雙液系氣-液平衡相圖繪制實驗報告

1、雙液系氣液平衡相圖繪制實驗?zāi)康模?用回流冷凝法測定沸點(diǎn)時氣相與液相的組成，繪制雙液系相圖。找出恒沸點(diǎn)混合物的組成及恒沸點(diǎn)的溫度。 掌握測定雙組分液體的沸點(diǎn)及正常沸點(diǎn)的測定方法。 了解阿貝折射計的構(gòu)造原理，熟悉掌握阿貝折射計的使用方法。實驗原理：液體的沸點(diǎn)是液體飽和蒸氣壓和外壓相等時的溫度，在外壓一定時，純液體的沸點(diǎn)有一個確定值。但雙液系的沸點(diǎn)不僅與外壓有關(guān)，而且還與兩種液體的相對含量有關(guān)。理想的二組分體系在全部濃度范圍內(nèi)符合拉烏爾定律。結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)相近的組分間可以形成近似的理想體系，這樣可以形成簡單的T-x(y)圖。大多數(shù)情況下，曲線將出現(xiàn)或正或負(fù)的偏差。當(dāng)這一偏差足夠大時，在T-x(y)曲

2、線上將出現(xiàn)極大點(diǎn)（負(fù)偏差）或極小點(diǎn)（正偏差）。這種最高和最低沸點(diǎn)稱為恒沸點(diǎn)，所對應(yīng)的溶液稱為恒沸混合物?？紤]綜合因素，實驗選擇具有最低恒沸點(diǎn)的乙醇乙酸乙酯雙液系。根據(jù)相平衡原理，對二組分體系，當(dāng)壓力恒定時，在氣液平衡兩相區(qū)，體系的自由度為1.當(dāng)溫度一定時，則氣液兩相的組成也隨之而定。當(dāng)氣液兩相的相對量一定，則體系的溫度也隨之而定。沸點(diǎn)測定儀就是根據(jù)這一原理設(shè)計的，它利用回流的方法保持氣液兩相相對量一定，測量體系溫度不發(fā)生改變時，即兩相平衡后，取兩相的樣品，用阿貝折射計測定氣液平衡氣相、液相的折射率，再通過預(yù)先測定的折射率組成工作曲線來確定平衡時氣相、液相的組成（即該溫度下氣液兩相平衡成分的坐標(biāo)

3、點(diǎn)。）改變體系總成分，再如上法找出另一對坐標(biāo)點(diǎn)。這樣得若干對坐標(biāo)點(diǎn)后，分別按氣相點(diǎn)和液相點(diǎn)連成氣相線和液相線，即得T-x平衡圖。儀器與試劑：沸點(diǎn)儀 一套 調(diào)壓變壓器 一臺阿貝折射計 一臺 超級恒溫槽1/10溫度計（50100） 一支 1/10溫度計（050） 一支小燒杯 一個 小試管（5ml帶軟木塞） （若干）吸管 2支 紅外線干燥箱（風(fēng)筒） 一臺搽鏡紙 乙酸乙酯（AR）無水乙醇（AR） 不同配比的乙醇乙酸乙酯混合液丙酮(C、P) 重蒸水實驗步驟：（1）、乙醇乙酸乙酯溶液的折射率組成工作曲線的測繪折射率體積分?jǐn)?shù)工作曲線。對于乙醇乙酸乙酯等部分有機(jī)液體混合體系，當(dāng)使用體積分?jǐn)?shù)（）表示時，能得到直

4、線的工作曲線，故只要分別準(zhǔn)確測出25時純乙醇、乙酸乙酯的折射率，將其連成直線，就得到（%）工作曲線（nV）。折射率摩爾分?jǐn)?shù)工作曲線。在（%）線上取8個點(diǎn)，利用乙醇、乙酸乙酯的密度合量比（%）等條件將以上點(diǎn)對應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)換算成摩爾分?jǐn)?shù)，按對應(yīng)的折射率重新繪（）點(diǎn)，再將點(diǎn)連成平滑曲線，即為工作曲線（n-x）。 （2）、沸點(diǎn)儀的安裝 將沸點(diǎn)儀洗凈，烘干，如圖所示，檢查帶溫度計的軟木塞是否塞緊、電熱絲是否靠近容器底部的中心，溫度計的水銀球位置是否合適。 （3）、樣品的測定 溶液的配置 粗略配置乙醇體積分?jǐn)?shù)為10%、30%、50%、62%、75%、85%、90%、95%組成的乙醇乙酸乙酯溶液（可由教師先

