實(shí)驗(yàn)一三組分液液體系相圖的繪制-課件

實(shí)驗(yàn)一、三組分液－液體系相圖的繪制【目的要求】⑴學(xué)習(xí)測(cè)繪恒溫恒壓下苯－水－乙醇三組分體系的相圖⑵掌握用等邊三角形繪制三組分體系相圖的方法2020/11/131【原理】三組分體系組分?jǐn)?shù)K=3,如果體系處于恒溫恒壓狀態(tài)，按照相律，體系的自由度f(wàn)＝3－Ф，式中Ф為體系中的相數(shù)。當(dāng)體系為均相時(shí)，自由度f(wàn)＝2，因此恒溫恒壓下三組分體系中濃度獨(dú)立變量最多只有2個(gè)。這樣就可用平面圖形來(lái)表示體系的狀態(tài)和組成的關(guān)系。通常用等邊三角形來(lái)表示三組分體系中各組分的組成。三角形的3個(gè)頂點(diǎn)分別代表純組分A、B和C，三條邊AB、BC、CA分別代表A和B、B和C、C和A所組成的二組分體系的組成，而三角形內(nèi)任何一點(diǎn)表示三組分體系的組成。在苯－水－乙醇三組分體系中，苯和水時(shí)互不相溶的，而乙醇和苯及乙醇和水是互溶的，在苯－水體系中加入乙醇則可促使苯和水互溶。2020/11/132精品資料你怎么稱呼老師？如果老師最后沒(méi)有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會(huì)認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽(yáng)曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒(méi)有學(xué)問(wèn)無(wú)顏見爹娘……”“太陽(yáng)當(dāng)空照，花兒對(duì)我笑，小鳥說(shuō)早早早……”【儀器、試劑】?jī)x器25ml酸式滴定管1個(gè)，1ml移液管2個(gè)，5ml刻度移液管1個(gè)，2ml、10ml、20ml、25ml移液管各1個(gè)，250ml三角瓶2個(gè)。試劑純苯，無(wú)水乙醇，蒸餾水。2020/11/135【實(shí)驗(yàn)步驟】⒈互溶度曲線的測(cè)定⑴用移液管移取4.00ml苯，放入干燥潔凈的250ml三角燒瓶中，加入0.10ml水，然后用滴定管滴加乙醇，并不斷振蕩，當(dāng)液體由濁變清時(shí)，記錄加入乙醇的量。再在上述三角燒瓶中依次分別加入0.25ml、0.50ml、1.00ml、2.00ml、3.00ml、4.00m水，重復(fù)上述操作。⑵用移液管移取0.80ml苯，放入另一干潔的250ml三角瓶中，加入10.00ml水，然后滴加乙醇，使成一相。以后再依次加入10.00ml、10.00ml、20.00ml、25.00ml水，重復(fù)上述操作，并記錄每次滴加乙醇的量。2020/11/136⒉數(shù)據(jù)記錄及處理⑴將測(cè)得的數(shù)據(jù)按表1的格式記錄。⑵假設(shè)三組分混合后不發(fā)生體積變化，計(jì)算在滴定至終點(diǎn)均勻一相時(shí)，各組分的體積百分比。⑶把計(jì)算結(jié)果在三角坐標(biāo)中標(biāo)出，并作出一平滑曲線，用虛線外延到三角坐標(biāo)中的2個(gè)頂點(diǎn)。2020/11/137苯(ml)加水量(ml)滴加乙醇（ml）百分?jǐn)?shù)(%)總體積苯水4.000.10.250.51.002.003.004.00

