物化試驗(yàn)——雙液系沸點(diǎn)-組成圖的繪制

1、實(shí)驗(yàn)五雙液系沸點(diǎn)-組成圖的繪制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定100kPa下乙醇一乙酸乙酯體系的氣液平衡相圖.2,使用數(shù)字阿貝折射儀測(cè)定液體、氣體的組成.一、根本原理從完全互溶雙液系的t-x圖中可清楚地看到系統(tǒng)在到達(dá)沸騰時(shí)的溫度,以及到達(dá)氣液平衡時(shí)氣、液兩相的組成.t-x圖對(duì)于了解系統(tǒng)的行為,系統(tǒng)的分儲(chǔ)過(guò)程很有實(shí)用價(jià)值.理想的雙液系在全部組成范圍內(nèi)符合拉烏爾定律,有少數(shù)系統(tǒng)能近似符合理想溶液的行為,但大多數(shù)系統(tǒng)在p-x圖中有正或負(fù)的偏差.本實(shí)驗(yàn)采用的系統(tǒng)是對(duì)拉烏爾定律產(chǎn)生正偏差的系統(tǒng).在一定壓力下完全互溶雙液系的沸點(diǎn)與組成的關(guān)系有三種情況：1,溶液沸點(diǎn)介于二純組分的沸點(diǎn)之間,如正丙醇一乙醇、苯一甲苯.2,

2、溶液具有最高恒沸點(diǎn)如氯化氫一水、硝酸一水.3,溶液具有最低恒沸點(diǎn)如苯一乙醇、乙醇一水、乙醇一乙酸乙酯.上述情況的t-x圖如圖5-1所示.圖5一1二元雙液系Er圖從相律分析,對(duì)于雙液系,當(dāng)壓力恒定時(shí),在氣液相平衡共存區(qū)域內(nèi),自由度等于1F=C-P+1=2N+1=1,當(dāng)溫度一定,氣液二相的組成也一定.反之,溶液的組成一定,氣液平衡時(shí)系統(tǒng)溫度恒定.將某組成的雙液系置于沸點(diǎn)儀中,加熱至沸騰,在氣液兩相達(dá)平衡,測(cè)定其沸點(diǎn)為力,同時(shí)測(cè)定到達(dá)平衡時(shí)的氣相組成和液相組成分別為y1和x1如圖5-1左.假設(shè)換一種xb稍小的物系,加熱蒸儲(chǔ)到達(dá)新的平衡,沸點(diǎn)t2對(duì)應(yīng)氣相組成和液相組成為y1、x1.待二相平衡以后,取出

3、二相樣品,用物理方法或化學(xué)的方法分析二相的組成,在t-x圖中畫出該溫度下二相平衡時(shí)各相組成的坐標(biāo)點(diǎn)可用表示氣相點(diǎn),用紙示液相點(diǎn).不斷改變系統(tǒng)的組成,再按上法測(cè)出一對(duì)對(duì)坐標(biāo)點(diǎn).分別將氣相點(diǎn)和液相點(diǎn)連成氣相線和液相線,就得到完全互溶雙液系的t-x相圖.儀器裝置如圖5-2所示；整個(gè)裝置分為加熱局部與冷凝局部,加熱局部由電熱絲和電源組成220V電壓變至0V15V,視需要而定.蒸汽在支管B中冷凝.冷凝液一局部回流入沸點(diǎn)儀,一局部存于小槽D室中,溫度計(jì)由熱電偶構(gòu)成浸入液面.液體樣品自A處吸出,氣相冷凝液自B管底部小D室中吸出.到達(dá)平衡的兩相組成采用數(shù)字阿貝折射儀測(cè)定,數(shù)字阿貝折射儀的原理及使用方法見附錄-

4、o二、儀器和試劑1,儀器：數(shù)字阿貝折射儀1臺(tái),501超級(jí)恒溫槽1臺(tái),沸點(diǎn)儀1套,滴管1個(gè),洗耳球1個(gè).2.試齊J:10瓶不同濃度的乙酸乙酯-乙醇混合液.圖52沸點(diǎn)儀四、實(shí)驗(yàn)步聚1,開啟501超級(jí)恒溫槽水浴,觀察溫度是否恒定在25Cd0.2Co翻開冷凝水.2.測(cè)定含乙酸乙酯11%、22%、35%、42%、52%、62%、78%、85%、91%、95%均為粗配體積百分?jǐn)?shù)的10個(gè)組成的乙醇溶液的沸點(diǎn)及25c下平衡氣液相的折射率.1在沸點(diǎn)儀內(nèi)用量筒參加大約25mL的待測(cè)液,使電熱絲浸入液體中,熱電偶溫度計(jì)浸沒(méi)于液面下約1.5cm,接通電源電壓6V15V加熱至沸騰,待溫度穩(wěn)定5分鐘不再上升后,記錄沸騰溫