5、配合）。 沸點(diǎn)的測定 自側(cè)管加入所要測定的溶液（約20ml），其液面應(yīng)在水銀球的中部。打開冷凝水，接上電源，用調(diào)壓變壓器調(diào)節(jié)電壓（約12V），將液體緩慢加熱使液體沸騰，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，可以等小槽中的氣相冷凝液體收集滿后，調(diào)節(jié)冷凝管的三通閥門，使冷凝液體流回至圓底燒瓶，重復(fù)三次，直到溫度計上的讀數(shù)穩(wěn)定數(shù)分鐘，記錄溫度計的讀數(shù)，同時讀出環(huán)境的溫度，算出露莖溫度，以便進(jìn)行溫度的校正，并讀出室內(nèi)大氣壓力。 取樣 切斷電源，停止加熱，在冷凝管三通小槽處放置一個標(biāo)有相應(yīng)濃度記號的尾接小試管，并調(diào)節(jié)冷凝管的三通閥門，使冷凝液體不再流回至圓底燒瓶，而是流入尾接小

6、試管中，并立即塞緊（防止其揮發(fā)），再用另一支干燥膠頭滴管，從側(cè)管處吸取容器中的溶液約12ml，轉(zhuǎn)移到另一個小試管，也立即塞緊，兩支小試管置于盛有冷水的小燒杯中保持待測，以防組分改變。在樣品的轉(zhuǎn)移過程中動作要迅速而仔細(xì)。并應(yīng)盡早測定樣品的折射率，不宜久藏。當(dāng)沸點(diǎn)儀內(nèi)液體冷卻后，將該溶液自測管倒入到指定的回收瓶中，再換另一濃度的雙液體系溶液測定。折射率的測定 將阿貝折射計和超級恒溫槽安裝好，調(diào)節(jié)超級恒溫槽溫度為（25.0+0.2），再用重蒸水測定阿貝折射計的讀數(shù)校正值（水的折射率=1.3325），然后分別測定上面取的氣相和液相樣品的折射率。每次加樣要測讀數(shù)三次，若讀得的三個數(shù)值很接近，則取平均值，

7、并用前面水讀數(shù)校正，即為所測樣品在該溫度下的折射率。每次加樣測量之前，必須先將折光儀的棱鏡面洗凈，方法是用數(shù)滴揮發(fā)性溶劑（如丙酮）淋洗，再用搽鏡紙輕輕擦去殘留在鏡面上的溶劑，阿貝折射計在使用完畢后也必須將鏡面處理干凈。平衡氣相和液相組成的測定 根據(jù)氣液相折射率的數(shù)據(jù)，在工作曲線nx上分別查出平衡氣相和液相的組成（x）。按上述步驟，分別測定乙醇和乙酸乙酯的沸點(diǎn)，以及各溶液的沸點(diǎn)和平衡時氣相和液相的組成。數(shù)據(jù)處理：（1）溶液沸點(diǎn)的校正 由于溫度計的水銀未全部浸入待測溫度的區(qū)域內(nèi)須進(jìn)行露莖校正。 t露莖=Kh(t觀-t環(huán)) 式中，K=0.00016，是水銀對玻璃的相對膨脹系數(shù)；h為露出被測體系之外的

8、水銀柱長度，稱露莖高度，以溫度差值表示；t觀為測量溫度計上的讀數(shù)；t環(huán)為環(huán)境溫度，可用輔讀溫度計讀出，其水銀球置于測量溫度計露莖的中部。露莖校正后，t沸=t觀+t露莖 溶液的沸點(diǎn)與大氣壓有關(guān)，應(yīng)用特魯頓規(guī)則及克勞修斯-克拉貝公式可得溶液熔沸點(diǎn)因大氣壓變動的近似校正公式。 T= 式中，T是沸點(diǎn)的壓力校正值；T沸是溶液的沸點(diǎn)（均用熱力學(xué)溫度表示）；p是測定時的大氣壓，mmHg（1 mmHg=133.32 Pa）. 若用攝氏溫標(biāo)，t壓表示沸點(diǎn)的壓力校正值，則t壓 =T，由此，在1atm（1atm=101325Pa）下的溶液正常沸點(diǎn)為： T正常=t沸+t壓經(jīng)以上兩項校正后，即得到校正后溶液的沸點(diǎn)。 （