0.8010.0010.0010.0020.0025.00

表1三組分液－液體系的相圖測(cè)繪2020/11/138【注意】使用的三角瓶必須事先干燥。當(dāng)液體由濁變清時(shí)，須小心，勿使乙醇過(guò)量加入。相變點(diǎn)的判斷?！舅伎碱}】當(dāng)體系總組成在曲線內(nèi)與曲線外時(shí)，相數(shù)有何不同？總組成點(diǎn)通過(guò)曲線時(shí)發(fā)生什么變化？用相律說(shuō)明當(dāng)溫度、壓力恒定時(shí)，單相區(qū)的自由度是多少？使用三角瓶不事先干燥行嗎？為什么？可否用95％乙醇代替無(wú)水乙醇？2020/11/139實(shí)驗(yàn)二、分配系數(shù)的測(cè)定【目的要求】掌握分配定律及其應(yīng)用。測(cè)定苯甲酸在苯和水中的分配系數(shù)，并判斷其在水中有無(wú)締合現(xiàn)象。了解分配系數(shù)的測(cè)定方法。2020/11/1310【原理】在一定溫度和壓力下，將一溶質(zhì)溶解在兩種不互溶的溶劑中，則溶質(zhì)往往同時(shí)分配地溶入這兩種溶劑中。如果溶質(zhì)在兩種溶劑中分子大小相同，且濃度不大，那么達(dá)到平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩種溶劑中的濃度比值等于常數(shù)，這就是分配定律：式中CA、CB為溶質(zhì)在A、B溶劑中的濃度，K為分配系數(shù)。在一些體系中由于分子的離解或締合，溶質(zhì)在不同溶劑中質(zhì)點(diǎn)的平均大小不同，如在溶劑A中的質(zhì)點(diǎn)比在溶劑B中小一半，則分配定律表述為：2020/11/1311為了判斷苯甲酸在水中有無(wú)締合現(xiàn)象，假定其締合度為n，則分配定律為：則lgK=lgCA-lgCB如測(cè)得一系列的CA、CB，后用lgCA對(duì)lgCB作圖，由直線的斜率和截距即可分別計(jì)算出分配系數(shù)K，締合度n。2020/11/1312【實(shí)驗(yàn)步驟】取5個(gè)洗凈的150ml碘量瓶，標(biāo)明號(hào)碼，分別加入約0.6g，0.8g，1.0g，1.2g，1.4g苯甲酸，用量筒分別加入25ml苯和25ml蒸餾水，蓋好塞子，振搖半小時(shí)，使兩相充分混合接觸。將1號(hào)試樣轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，靜置分層。用移液管移取下層（水層）5.00ml，放入100ml三角瓶中，加入25ml蒸餾水和1滴酚酞指示液，用標(biāo)準(zhǔn)堿液滴定，記錄所用堿液體積。重復(fù)測(cè)定二次。用移液管移取上層（苯層）2.00ml，放入100ml三角瓶中，加入25ml蒸餾水和1滴酚酞指示液，用標(biāo)準(zhǔn)堿液滴定，記錄所用堿液體積。重復(fù)測(cè)定二次。用上述方法依次測(cè)定2、3、4、5號(hào)試樣。2020/11/1313【數(shù)據(jù)記錄與處理】記錄室溫及大氣壓。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格，并用lgCA對(duì)lgCB作圖，由直線的斜率和截距計(jì)算出分配系數(shù)K，締合度n。2020/11/1314【注意事項(xiàng)】實(shí)驗(yàn)中所用苯對(duì)環(huán)境有較大污染，廢液應(yīng)倒入回收瓶中，統(tǒng)一處理?！舅伎碱}】分配系數(shù)的影響因素有哪些？2020/11/1315實(shí)驗(yàn)三、旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)【目的要求】1．測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。2．了解該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系。3．了解旋光儀的基本原理，掌握旋光儀正確使用方法。【基本原理】蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖和果糖，其反應(yīng)為：2020/11/1316它是一個(gè)二級(jí)反應(yīng)的速率很慢，通常需要H+離子作用下進(jìn)行。由于它是一個(gè)二級(jí)反應(yīng)時(shí)水量存在的，盡管有部分水參加了反應(yīng)，仍可近似地認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中水的濃度是恒定的；而且H+是催化劑，其濃度也保持不變。因此蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可看作一級(jí)反應(yīng)。一級(jí)反應(yīng)的速率方程可由下式表示(1)積分可得：

1nc=-kt+1nc0（2）當(dāng)C=時(shí)，時(shí)間t可用t1/2表示，即為半衰期：(3)2020/11/1317測(cè)量物質(zhì)旋光度所用的儀器稱為旋光儀。溶液的旋光度與溶液中可含旋光物質(zhì)的旋光能力、溶劑性質(zhì)，樣品管長(zhǎng)度及溫度等均有關(guān)系。當(dāng)其它條件均固定時(shí)，旋光度與反應(yīng)物濃度c呈線性關(guān)系，即

（4）式中比例常數(shù)β與物質(zhì)旋光能力、樣品管長(zhǎng)度、溫度等有關(guān)。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來(lái)度量、比旋光度用下式表示：

