双液系 气液合金相图.pdf

双液系的气液平衡相图双液系的气液平衡相图 1 1 引言引言 1 实验目的 1 用沸点仪测定在常压下环已烷 乙醇的气液平衡相图 2 掌握阿贝折射仪的使用方法 2 实验原理 将两种挥发性液体混合 若该二组分的蒸气压不同 则溶液的组成与其平衡 气相的组成不同 在压力保持一定 二组分系统气液达到平衡时 表示液态混合 物的沸点与平衡时组成关系的相图 称为沸点和组成 T x 图 沸点和组成 T x 的 关系有下列三种 1 理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系 其液体 混合物的沸点介于两纯物质沸点之间见图 1 a 2 各组分蒸气压对拉乌尔定律产 生很大的负偏差 其溶液有最高恒沸点见图 1 b 3 各组分蒸气压对拉乌尔定律 产生很大的正偏差 其溶液有最低恒沸点见图 1 c 第 2 3 两类溶液在最高 或最低恒沸点时的气液两相组成相同 加热蒸发的结果只使气相总量增加 气液 相组成及溶液沸点保持不变 这时的温度称恒沸点 相应的组成称恒沸组成 第 一类混合物可用一般精馏法分离出这两种纯物质 第 2 3 类混合物用一般精 馏方法只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物 图图 1 沸点组成图沸点组成图 为了测定二元液系的 T x 图 需在气液达到平衡后 同时测定溶液的沸点 气相和液 相组成 本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷 乙醇双液系的 T x 图 方法是用沸点仪 图 2 直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度 即沸点 并收集少量馏出液 即气相冷凝液 及吸取少量溶液 即液相 分别用阿贝折射仅测定其折射率 为了求出相应的组成 必须先 测定已知组成的溶液的折射率 作出折射率对组成的工作曲线 在此曲线上即可查得对应于 样品折射率的组成 沸点仪的种类很多 图 2 所示是一种带有电阻丝加热的沸点仪 沸腾的溶液由喷嘴喷向 温度计 因此可以测得蒸气与液相平衡的温度 气相经冷凝后贮存在小泡内 2 2 实验操实验操作作 2 1 实验药品 仪器型号及测试装置示意图实验药品 仪器型号及测试装置示意图 1 实验用品 沸点仪 调压器 阿贝折射仪 超级恒温槽 1 10 温度计 酒精温度计 滴管 放 大镜 2 实验药品 环己烷 无水乙醇 分析纯 各种浓度的环已烷 乙醇混合溶液 3 反应装置示意图 图图 2 沸点仪沸点仪 1 水冷却入口 2 气相冷凝液贮存小泡 3 温度计 4 喷嘴 5 电炉丝 6 调压器 2 2 实验条件实验条件 阿贝折射仪恒温 17 0 oC 沸点仪不断加热 沸点仪内压强与室内大气压相同 2 3 实验操作步骤及方法要点 实验操作步骤及方法要点 1 测定溶液的折射率 用阿贝折射仪测定环己烷 无水乙醇以及由环已烷 乙醇组成的标准溶液的折射率 作 折射率对组成的工作曲线 2 检查待测样品的浓度 在通电加热之前 检查沸点仪内的待测样品的浓度是否合适 若浓度不符合要求 则加 环己烷或乙醇调正 3 测定液相和气相组成 分别测定质量百分数为 10 30 69 5 90 96 100 的环已烷 乙醇溶液 在沸点下的液相和气相的组成 测定方法如下 接通电源 通冷却水 按要求调节调压器 加热溶液至沸腾 待其温度计上所指示的温度保持恒定后 读下该温度值 同时停止加热 并立即在小泡中取气相冷凝液 迅速测定其折射率 冷却液相 然后用滴管将溶液搅均后取 少量液相测定其折射率 若认为数据不可靠 重复上述操作 注意 每次测量折射率后 要 将折射仪的棱镜打开凉干 以备下次测定用 4 绘图 由实验数据 温度可先不校正 绘制沸点 组成草图 根据图形决定补测若干点的数据 学生自带方格纸 3 3 结果与讨论结果与讨论 3 1 原始实验数据原始实验数据 室温 20 5 1 工作曲线 即不同组成的环己烷 乙醇标准溶液折射率测定 表表 1 环己烷环己烷 乙醇标准溶液及其对应折射率乙醇标准溶液及其对应折射率 溶液环己溶液环己 烷百分数烷百分数 100 纯环己烷纯环己烷 81 85 59 85 51 13 33 82 17 45 0 纯纯乙醇乙醇 折射率折射率 1 4260 1 4088 1 3930 1 3898 1 3790 1 3694 1 3612 2 待测溶液浓度 表表 2 待测的环己烷待测的环己烷 乙醇溶液的沸点及沸点下的乙醇溶液的沸点及沸点下的液相和气相的组成液相和气相的组成 