5、度t觀,先用干凈的短吸管從小D室取氣相冷凝液直接在數(shù)字阿貝折射儀上測(cè)折射率,然后停止加熱,用洗耳球吹干吸管和阿貝折射儀上下玻璃,再?gòu)腁處取液相溶液直接滴進(jìn)數(shù)字阿貝折射儀測(cè)液相折射率.2進(jìn)入數(shù)字阿貝折射儀的超級(jí)恒溫水槽循環(huán)水為25C10.2C,每次加樣測(cè)量前用洗耳球吹干折射儀的上下玻璃棱鏡和吸管是重要的步驟由于使用的有機(jī)混合物樣品揮發(fā)性大,洗耳球吹吸幾次玻壬等物即可吹干,分別測(cè)定平衡時(shí)氣相、液相樣品折射率,加一次樣品讀數(shù)三次,取其平均值.測(cè)定完后擰松雙頂絲螺絲,傾斜沸點(diǎn)儀,將混合物從沸點(diǎn)儀磨口A處倒回原試劑瓶中.3依次測(cè)定不同組成混合液的沸點(diǎn)及到達(dá)平衡的氣相、液相折射率,操作時(shí)不必吹干沸點(diǎn)儀,做

6、完10個(gè)混合液.3.實(shí)驗(yàn)前后要記錄實(shí)驗(yàn)室大氣壓力和溫度.五、數(shù)據(jù)處理1 .作工作曲線表5-1是25c下精確配制的含乙酸乙酯分別為0mL、1mL、2mL、3mL、4mL、5mL總體積為5mL的乙酸乙酯和乙醇混合溶液所測(cè)得的折射率值,并計(jì)算出了各混合溶液對(duì)應(yīng)的乙酸乙酯質(zhì)量百分比濃度.根據(jù)此表數(shù)據(jù)以折射率值為縱坐標(biāo),以乙酸乙酯質(zhì)量百分比濃度為橫坐標(biāo),可作nD25W/%工作曲線備查.表5-125c下,乙酸乙酯和乙醇混合溶液的折射率值CH3COOC2H5V/%W/%V/(mL)nD250001.35922022.211.36104043.221.36316063.131.36508082.241.367

7、410010051.36982 .根據(jù)工作曲線將氣相、液相的折射率轉(zhuǎn)換成質(zhì)量百分比濃度并填充下表5-2.表5-2實(shí)驗(yàn)記錄填充表V酯/%t觀/(C)25nD(g)氣相W酯/%25nD(l)液相W酯/%1177.672274.593573.084272.665272.046271.547871.668572.389173.269573.723 .純乙醇和純乙酸乙酯的沸點(diǎn)分別為78.5C和77.0C,根據(jù)上表數(shù)據(jù)和純乙醇和純乙酸乙酯沸點(diǎn)作沸點(diǎn)t/C質(zhì)量百分比濃度組成W/%相圖,從圖上求出最低恒沸點(diǎn)及相應(yīng)的恒沸物組成.六、思考題1 .在本實(shí)驗(yàn)中氣液兩相是否到達(dá)真正的平衡為什么冷凝管D處如果體積太大對(duì)測(cè)

8、量有何影響2 .為什么測(cè)定純乙醇及純乙酸乙酯的沸點(diǎn)時(shí)要吹干沸點(diǎn)儀,而實(shí)驗(yàn)中測(cè)定混合液的氣相、液相組成及沸點(diǎn)時(shí)那么不必將沸點(diǎn)儀的殘液吹干3 .本實(shí)驗(yàn)的誤差來(lái)源何在?附錄一WYA-2S數(shù)字阿貝折射儀一、阿貝折射儀的構(gòu)造阿貝折射儀是根據(jù)光的全反射原理設(shè)計(jì)的儀器、利用全反射臨界角的測(cè)定方法來(lái)測(cè)定未知物質(zhì)的折射率,其構(gòu)造如圖5-3所示：其主要局部為兩塊直角棱鏡-測(cè)量棱鏡與輔助棱鏡.待測(cè)液體緊壓于二棱鏡平面之間,形成一薄層約為0.1mm厚,輔助棱鏡外表是粗糙的,光線由反光鏡反射入輔助棱鏡,在其外表發(fā)生漫反射,以不同的射角進(jìn)入液體層,然后再射到測(cè)量棱鏡的光滑外表上.由于測(cè)量棱鏡的折射率很高約為1.85,一局

