三组分体系液-液平衡相图测绘

1、三组分体系液-液平衡相图测绘实验目的1.掌握等边三角形坐标表示方法。2.学习测绘室温下乙酸正丁酯-水-乙醇三组分体系的液-液平衡相图基本原理三组分体系的组成可用等边三角形坐标图表示。设以等边三角形三个顶点分别代表三个纯组分A、B和C。则AB线上各点代表 A和B组分的混合体系，AC线上各点代表 A和C 组成的混合体系，BC线上各点代表B和C组成的混合体系。将三角形每条边等分为 100等 分，每份表示质量分数 0.01。按逆时针的方向，每边表示一个组分含量的坐标，构成等边三 角形坐标（如图 S4 -所示）。若通过三角形内任何一点 0，引平行于各边的 直线。根据几何原理得：a+b+c=AB =BC

2、=CA =1a+b + c = AB =BC =CA =1owcA *此 0030 4 OJJ 03 IjO*因此，0点所代表三组分体系的组成可由abc线段的长度表示。若要确定0点所代表体系中B 的质量分数，只需通过0点作顶点B对边AC的平图S4-1等边三角形座标行线，割BC边于D点，CD线段长即相当于 B组分的质量分数。其余组分可类推。如果已 知某三组分体系中两组分的质量分数，只需在代表此二组分浓度坐标的两条边上找到相应含量的点，通过这两个点分别作代表这二组分的顶点 所对边的平行线，它们的交点就是代表具有此组成 体系的点。等边三角形坐标有两个性质:（1）通过任一顶点 B相其对边引直线 BD

3、, 则BD上的各点所代表的体系中 A、C两组分含量 之比相等（见图S4-）。此性质可由三角形相似定 理证明。a aWaPMccwC（2）如果有两个三组分体系 M和P,将其混合后，混合体系组成位于MP线上（见图S4H3）。若混合体系组成可用 0点表示，则根据杠杆规则：p之量 OMM之量 OP图S4-3二角形座标性质（二）C水Wc图S4-4 一对部分互溶液-液平衡相图wC乙酸正丁酯wC水在乙酸正丁酯-乙醇-水三组分体系中，乙酸正 丁酯与水是部分互溶的 （实际互溶度很小），而乙醇 和乙酸正丁酯、乙醇和水都是完全互溶的，此类体 系称为一对部分互溶的三组分体系。若有一乙酸正 丁酯-水二组分体系，其组成为

4、 K （见图S4 -）o此 体系在一定温度下两个液相达到溶解平衡，由于水、乙酸正丁酯互溶度很小，它们的组成接近纯乙酸正 丁酯、纯水。当在此体系中加入乙醇时，体系的总 组成沿BK线移至N点。此时乙醇溶于水层、乙酸 正丁酯层，同时乙醇促使乙酸正丁酯水互溶，故此体系形成两个三组分液相间的平衡， 此两个液相组成是 不同的。若分别用a、b两点表示平衡共存两个液相， 此两点的连线称为系线，这两个相互平衡的溶液称为 共轭溶液。代表液-液平衡体系中所有共轭溶液相组 成点的连线称为溶解度曲线（如图S4Y中曲线）。曲线以内区域为两相共存区，其余部分为一相区。此图称为一对部分互溶的三组分体系液-液平衡相图。由于乙酸

5、正丁酯与乙醇完全互溶，故它们混合构成的溶液都是清澈的。若把水滴入组成为Q的乙酸正丁酯-乙醇溶液中，体系组成将沿 QC线由Q向C 移动（见图 54）。当达到溶解度曲线时，体系由 均相变为两相，外观上由清变浊。因此，当水滴入 乙酸正丁酯-乙醇溶液，达到体系恰由清变浊时， 此 三组分体系的组成为溶解度曲线上的一个点。故向 不同浓度的乙酸正丁酯 -乙醇溶液中滴水及向不同 浓度的水-乙醇溶液中滴乙酸正丁酯， 分别得到由清 变浊时各体系的组成，在三角坐标上找出相应的点， 即可画出溶解度曲线。图S4-5系线的绘制若配制已知浓度的三组分两相平衡体系H,其共轭水层的组成 G未知。当把已知组成的乙酸正丁酯-乙醇溶

6、液E滴入由体系H中分出的已知质量的共轭水层中，此新体系总浓度由 G点向E点移动，进入两相区（浑浊）。滴至F点时体系由浊变清（见图 SA）。若此三角坐标用质 量分数表示，则原共轭水层 G的质量 mG与滴至体系由浊变清时加入的浓度为E的乙酸正丁酯-乙醇溶液的质量mK之间有如下关系：mE FGmG EF在实验中用天平称出 mG与mE ,然后由E点出发作溶解度线的割线EFG，使EF与FG之比符合上述关系，则可找到G点，得到共轭水层的组成。将 G点与H点连线并延长至与溶解度曲线交点I，此点代表共轭乙酸正丁酯层的组成。GI为一条系线（见图 S4七）。因为溶解度与温度有关，所以相图中应注明实验时的室温（即实

