二组分完全互溶双液系气-液平衡相图.docx

装 订 线实验报课程名称： 大学化学实验（P） 姓名： 华佳益 学号：3120102375成绩：_ 实验名称： 二组分完全互溶双液系气-液平衡相图 实验类型： 物性测试 【实验目的】1. 学习测定气-液平衡数据及绘制二组分系统相图的方法，加深理解相律和相图等概念。 2. 掌握正确测量纯液体和液体混合物沸点的方法。3. 熟悉阿贝折光仪的原理及操作，熟练掌握超级恒温超的使用和液体折射率的测定。4. 了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。【实验原理】两种液态物质若能以任意比例混合，则称为二组分完全互溶液态混合物系统。当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时就会沸腾，此时的温度就是沸点。在一定外压下，纯液体的沸点有确定值，通常说的液体沸点指101.3kPa下的沸点。对于完全互溶的混合物系统，沸点不仅与外压有关，还与系统的组成有关。在一定压力下，二组分完全互溶液态混合物系统的沸点与组成的关系可分为三类：（1）液态混合物的沸点介于两纯组分的沸点之间，如苯-甲苯系统；（2）液态混合物有沸点极大值，如丙酮-氯仿系统；（3）液态混合物有沸点极小值，如水-乙醇系统、苯-乙醇系统。对于第（1）类，在系统处于沸点时，气液两相的组成不相同，可以通过精馏使系统的两个组分完全分离。第（2）、（3）类是由实际系统与拉乌尔定律产生严重偏差导致。正偏差很大的系统，如第（3）类，在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时，如第（2）类，则会出现极大值。相图中出现极致的那一点，称为恒沸点，恒沸点温度和组成都是非常重要的平衡数据。具有恒沸点组成的二组分混合物，在蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，整个蒸馏过程中沸点恒定不变，因此称为恒沸混合物，如要获得两纯组分，则需采取其他方法。液态混合物组成的分析是相平衡实验的关键。组分分析常采用折射率法、密度法等物理方法和色谱分析法等。本实验采用折射率法。在一定温度下的折射率是物质的一个特征参数，液态混合物的折射率与组成有关，一般呈简单的函数关系。因此，测定一系列已知浓度的液态混合物在某一温度下的折射率，作出该液态混合物的折射率-组成工作曲线，根据未知液态混合物的折射率值，可按内插法得到这种未知液态混合物的组成。折射率是温度的函数，测定时必须严格控制温度。本实验采用配置超级恒温槽的阿贝折光仪来测量平衡气、液相的组成。【试剂与仪器】仪器 沸点仪、阿贝折光仪、超级恒温槽、电子天平各1台；调压变压器1只；温度计（50100，1/10）1支；普通温度计（1100）1支；250mL烧杯1只；针筒2只；电吹风1只；滴管若干只；擦镜纸。 试剂 环己烷（AR）；无水乙醇（AR）。【实验步骤】1. 制作环己烷-乙醇液态混合物的折射率-组成工作曲线（实验室完成）。2. 安装沸点仪：将干燥的沸点仪安装好，检查带有温度计的软木塞是否塞紧及温度计的位置。加热用的电热丝要靠近容器底部的中心。3. 测定沸点：自液体取样口加入乙醇20025mL，开冷却水，接通电源，缓慢加热，使沸腾时玻璃提升管喷溢的沸腾液能不断冲在水银球上，且蒸气能在冷凝管中凝聚。如此沸腾一段时间，使冷凝液不断淋洗小球中的液体，知道温度计读数稳定为止。分别记录温度计和辅助温度计的读数。4. 取样分析：切断电源，停止加热，用250mL烧杯盛冷水套在沸点仪底部，冷却容器内液体，用干燥管吸取蒸汽冷凝液和残留液，供测定折射光率用。5. 测定折射率：调节通入阿贝折光仪的超级恒温槽水温与制作工作曲线的温度一致（30.0），然后分别测定蒸汽冷凝液和残留液的折射率。每个样品要平行测定3次折射率值。测毕后由加料口逐次加入1mL、3mL、3mL、5mL、环己烷，重复试验，分别测定其沸点和折射率，至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止，停止加入环己烷。