（5）但蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故可以利用系統(tǒng)在反應(yīng)進(jìn)程中旋光度的變化來(lái)度量反應(yīng)的進(jìn)程。2020/11/1318式中右上角的“20”表示實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度20℃，D是指用鈉燈光源D線的波長(zhǎng)（即589nm）,為測(cè)得的旋光度[°]，1為管長(zhǎng)度（dm）,CA為濃度（g/100ml）。作為反應(yīng)物的蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度=66.63°；生成物中葡萄也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度=52.5°,但果糖是左旋性物質(zhì)，基比旋光度=-91.9°。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄右旋性大，所以生成物呈現(xiàn)在左旋性質(zhì)。因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，系統(tǒng)的右旋角不斷減小，反應(yīng)至某一瞬間，系統(tǒng)的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化，這時(shí)左旋角達(dá)到最大值設(shè)系統(tǒng)最初的旋光度為:（t=0,蔗糖尚未轉(zhuǎn)化）（6）系統(tǒng)最終的旋光度為:蔗糖已轉(zhuǎn)化完全）（7）

當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，蔗糖濃度為C，此時(shí)旋光度為α，即（8）由（6）、（7）和（8）聯(lián)立可解得：（9）2020/11/1319（10）將（9）、（10）代入（2）式即得（11）顯然，以對(duì)t作圖可得一直線，從直線斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)k。2020/11/1320【實(shí)驗(yàn)步驟】1.溶液配制及測(cè)試用臺(tái)秤稱取蔗糖(0.8mol·dm-3)放入燒杯中，用少量蒸餾水溶解（注意水過(guò)量），待蔗糖全部溶解后（溫度太低需加熱），并沖洗至100ml容量瓶中，若溶解渾濁需要過(guò)濾。2.反應(yīng)中旋光系統(tǒng)t的測(cè)定移取25ml蔗糖溶液于干凈的錐形瓶中,再移取25ml、3mol·dm-3HC1往蔗糖溶液中注入，當(dāng)HC1液流出一半時(shí)立即記時(shí)（作為起始時(shí)間），全加入后將其混合均勻，迅速用反應(yīng)液蕩洗旋光管兩次，然后將反應(yīng)液注滿旋光管，蓋上玻璃片，注意匆使管存有氣泡，旋緊帽后放置在旋光計(jì)中測(cè)定旋光系統(tǒng)t。此后每隔5分鐘測(cè)一次t，測(cè)出兩個(gè)負(fù)值為止。3.的測(cè)定測(cè)定后，將管內(nèi)溶液倒回原錐形瓶?jī)?nèi)，待24小時(shí)后再測(cè)，也可將溶液放入333.15K的水溶槽中（不可高于338.15K），并保溫30分鐘取出，待冷后測(cè)。2020/11/1321【記錄】實(shí)驗(yàn)溫度：