溶液溶液环己环己 烷百分数烷百分数 气相折射气相折射 率率 液相折射液相折射 率率 沸点沸点 t0 o oC C 小温度计小温度计 ts o oC C 体系外水银体系外水银 柱柱 n o oC C 校正沸点校正沸点t o oC C 10 1 3856 1 3672 71 50 22 5 20 80 71 67 30 1 3940 1 3753 67 83 20 4 16 73 67 95 69 5 1 4025 1 4015 64 90 20 0 23 08 65 06 90 1 4035 1 4092 65 14 22 0 15 54 65 25 96 1 4062 1 4210 66 58 20 8 27 98 66 78 纯乙醇纯乙醇 1 3610 1 3610 78 30 22 0 36 88 78 63 纯环己烷纯环己烷 1 4259 1 4260 80 65 21 0 29 55 80 93 3 2 计算的数据 结果计算的数据 结果 1 温度校正 由露茎校正公式 00 s ttKn tt K 0 000157 校正数据的沸点见表 2 2 作组成 折射率工作曲线 图图 3 标准溶液组成标准溶液组成 折射率工作曲线折射率工作曲线 3 由工作曲线得待测的环己烷 乙醇溶液在沸点下的气相和液相组成 表表 3 待测溶液气相液相组成待测溶液气相液相组成 溶液环己烷百分数溶液环己烷百分数 10 30 69 5 90 96 纯乙醇纯乙醇 纯环己烷纯环己烷 气相组成气相组成 46 78 60 37 69 83 74 22 77 85 0 00 100 00 液相组成液相组成 12 55 28 37 71 44 81 74 95 46 0 00 100 00 4 作环己烷 乙醇体系沸点 组成图如下 图为气相组成与沸点的关系 图为液相组成与沸点的关系 由图可求出混合溶液的最低恒沸点为 66 5oC 对应的组成为 环己烷 71 5 乙醇 28 5 对照文献值 101 325Pa 表表 4 环己烷环己烷 乙醇体系最低沸点文献数据乙醇体系最低沸点文献数据 物质物质 沸点沸点 恒沸点恒沸点 恒沸组成恒沸组成 xB 环己烷 80 74 64 6 70 乙醇 78 5 30 恒沸点的相对误差为 66 5 64 6 64 6 2 9 恒沸混合溶液组成的相对误差为 71 5 70 70 2 1 3 3 讨论分析讨论分析 1 用工作曲线确定待测溶液气相和液相组成时 如果用工作曲线拟合出的直线读数值 则会 有一定的偏差 因此 应该直接作出光滑的曲线并在曲线上读点 才更准确 2 实验中要求测量的液相折射率测定在液体冷却到室温下才能进行 但是操作中阿贝折 射仪恒温有 20 5 度的室温 所以已经不再需要等待溶液降温就可以确保折射率的测定都是 恒温的了 4 结论结论 在标准大气压下环己烷 乙醇溶液的恒沸点为 66 5 oC 恒沸物的组成为环己烷质量分 数 71 5 5 5 参考文献参考文献 1 清华大学 贺德华 麻英 张连庆 基础物理化学实验 p 36 38 高等教育出版社 2008 年 2 朱文涛 编著 物理化学 清华大学出版社 3 清华大学化学系物理化学实验编写组 物理化学实验 p 53 58 清华大学出版社 1991 年 4 Ed by Robert C Wcast Handbook of Chemistry and Physics 58th ed Ohio CRC Press year 1977 6 6 思考题思考题 1 使用阿贝折射仪时要注意些什么问题 如何正确使用才能测准数据 阿贝折射仪的棱镜不能触及硬物 特别是滴管 棱镜上加入被测溶液后立即关闭镜头 折射率受温度影响 因此需保持被测液体的恒温 测量要迅速 每次测量折射率后 要将折 射仪的棱镜打开晾干 以备下次测定用 可用洗耳球向镜面吹气以加速其晾干 切不可用普 通纸张擦拭 以免划伤镜面 2 收集气相冷凝液的小泡 D 的体积太大 对测量有何影响 若收集气相冷凝液的小泡的体积太大 则开始加热时所收集的气相冷凝液无法得到充分 的替换 始终有所残留 而开始加热时蒸出的气相组成与沸腾 气液平衡 时的气相组成是 有一定差别的 这就使得最终收集到的气相冷凝液的浓度产生偏差 从而影响最终结果 所 以小泡体积不宜过大 3 平衡时 气液两相温度应该不应该一样 实际是否一样 怎样防止温度的差异 平衡时 气液两相温度应该一样 实际却不一样 由于加热只在仪器底部进行 装置中 各部分的温度会因与环境发生热交换而有一定差异 气相尤其严重 实验中采用的方法是 将温度计水银球放在喷