7、验温度）仪器、药品和其他材料仪器：酸式滴定管（ 锥形分液漏斗（50 mL）25 mL） 2 支、吸量管（5 mL） 1 1个、滴管、分析天平（300 g ,支、具塞锥形瓶（50 mL ） 10个, 0.01 g）、洗耳球。药品：乙酸正丁酯（AR ）、无水乙醇（AR ）、水实验步骤2.70mL,水4.00 mL ,用吸量管1. 在干燥的分液漏斗中用滴定管准确加入乙酸正丁酯 加入乙醇1.80 mL。充分摇荡使其达到相平衡，静置分层。2. 取8个干燥的具塞锥形瓶，按照记录表格中规定的体积用滴定管及吸量管配不同浓 度的水-乙醇溶液，及不同浓度的乙酸正丁酯-乙醇溶液。3. 用滴定管向水及配好的水-乙醇溶

8、液中滴乙酸正丁酯，滴至清液变浊，记录每种溶液 中滴乙酸正丁酯的体积。用滴定管向乙醇及配好的乙酸正丁酯-乙醇溶液中滴水，滴至清液变浊，记录每种溶液中滴水的体积。滴定时必须充分摇荡，同时注意动作迅速，尽量避免由于乙酸正丁酯、乙醇的挥发引入误差。（此步操作可用细滴管逐滴加入乙酸正丁酯或水，滴至清液变浊，依减差称质量测得滴入的乙酸正丁酯或水的质量。）4. 用移液管取5.00 mL乙醇放入干燥的具塞锥形瓶（50 mL、中。再在此瓶中用滴定管 加入8.50 mL乙酸正丁酯。配成乙酸正丁酯 -乙醇溶液。5.在一个已准确称质量的干燥的50 mL具塞锥形瓶中，放入步骤 1准备好的分液漏斗中的下层（即水层）溶液约

9、 1m L。盖好并准确称其质量。然后用干燥的滴管逐滴加入步骤 4准备好的乙酸正丁酯-乙醇溶液，不断摇荡，滴至由浊变清，再称其质量。6.读取室温和大气压力。室温： C大气压力:数据记录和处理溶液编号体积/ mL质量/ g质量分数乙酸正丁酯水乙醇乙酸正丁酯水乙醇合计乙酸正丁酯水乙醇15.000.00210.003.2030.902.8541.702.55溶解度曲线测绘记录kPa52.502.1062.801.6074.001.0085.000.00系线测绘记录项目体积/ mL质量/ g质量分数乙酸正丁酯-乙醇溶液乙酸正丁酯8.50乙醇5.00共轭溶液体系乙酸正丁酯2.70水4.00乙醇1.80空瓶

10、质量/ g加水层后质量/ g滴至终点后质量/ g水层质量mG/ g滴入乙酸正丁酯-乙醇溶液的质量mE / gmE : mG1.将各溶液滴定终点时各组分的体积，根据它们在实验温度下的密度（查附表）换算 为质量（直接称质量测定时此步省略），求出各溶液滴定终点时的质量分数。将所得结果绘于三角坐标纸上，将各点连成平滑曲线。2.在三角形坐标上定出质量分数为0.66的乙酸正丁酯-乙醇溶液组成点 E,过E作溶解度曲线的割线EG,割曲线于F、G点，使FG / EF = mE / mG。求得G点后，与共轭平衡 体系总组成点H连接直线，并延长至与曲线再交于I点，IG线即为所求系线。思考题1.本实验所用的滴定管（盛

11、乙酸正丁酯的）、锥形瓶、分液漏斗、移液管、滴管等为什么必须干燥？2.测绘溶解度曲线时，若配溶液所取体积不恰等于记录表所示数值，对测绘得溶解度曲线的准确性有没有影响？记录表中规定的数值是根据什么原则确定的？配溶液时读取所用的各组分体积不准确将会带来什么影响？3.当体系总组成在溶解度曲线上方及下方时，二体系的相数有什么不同？在本实验中 是如何判断体系总组成正处于溶解度曲线上的？此时为几相？4.温度升高，此三组分体系的溶解度曲线会发生什么样的变化？在本实验操作中应注 意哪些问题，以防止温度变化而影响实验的准确性？5. 测绘系线时，如何保证取得真正的在室温下达到相平衡的共轭水层？你认为用什么 办法可以

12、检验液-液两相体系达到平衡？6. 从测量的精确度判断，体系的质量分数浓度应取几位有效数字?实验学时：三学时。附表6某些液体的密度P/(g?cm-3)= A + B (t / C) + C (t / C)2 + d (t / C)3式中P为密度，t为摄氏温度。各种液体的 A、B、C、D常数值如下表所列:物质分子式AB?103C ?106QD ?109温度范围/ C正庚烷C7H160.70048-0.84760.1880-5.230-100环己烷C6H120.79707-0.8879-0.9721.550-65苯C6H60.90005-1.0636-0.0376-2.21311- 72甲苯C7H8

13、0.88412-0.922480.0152-4.2230-99乙醇C2H5OH0.80625-0.84610.160-正丙醇C3H7OH0.8201-0.81831.08-16.50-100正丁醇C4H9OH0.82390-0.699-0.32-0-47甘油C3H8O31.2727-0.5506-1.0161.2700-280丙酮C3H6O0.81248-1.100-0.858-0-50乙醚C4H10O0.73629-1.1138-1.237-0-70乙酸CH3COOH1.0724-1.12290.0058-2.09-100乙酸甲酯C3H6O20.95932-1.2710-0.405-6.090-100丙酸甲酯C4H8O20.92454-1.168-1.95200-40乙酸正丁酯C6H12O20.90106-0.001021.59921-0.164410-90