-t（分）0.8mol·dm-3蔗糖+3mol·dm-3HC1lg(-)2020/11/1322【數(shù)據(jù)處理】1．以1g(-)對(duì)t作圖，證明是否一級(jí)反應(yīng)，并由直線斜率求出反應(yīng)速度常數(shù)K。2．由上述直線外推至t=0，求得1g(-)，再代入式（11）中計(jì)算K值。3．求出反應(yīng)的半衰期。2020/11/1323實(shí)驗(yàn)四、最大氣泡壓力法測(cè)定溶液表面張力2020/11/1324【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹繙y(cè)定不同濃度正丁醇溶液的表面張力，考察吸附量與濃度的關(guān)系。了解表面張力、表面自由能的意義以及與溶液界面吸附的關(guān)系。掌握最大氣泡壓力法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)，由Gibbs公式用圖解法求算不同濃度溶液的界面吸附量。2020/11/1325【實(shí)驗(yàn)原理】gl體相分子：液體有自動(dòng)收縮表面而呈球形的趨勢(shì)。自由移動(dòng)不消耗功表面分子：純液體和其蒸氣組成的體系比表面自由能（表面張力）（1）溶液的界面吸附2020/11/1326溶液活度溶液：體系可調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面相的濃度來(lái)降低表面自由能。表面吸附:表面層與體相濃度不相同的現(xiàn)象。恒溫下的Gibbs吸附方程：[mol·m－2]2020/11/1327G>0，正吸附,溶液表面張力降低：表面活性物質(zhì)G<0，負(fù)吸附,溶液表面張力升高:非表面活性物質(zhì)濃度達(dá)一定值，溶液界面形成飽和單分子層吸附（2）最大氣泡壓力法測(cè)定表面張力的原理2020/11/1328將待測(cè)液體裝于表面張力儀，使毛細(xì)管的端面與液面相切。打開滴液漏斗的活塞，使水緩慢滴下而降低系統(tǒng)的壓力，毛細(xì)管內(nèi)的液面上受到一個(gè)比樣品管內(nèi)的液面上稍大的壓力。當(dāng)壓力差在毛細(xì)管端面上產(chǎn)生的作用稍大于毛細(xì)管口液體的表面張力時(shí)，氣泡就從毛細(xì)管口被壓出，這個(gè)最大的壓力差可由U型管壓力計(jì)上讀出。2020/11/1329U形示壓計(jì)兩端汞柱的高度差毛細(xì)管端口形成的半球形氣泡承受的最大壓力差若用同一支毛細(xì)管和壓力計(jì)，在相同溫度下測(cè)定兩種液體的表面張力，有毛細(xì)管曲率半徑毛細(xì)管常數(shù)2020/11/1330飽和吸附量（3）求正丁醇的分子截面積求正丁醇分子截面積2020/11/1331【實(shí)驗(yàn)步驟】（1）測(cè)定毛細(xì)管常數(shù)K.將蒸餾水裝于帶支管的毛細(xì)管，使毛細(xì)管的端面與液面相切，打開滴液漏斗的活塞，使水緩慢滴下而降低系統(tǒng)的壓力，氣泡均勻逸出，讀取U形壓力計(jì)兩臂最大高度差。（2）測(cè)定不同濃度正丁醇溶液的表面張力配制濃度分別為0.02，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30，0.35，0.50mol.L-1正丁醇溶液各50ml。按（1）步驟測(cè)定表面張力。2020/11/1332【數(shù)據(jù)記錄和處理】(1)記錄實(shí)驗(yàn)溫度，大氣壓，以及蒸餾水和不同濃度正丁醇溶液的的△h。(2)按式（7-66）計(jì)算毛細(xì)管常數(shù)K。不同溫度下純水的表面張力見附錄14。(3)按式（7-66）計(jì)算不同濃度正丁醇溶液的表面張力。2020/11/1333由（7-64）式計(jì)算不同濃度溶液的吸附量2020/11/1334【思考題】用最大氣泡壓力法測(cè)定溶液的表面張力時(shí)，為什么要讀取最大壓差？那些因素影響表面張力的測(cè)定？應(yīng)當(dāng)如何減小或消除這項(xiàng)因素的影響？2020/11/1335實(shí)驗(yàn)五、黏度法測(cè)定高聚物平均摩爾質(zhì)量2020/11/1336【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹坑灭ざ确y(cè)定聚丙烯酰胺的平均摩爾質(zhì)量了解烏氏黏度計(jì)特點(diǎn)，掌握其使用方法2020/11/1337【實(shí)驗(yàn)原理】高聚物的摩爾質(zhì)量的對(duì)其性能有很大的影響，通過(guò)摩爾質(zhì)量的測(cè)定可了解高聚物的性能，并控制聚合條件以獲得優(yōu)良產(chǎn)品。在某一溫度下，高聚物溶液的黏度比純?nèi)軇┑酿ざ?大，黏度增加的分?jǐn)?shù)為增比黏度spr稱為相對(duì)黏度，是整個(gè)溶液的黏度行為。sp意味著扣除了溶劑分子間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，僅考慮溶劑與溶質(zhì)分子之間以及溶質(zhì)分子間的相互作用。