6. 然后将沸腾夜混合物倒入回收瓶中，吹干仪器，再加入30mL环己烷。如前操作，不过逐次加入0.2mL、0.3mL、0.5mL、1mL、1mL、3mL、3mL、直至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止。*本次试验步骤6由同组成员完成【数据记录与处理】室温：27.1，大气压：101kPa。1. 25mL乙醇中加入环己烷实验。温度计露茎校正（测量温度计至52以上部分露出）。校正公式t = t1 + 0.000156 h（ t1- t2 ）t1为测量温度计读数；t2为辅助温度计读数；h为测量温度计露出部分高度（以表示）h= t1 52； 0.000156为水银相对玻璃的膨胀系数。表1 环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（一）环己烷加入量/mL混合物沸点/辅助温度/校正后沸点/气相（冷凝液）液相（残留液）折射率组成折射率组成078.10 27.8 78.30 1.3576 0.007 1.3576 0.007 175.72 28.5 75.89 1.3645 0.086 1.3594 0.028 370.80 28.5 70.92 1.3832 0.317 1.3646 0.087 368.00 28.3 68.10 1.3896 0.411 1.3679 0.125 566.01 28.0 66.09 1.3952 0.502 1.3691 0.138 565.25 27.8 65.33 1.3966 0.525 1.3834 0.320 764.91 28.0 64.98 1.3971 0.534 1.3890 0.402 764.72 27.7 64.79 1.3980 0.550 1.3941 0.484 764.70 26.9 64.77 1.3982 0.553 1.3972 0.536 764.71 27.1 64.78 1.3983 0.555 1.3998 0.581 2. 30mL环己烷中加入乙醇实验。温度计露茎校正（测量温度计至60以上部分露出）。校正公式t = t1 + 0.000156 （t1-60）（t1- t2）表2 环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（二）乙醇加入量/mL混合物沸点/辅助温度/校正后沸点/气相（冷凝液）液相（残留液）折射率组成折射率组成080.30 27.580.47 1.41990.9931.4201 0.9950.279.60 27.579.76 1.41990.9931.4195 0.9810.377.20 2577.34 1.41850.9591.4192 0.9750.570.30 2470.37 1.40340.6451.4182 0.952166.10 2766.14 1.39950.5811.4158 0.901165.20 2665.23 1.39830.5531.4124 0.825364.70 2864.73 1.39790.5481.4069 0.714364.60 2864.63 1.39740.5381.3990 0.567364.60 2864.63 1.39720.5361.3940 0.4823. 绘制环己烷-乙醇二组分系统的沸点组成图图1环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图4. 根据图1的相图可以得到，环己烷-乙醇二组分系统的恒沸点约为64.78，恒沸混合物的组成为环己烷摩尔分数0.554。5. 文献理论值：恒沸温度为64.90，恒沸组成为0.550组成偏差为0.04,恒沸温度相对误差为| 64.90 64.78 | / 64.90 = 0.18%【分析与讨论】1. 