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及原理。4了解和掌握沸點(diǎn)儀的測(cè)定原理及方法。5加深對(duì)完全互溶雙液系氣液平衡相圖的理解和增強(qiáng)個(gè)人動(dòng)手能力。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(duì)含量有關(guān)。恒定壓力下，真實(shí)的完全互溶雙液

2、系的氣液平衡相圖（Tx圖），根據(jù)體系對(duì)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：存在一個(gè)最小蒸氣壓值，比兩個(gè)純液體的蒸氣壓都小，混合物存在著最高沸點(diǎn)，如鹽酸水體系，如圖1 (b)所示。圖1 二組分真實(shí)液態(tài)混合物氣液平衡相圖（Tx圖）（3）最大正偏差：存在一個(gè)最大蒸氣壓值，比兩個(gè)純液體的蒸氣壓都大，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(duì)于后兩種情況，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

3、，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。為了繪制雙液系的Tx相圖，需測(cè)定幾組原始組成不同的雙液系在氣液兩相平衡后的沸點(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型。在沸點(diǎn)儀（如圖2所示）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。圖2 沸點(diǎn)儀的結(jié)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)中氣液兩相的組成均采用折光率法測(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

4、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)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，各種組成的環(huán)己烷乙醇混和溶液。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，恒溫水使阿貝折射儀上的溫度穩(wěn)定在某一定值，測(cè)量系列環(huán)己烷乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液在此溫度下的折光率。為了適應(yīng)季節(jié)的變化，可選擇若干溫度測(cè)量，一般可

5、選25、30、35三個(gè)溫度。2無(wú)水乙醇沸點(diǎn)的測(cè)定 安裝沸點(diǎn)儀側(cè)管加入約20mL無(wú)水乙醇溫度計(jì)浸入液體冷凝管通水1.8-2.0A電流加熱液體待溫度計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定35min記下溫度計(jì)的讀數(shù)3環(huán)己烷沸點(diǎn)的測(cè)定將沸點(diǎn)儀洗凈并干燥側(cè)管加入約20mL環(huán)己烷溫度計(jì)浸入液體冷凝管通水1.8-2.0A電流加熱液體待溫度計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定35min記下溫度計(jì)的讀數(shù)4測(cè)定系列濃度待測(cè)溶液的沸點(diǎn)和折光率將沸點(diǎn)儀洗凈并干燥側(cè)管加入約20mL1號(hào)溶液溫度計(jì)浸入液體冷凝管通水1.8-2.0A電流加熱液體傾斜沸點(diǎn)儀使小槽中的氣相冷凝液傾回蒸餾瓶（重復(fù)三次）待溫度計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定記下溫度計(jì)的讀數(shù)切斷電源從小槽中取出氣相冷凝液測(cè)定折光率用燒杯盛水

6、冷卻液相從側(cè)管處吸出少許液相迅速測(cè)定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)處理無(wú)水乙醇沸點(diǎn)： 76.1 環(huán)己烷沸點(diǎn)： 79.2 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1.35801.36681.38491.40481.42092. 根據(jù)工作曲線求出各待測(cè)溶液的氣相和液相的平衡組成，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。表2 環(huán)己烷乙醇混合液測(cè)定數(shù)據(jù)混和液編號(hào)混和液近似組成x環(huán)己

7、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174.81.36050.09321.36950.2286269.11.36110.10231.38450.4541365.11.37050.24361.39100.5519463.31.37750.34891.39610.6286563.61.40500.76241.40150.7098664.01.40150.70981.41150.8602767.51.40650.78501.41750.9504869.51.40850.81501.41950.9805六注意事項(xiàng)1. 測(cè)定折光率時(shí)，動(dòng)作應(yīng)迅速，以避免樣品中易揮發(fā)組元損失，確保數(shù)據(jù)

8、準(zhǔn)確。2電熱絲一定要被溶液浸沒后方可通電加熱，否則電熱絲易燒斷，還可能會(huì)引起有機(jī)液體燃燒；所加電壓不能太大，加熱絲上有小氣泡逸出即可。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每種濃度樣品其沸騰狀態(tài)應(yīng)盡量一致。即氣泡“連續(xù)”、“均勻”、冒出為好，不要過(guò)于激烈也不要過(guò)于慢。5先開通冷卻水，然后開始加熱,系統(tǒng)真正達(dá)到平衡后，停止加熱，稍冷卻后方可取樣分析；每次取樣量不宜過(guò)多，取樣管一定要干燥；取樣后的滴管不能倒置。6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)樵诔ㄩ_的容

9、器中樣品在冷卻過(guò)程中會(huì)揮發(fā)，即其測(cè)定的折射率是樣品揮發(fā)后的折射率，而密閉的容器測(cè)定的折射率即為樣品的折射率。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：不一樣，由于儀器保溫欠佳，使蒸汽還沒有到達(dá)冷凝小球就冷凝而成為液相。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?蒸餾瓶則不洗也不烘測(cè)得的物質(zhì)的折射率為混合物的折射率，并不是純物質(zhì)的折射率。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)的分離情況？答：待溫度計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后，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(wú)水酒精？答：因?yàn)檎麴s所得產(chǎn)物只能獲得95酒精，不可能用精餾含水酒精的方法獲得無(wú)水酒精。95酒精和