9、2）數(shù)據(jù)記錄與處理將數(shù)據(jù)填入：室溫：19.8 大氣壓：1020.0hPa乙酸乙酯h/溫度/t觀/t環(huán)/t露莖/t壓力/t正常/10%64.6510.9675.6117.90.59700.233075.9730%62.0610.9673.0217.40.55230.231273.3450%60.8010.9671.7617.80.52490.230472.0562%60.5810.9671.5419.80.50150.230271.8178%60.7510.9671.7118.80.51430.230471.9985%61.3010.9672.2619.00.52240.230772.5590%

10、61.8610.9672.8219.20.53070.231173.1295%62.4510.9673.4119.90.53470.231573.71乙酸乙酯氣相折射率1氣相折射率2氣相折射率3氣相平均10%1.36791.36811.36811.368030%1.37091.37101.371050%1.37201.37201.37191.372062%1.37251.37241.37241.372478%1.37281.37301.37311.373085%1.37321.37331.37331.373390%1.37401.37421.37421.374195%1.37491.37481

11、.37481.3748乙酸乙酯液相折射率1液相折射率2液相折射率3液相平均10%1.36611.36621.36631.366230%1.36821.36831.36851.368350%1.37081.37101.37081.370962%1.37171.37181.37201.371878%1.37381.37391.37411.373985%1.37431.37451.37451.374490%1.37501.37501.37501.375095%1.37581.37581.37591.3758樣品純乙酸乙酯純乙醇折射率11.37681.3655折射率21.37691.3654折射率31

12、.37681.3656平均值1.37681.3655由純乙酸乙酯和純乙醇的折射率可得出：折射率體積分?jǐn)?shù)工作曲線 直線方程為：y=0.0113x+1.3655根據(jù)直線方程可以算出氣相、液相所測點(diǎn)的體積分?jǐn)?shù)乙酸乙酯氣相乙酸乙酯v（體積分?jǐn)?shù)）液相乙酸乙酯v（體積分?jǐn)?shù)）10%0.22420.061930%0.48230.250750%0.57230.474962%0.61360.560578%0.66080.746385%0.68730.790690%0.76400.840795%0.82600.9145再根據(jù)體積分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系， ：乙酸乙酯的密度：乙醇的密度：乙酸乙酯的相對分子質(zhì)量：乙醇的相對分

13、子質(zhì)量：乙酸乙酯的氣相/液相體積分?jǐn)?shù)：乙醇的氣相/液相體積分?jǐn)?shù)代入數(shù)據(jù)得出下表：乙酸乙酯氣相乙酸乙酯x（摩爾分?jǐn)?shù)）液相乙酸乙酯x（摩爾分?jǐn)?shù)）10%0.20690.056330%0.45690.232050%0.54710.449562%0.58910.535278%0.63750.726585%0.66500.773190%0.74510.826595%0.81080.9061根據(jù)溫度與乙酸乙酯摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系，作出雙液系氣液平衡相圖繪制t正常/氣相乙酸乙酯x（摩爾分?jǐn)?shù)）液相乙酸乙酯x（摩爾分?jǐn)?shù)）75.970.20690.056373.340.45690.232072.050.54710.449

14、571.810.58910.535271.990.63750.726572.550.66500.773173.120.74510.826573.710.81080.9061查得相關(guān)數(shù)據(jù)：乙酸乙酯的沸點(diǎn)：77.06 乙醇的沸點(diǎn)：78.4 C從圖確定，最低恒沸點(diǎn)：71.84乙酸乙酯與乙醇溶液的組成：乙酸乙酯：0.5824 乙醇：0.4176實驗評注與拓展： 接通加熱電源前，必須檢查調(diào)壓變壓器旋鈕是否處于零位置，以免引起有機(jī)組分燃燒或燒壞加熱電阻絲。 必須在停止加熱后才能取樣分析 測定折射率時，動作必須迅速，避免組分揮發(fā)，能否快速準(zhǔn)確地測定折射率是本實驗的關(guān)鍵之一。 實驗過程中應(yīng)注意大氣壓的變化，必要時須進(jìn)行沸點(diǎn)校正。提問與思考：若蒸餾時儀器保溫條件欠佳，在氣相到達(dá)平衡氣體收集小槽之前，沸點(diǎn)較高的組分會發(fā)生部分冷凝，則Tx圖將怎么變化？答：若有冷凝，則氣相部分中沸點(diǎn)較高的組分含量偏低，相對來說沸點(diǎn)較低的組分含量偏高了，則T不變，x的組成向左或向右移（視具體情況而定）樣品混合液測定時，可以粗略配置不同乙醇體積分?jǐn)?shù)的溶液，為什么？答：因為實驗中只需要得到同一溫度下氣相和液相的組成，在配制溶液的時候，不需考慮具體的比例。