误差分析实验得到的环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图基本符合我们的实验结果，恒沸温度与恒沸组成的偏差很小，可能产生误差的原因有： （1）溶液沸点与外界压强有关，实验测量气压并非标准气压，实验室气压也未进行校正，所以得到的实验结果会存在较小偏差。（2）测量样品折射率过程中，低沸点样品可能有挥发，影响组成判断。（3）使用阿贝折光仪读数时，存在视差对折射率造成影响。（4）取样工具未完全干燥，残余试剂会影响样品组成。2. 实验中需要注意的问题分析（1） 测定折光率时，动作要迅速，以避免样品中易挥发组分损失，确保数据准确。（2）电热丝一定要被溶液浸没后方可通电加热，否则电热丝易烧断，还可能会引起有机物燃烧，所以电压不能过大，加热丝上有小气泡逸出即可。（3）注意一定要先加溶液，再加热，取样时，应注意切断加热丝电源，及时冷却。（4）每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。（5）阿贝折射仪的棱镜不能用硬物触及（如滴管），擦拭棱镜需用擦镜纸。思考题：1. 沸点仪中盛气相冷凝液的小球体积过大或过小，对测量有何影响？ 答：小球的体积过大会导致冷凝液对其淋洗不充分，与烧瓶中进行物质交换的就只有小 球表面的一层液体，深层的液体则无法充分交换，这就导致测量的冷凝液组成并不是实 际组成，或者说在客观上造成了溶液的分馏，给实验结果造成误差；如果小球的体积过 小则会使聚集的冷凝液量较少，测量折射率时不能进行多次测量取平均值，增大了偶然 误差给实验造成的影响。 2. 实验时，若所吸取的气相冷凝液挥发掉了，是否需要重新配制溶液？ 答：不需要重新配制溶液，只需要再次加热混合液让其沸腾，保持一段时间后冷凝液就 会重新产生。 3. 测定纯环己烷或纯乙醇的沸点时，为什么必须将沸点仪吹干，而测定混合物的沸点和 组成时不必将沸点仪进行干燥？ 答：测定纯环己烷或纯乙醇的沸点时，必须保证所测定的体系中不能有任何杂质才能获 得准确的数据，故必须把沸点仪吹干；而测定混合物的沸点和组成时因为每次的加入值 是不准确的，其组成是根据折射率到工作曲线上查得的，故单一组分在系统中的多少是 不影响实验的最终结果的。 4.测定纯组分的沸点时，蒸汽冷凝液和残留液的折射率是否应该相等？若不等，说明什 么问题？应怎样处理？ 答：测定纯组分的沸点时，蒸汽冷凝液和残留液的折射率应该相等。若不等，则说明该 组分不是严格的纯组分，其中混有杂质。出现这种情况，一般有两种可能性：沸点仪 没有吹干，内壁附有杂质，若是这种情况则把沸点仪吹干后再测定一次即可；若再次 测定时二者的折射率还是不相等，则说明试剂本身不纯，需要更换试剂。 5.该系统用普通蒸馏方法能否同时得到两种纯组分？为什么？ 答：该系统用普通蒸馏方法不能同时得到两种纯组分。因为此系统与Raoult 定律有较大 正偏差，混合液体有恒沸点，在恒沸点时其蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，因 此简单蒸馏时只能获得某一纯组分和恒沸混合物，无法得到两种纯组分。 6.实验过程中，你发现液态混合物的沸点、组成、折射率变化有什么规律？答：只考虑液态混合物即残留液的情况下，从实验数据得到的相图可以看出，一开始随 环己烷在体系中的比例逐渐加大，混合物的沸点从接近纯乙醇沸点的温度逐渐降低，折 射率则从接近纯乙醇折射率的数值持续增大；到达恒沸组成时，沸点降至最低；继续增 加环己烷的比率，混合物的沸点又再升高，不断接近纯环己烷的沸点，折射率则继续增 大，不断接近纯环己烷折射率的数值。 7.为了保证取样分析正确，应注意哪些环节？ 答：为了保证取样分析正确，每次测定时应让混合物沸腾一定的时间，使气相的冷凝液 充分淋洗冷凝液小球；调节冷却水的流速及变压器的电压大小，使冷凝管中的蒸汽高度 保持在1-2cm 左右，测定前应让混合物冷却，包括冷凝管底部的小球也应用适当方法将 其冷却；测定时应动作迅速，避免试样中低沸点成分挥发掉；阿贝折光仪的测量温度应 保持恒定，尽量保证所有的样品在同样的温