双液系的气—液平衡相图.docx

双液系的气液平衡相图一、实验目的1. 绘制在P环已烷乙醇的气液平衡相图，了解相图和相律基本概念；2. 掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法；3. 掌握用折光率确定二元液体的组成方法。二、实验原理液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。根据相律：自由度=组分数-相数+2因此，一个气液共存的二组分体系，其自由度为2。只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。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。图1.沸点和组成（T-x）图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（如图2所示）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），分别用阿贝折光仪测定其折光率。根据已知组成的溶液折光率，作出一定温度下（25）该溶液的折光率组成工作曲线，然后根据测得的样品溶液的气液两相的折光率，在此曲线上即可按内描法得到待测未知样品溶液的组成。图2.沸点测定仪示意图三、仪器与药品沸点测定仪1只丙酮（分析纯）水银温度计（50100，分度值0.1）1支超级恒温水浴1台玻璃温度计（0100，分度值1）1支称量瓶（高型）10只调压变压器（0.5kVA）1只25mL移液管数字式Abbbe折光仪（棱镜恒温）1台长滴管10支带玻璃磨口塞试管（5mL）4支无水乙醇（分析纯）烧杯（50ml，250ml）各1支环己烷（分析纯）玻璃漏斗（直径5cm）1只重蒸馏水，冰四、实验步骤1. 调节超级恒温水浴温度，使阿贝折光仪上的温度计读数保持在25。2. 接通沸点测定仪电源，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，迅速测定其折光率，冷却液相，然后用滴管将溶液搅拌均匀后取少量液相测定其折光率。重复上述操作三次，取其平均值。注意：每次测量折光率后，要将折射仪的棱镜打开晾干，以备下次测定用。3. 按此方法分别测定摩尔分数为0.05，0.15，0.30，0.45，0.55，0.65，0.80，0.90的环已烷乙醇溶液的折光率。五、数据记录与处理1. 25条件下标准溶液数据处理。表1.环己烷乙醇标准溶液折射率组成数据x环己烷0.20520.29110.40590.50170.59840.70130.79500.8970n25D1.377661.384121.392161.398361.403421.408901.413561.41855根据表1数据作图如下：2. 双液系平衡温度及气液相组成的测定数据记录与处理。气相和液相的X环己烷可通过上面作出的环己烷乙醇体系的折光率组成工作曲线所得工作曲线方程：y = 0.0586x + 1.3674求得。把气液两相平衡时测得的折光率带入曲线方程求得其相应的X环己烷，结果汇总如表2所示：表2.实验数据记录与处理表格次数X环己烷温度/折光率g折光率l温度/KX环己烷（g）X环己烷（l）10.0566.891.39321.3789340.040.425435050.2195489720.1572.721.37231.3682345.870.133271110.0819018930.3069.001.37961.3689342.150.228984160.0905605840.4565.801.38981.3737338.950.373716510.1511866350.5564.651.39591.3818337.800.467975630.2590227860.6564.491.39851.4011337.640.510304750.5541145270.8064.941.40311.4141338.090.588925740.8026738280.9565.991.41021.4165339.140.721859460.85597571根据表2所得数据，作出环己烷乙醇体系的沸点组成图如下（已去除误差较大的点）：根据作出的环己烷乙醇体系的温度组成图，可求得：最低恒沸点约为64.49，相应的恒沸混合物的组成X环己烷约为0.5103。六、误差分析1. 在给双液体系加热而产生的液相的组成并不固定，而是视加热的时间长短而定，因造成测定的折光率产生误差；2. 在测量过程中，虽然采用恒温槽使得阿贝折射仪的棱镜处于恒温状态，但其他仪器的实验条件很可能出现改变。这其中包括环境温度和气压的改变导致沸点仪所处环境的改变；3. 在实验数据的处理过程中认为测量体系的组成没有变化，但是在实际情况下，很可能由于操作原因改变测量体系的组成。具体而言，在从沸点仪取样的过程中，以及进行折射率测量时，体系会有微量蒸发，从而使得体系的组成发生变化，即所测得的组成与液相和气相的实际组成不完全一致；4. 测量过程中使用了刻度尺（测器外度数）和阿贝折射仪，温度计等仪器。由于系统误差，测得数据与实际可能有所差异，导致测量结果的误差。七、思考题1. 在测定恒沸点时，溶液过热或出现分流现象将使绘处的相图图形发生什么变化？答：当溶液出现过热或出现分馏现象,会使测沸点偏高,所以绘出的相图图形向上偏移。2. 为什么工业上常生产95%酒精？只用精馏含水酒精的方法是否可能获得无水酒精？答：因为蒸馏酒精时，酒精-水这个系统生成一个最低恒温混合物，蒸馏所得的产物只能是95%的酒精。不可能。95%时就形成了乙醇-水共沸物，再蒸馏只能蒸出95%的酒精而不是水，因此不能只用精