9、部光線可以再經(jīng)折射進(jìn)入空氣而到測(cè)量目鏡一測(cè)量望遠(yuǎn)鏡,另一局部光線發(fā)生全反射,用手輪調(diào)節(jié)使目鏡中的視野如圖5-6所示再讀數(shù).為了方便,阿貝折射儀光源用小燈泡發(fā)光,而不是單色光,光通過(guò)棱鏡時(shí)因其不同波長(zhǎng)的光折射率不同而產(chǎn)生色散,使臨界角模糊,因而在測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的鏡筒下面設(shè)計(jì)了一套消色散棱鏡,旋轉(zhuǎn)消色散手柄可使色散現(xiàn)象消除,調(diào)好以后在讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡中讀出折射率百分刻度為測(cè)糖的濃度時(shí)用.1. 目鏡2. 色散手輪3. 顯示窗4. “POWER!源開關(guān)5. “READ賣數(shù)顯示鍵6. “BXC經(jīng)溫度修正錘度顯示鍵7. n'D折射率顯示鍵8. “B麻經(jīng)溫度修正錘度顯示鍵9. 調(diào)節(jié)手輪10. 聚光照明部件11

10、. 折射棱鏡部件12. “TEM福度顯示鍵13. RS232接口圖53阿貝折射儀結(jié)構(gòu)圖二、阿貝折射儀的光學(xué)原理當(dāng)光線穿過(guò)一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),在界面上發(fā)生折射,折射線的方向有賴于兩種介質(zhì)的光學(xué)特性,對(duì)于給定的介質(zhì),在給定的條件下,入射角與折射角之正弦比為一常數(shù).sinr/sini=n2/n1圖54光路圖ni、n2分別為介質(zhì)1和介質(zhì)2的折射率.假設(shè)介質(zhì)1為光密介質(zhì),介質(zhì)2為光疏介質(zhì),那么ni>n2,i角必大于r角見圖a;當(dāng)r=e時(shí),I=900見圖b,稱為臨界角；如果r>e,那么光線不能進(jìn)入介質(zhì)2而在界面上發(fā)生全反射見圖c.在入射角為臨界角時(shí),sine/sin90=n2/ni,si

11、n90=1,n2=nisine.如果光線自光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),當(dāng)入射角為90.,即沿平行界面射入時(shí),折射角必為臨界角e.阿貝折射儀的測(cè)量原理如圖5-5.圖55折射棱鏡圖圖中AB面以下為被測(cè)物質(zhì)透明液、固體,其折射率用ni表示.由折射定律得：nisin900=n2sinan2sin3=n2sini丁=o+3.a="3整理得ni=n2sin6份=n2sinjcos伊cos帕in就n22sin23=sin2in22i-cos23sin2in22-n22cos2芹sin2iJ7J02sini得cos,2n2代入上式得nisini.n22sin2icossini4角及n2為,當(dāng)求得i角時(shí),可

12、以得到被測(cè)物質(zhì)的折射率ni.當(dāng)被測(cè)物質(zhì)為液體時(shí),用一磨沙面的進(jìn)光棱鏡,使液體放置在進(jìn)光棱鏡和折射棱鏡中間,磨沙面主要是產(chǎn)生漫反射,使液層內(nèi)有各種不同角度的入射光.三、阿貝折射儀的使用1 .按下“POWER電源開關(guān)4;聚光照明部件i0中照明燈亮,同時(shí)顯示窗3顯示0000.有時(shí)顯示窗先顯示-°,數(shù)秒后顯示0000.2 .翻開折射棱鏡部件ii,移去擦鏡紙,這張擦鏡紙是儀器不使用時(shí)放在兩棱鏡之間,圖56目鏡視野示意圖預(yù)防關(guān)上棱鏡時(shí),可能留在棱鏡上細(xì)小硬粒弄壞棱鏡工作外表.擦鏡紙只需用單層.3 .檢查上、下棱鏡外表,用酒精小心清潔其外表.測(cè)定每一個(gè)樣品以后也要仔細(xì)吹干兩塊棱鏡外表,由于留在棱鏡上少量的原來(lái)樣品將影響下一個(gè)樣品的測(cè)量準(zhǔn)確度.4 .將被測(cè)樣品放在下面的折射棱鏡的工作外表上.如樣品為液體,可用干凈滴管吸12滴液體樣品放在棱鏡工作外表上,然后將上面的進(jìn)光棱鏡蓋上.5 .旋緊聚光照明部件的轉(zhuǎn)臂和聚光鏡筒使上面的進(jìn)光棱鏡的進(jìn)光外表得到均勻照明.6 .通過(guò)目鏡1觀察視場(chǎng),同時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪9,使明暗分界線落在交叉線視場(chǎng)中.如果從目鏡中看到視場(chǎng)是暗的,可將調(diào)節(jié)手輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn).看到視場(chǎng)是明亮的,那么將調(diào)節(jié)手輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn).明亮區(qū)域是在視場(chǎng)頂部,暗區(qū)域在視場(chǎng)底部.