

水41.781.3

1-丙醇45.680.0