sp隨高聚物濃度增加而增大。常用sp/c，稱為比濃黏度2020/11/1338比濃黏度隨溶液濃度c變化。當(dāng)溶液無(wú)限稀(c→0)時(shí)，溶質(zhì)分子間內(nèi)摩擦效應(yīng)可以忽略不計(jì)，只存在溶劑分子與溶質(zhì)分子間的內(nèi)摩擦作用，sp/c趨于固定極限值[][]為特性黏度，可由sp/c-c圖用外推法求出。實(shí)驗(yàn)表明sp/c與[]的關(guān)系用經(jīng)驗(yàn)公式表示為故作sp/c-c圖，外推后由sp/c軸上的截距可求[]。濃度不太大時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式可表示為ln/c=[]+[]2c2020/11/1339這樣sp/c及l(fā)n/c對(duì)c作圖，得兩條直線。這兩條直線在縱軸上相交于一點(diǎn)，可求出[]值。[]的單位是濃度倒數(shù)。[]與高聚物平均摩爾質(zhì)量的關(guān)系為[]=M其中，和為經(jīng)驗(yàn)方程的兩個(gè)參數(shù)。一定溫度，一定的高聚物體系為常數(shù)。M為平均摩爾質(zhì)量。2020/11/1340同一溫度下，對(duì)純?nèi)軇┖?～5個(gè)不同濃度的溶液進(jìn)行流出時(shí)間的測(cè)定后，由式(7-84)和(7-77)可計(jì)算出相應(yīng)r和sp，再由(7-79)和(7-80)作圖外推求出[]，最后由(7-81)及經(jīng)驗(yàn)常數(shù)、求算平均摩爾質(zhì)量M。本實(shí)驗(yàn)用毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)定高聚物溶液的黏度。在稀溶液中（濃度小于1×10-3g·ml－1），溶劑與溶液的密度近似為相等，可得2020/11/1341【實(shí)驗(yàn)步驟】恒溫槽的調(diào)節(jié)高聚物溶液黏度的溫度系數(shù)較大，如果溫度控制波動(dòng)較大，會(huì)使液體流出時(shí)間的重現(xiàn)性差，或作圖線性不好。嚴(yán)格調(diào)整恒溫槽溫度在30.0±0.1)°C范圍內(nèi)。黏度計(jì)的選擇和洗滌使用烏氏黏度計(jì)能在黏度計(jì)內(nèi)進(jìn)行逐步稀釋，適合連續(xù)測(cè)定不同濃度溶液的黏度。由所用溶劑的黏度選擇毛細(xì)管r與管E體積的大小，使流出時(shí)間不少于100s。對(duì)于溶劑水，毛細(xì)管徑為0.57mm，E球體積為4ml。黏度計(jì)應(yīng)用洗液浸泡后，再依次用自來(lái)水、蒸餾水沖洗，最后用乙醇淌洗后真空干燥備用。2020/11/1342溶液流出時(shí)間的測(cè)定①將清潔干凈的黏度計(jì)B管、C管口導(dǎo)上乳膠管后垂直放入恒溫槽中。恒溫水面應(yīng)浸沒(méi)G球。調(diào)節(jié)夾黏度計(jì)的夾具使黏度計(jì)毛細(xì)管垂直②一次吸取5ml聚丙烯酰胺水溶液，10ml1.5mol·L-1NaNO3水溶液從A管注入。夾住C管口的乳膠管，在B管上接上注射針筒來(lái)回推拉、鼓泡，使溶液混合均勻，設(shè)濃度為c1。恒溫10min。③C管不同大氣，由B管抽氣，溶液從F球經(jīng)D球、毛細(xì)管、E球抽至G球2/3處。先拔出針筒，再松開C管處夾子，使C管通大氣，D球中液體即回入F球。毛細(xì)管以上液體懸空并開始下落。當(dāng)液面流經(jīng)a刻度立即按下表開始計(jì)時(shí)，當(dāng)液面將到b刻度時(shí)，再按停表，讀取a、b刻度間液體流經(jīng)毛細(xì)管所需時(shí)間t1，重復(fù)3次，時(shí)間相差不得超過(guò)0.5s。2020/11/1343④依次由A管分別注入5ml、10ml、15ml1mol·L-1NaNO3水溶液，將高聚物稀釋為c2、c3、c4，同法測(cè)定流出時(shí)間t2、t3、t4。每次加入NaNO3溶液后，應(yīng)混合均勻后抽洗毛細(xì)管3次，恒溫10min溶劑流出時(shí)間的測(cè)定傾去高聚物溶液，用自來(lái)水、蒸餾水淌洗凈黏度計(jì)后，再用1mol·L-1NaNO3水溶液淌洗。最后加入約15ml1mol·L-1NaNO3水溶液，恒溫后測(cè)定流出時(shí)間t0。

實(shí)驗(yàn)完畢，傾去溶液，洗凈黏度計(jì)，用乙醇淌洗，放置干燥。2020/11/1344注意：液體黏度的溫度系數(shù)均較大，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)嚴(yán)格控制溫度的恒定，否則難以獲得重現(xiàn)結(jié)果。黏度計(jì)系貴重玻璃儀器，在洗滌、安放及使用過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)，避免損壞。因高聚物黏度較大，用移液管取樣前應(yīng)用溶