双液系的气—液平衡相图
物理化学实验报告 2010-05-09 18:33:20 阅读147 评论0 字号：大中小 订阅 一、实验目的
1．绘制在Pθ下环己环—乙醇双液系的气—液平衡相图，了解相图和像律的基本概念； 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组成的方法。
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。
在一般情况下，双液系蒸馏时气相组成和液相组成不相同。
折光率是物质的一个特征数值，溶液的折光率与组成有关，因此，测定一系列已知浓度溶液折光率，作出在一定温度下该溶液的折光率——组成工作曲线，就可按内描法得到这种未知溶液的组成。
物质的折光率与温度有关，温度系数大多数为－0.0004K－1。将双液系的沸点对气相、液相组成作图，称双液平衡相图。
三、仪器和试剂
沸点测定仪 1只 丙醇（分析纯）
水银温度计（50~100℃，分度值0.1℃） 1支 玻璃漏斗（直径5cm） 1只
玻璃温度计（0~100℃，分度值1℃） 1支 称量瓶（高型） 10只
调压变压器（0.5kVA） 1只 长滴管 10支
数字式Abbbe折光仪（棱镜恒温） 1台 带玻璃磨口塞试管（5mL） 4支
超级恒温水浴 1台 烧杯（50Ml，250M） 各1支
环己烷（分析纯） 重蒸馏水 无水乙醇（分析纯） 冰 四、实验步骤 一、工作曲线绘制 1．配制环己烷摩尔分数为0.10,0.20,0.30,0.40,0.50,0.60,0.70,0.80和0.90的环己烷—乙醇溶液各10mL。计算所需环己烷和乙醇的质量，并用分析天平准确称取。为避免样品挥发带来的误差，称量应尽可能迅速。各个溶液的确切组成可按实际称样结果精确计算。
2．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某一定值。分别测定上述9个溶液以及乙醇和环己烷的折光率。为适应季节的变化，可选择若干个温度进行测定，通常可为25℃，35℃等。
3．用较大的坐标纸绘制若干条不同温度下的折光率—组成工作曲线。 二、安装沸点仪
根据图7—4所示，将已洗净、干燥的沸点仪安装好。检查带温度计的软木塞是否塞紧。电热丝要靠近烧瓶底部的中心。温度计水银球的位置应处在支管之下，但至少要高于电热丝2cm。
图Ⅱ—5—2 三、测定无水乙醇的沸点
借助玻璃漏斗由支管加入无水乙醇使液面达到温度计水银球的中部。注意电热丝应完全浸没于溶液中。打开冷却水，接通电源。用调压变压器由零开始逐渐加大电压，使溶液缓慢加热。液体沸腾后，再调节电压和冷却水流量，使蒸气在冷凝管中回流的高度保持在1.5cm左右。测温温度计的读数稳定后应再维持3~5min一使体系达到平衡。在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶。记下温度计的读数和露茎温度，并记录大气压力。 四、取样并测定
切段电源，停止加热。用盛有冰水的250mL烧杯套在沸点仪底部使体系冷却。用干燥滴管自冷凝管口伸入小球，吸取其中全部冷凝液。用另一支干燥滴管由支管吸取圆底烧瓶内的溶液约1mL。上述两者即可认为是体系平衡时气、液两相的样品。样品可以分别储存在带磨口的试管中。试管应放在盛有冰水的小烧杯内，以防样品挥发。样品的转移要迅速，并应尽早测定其折光率。操作熟练后，也可将样品直接滴在折光仪毛玻璃上进行测定。最后，将溶液倒入指定的储液瓶。
五、系列环己烷—乙醇溶液以及环己烷的测定
按上述所述步骤逐一分别测定个溶液的沸点及两相样品的折光率。如操作正确，系列溶液可回收供其他同学使用；测定后沸点仪也不必干燥。 测定环己烷前，必须将沸点仪洗净并充分干燥。 六、用所测实验原始数据绘制沸点—组成草图，于文献值比较后决定是否有必要重新测定某些数据。
五、数据记录与处理 一、沸点温度校正 1．正常沸点
在Pθ下测得的沸点称为正常沸点。通常外界压力并不恰好等于101.325kPa，因此，应对实验测得值作压力校正。校正公式系从特鲁顿规则及克劳修斯—克啦贝龙方程推导而得。 △t压/℃=（273.15+tA/℃）/10*（101325-p/Pa）/101325 2．温度露茎校正
在作精密的温度测量时，需对温度计读数作校正。除了温度计的零点和刻度误差等因素外，还应做露茎校正。这是由于玻璃水银温度计未能完全置于被测体系而引起的。根据玻璃与水银膨胀系数的差异，校正值计算式为： △t露=1。6*10-4h（tA-tB）
式中tB为露茎部位的温度值；h为露出在体系外的水银柱长度，即图图Ⅱ—5—2中温度计的观测值与沸点仪软木塞处温度计读数之差，并以温度差值作为长度单位。 3．经校正后的体系正常沸点应为
△t沸=tA+△t压+△t露
一、实验目的
1．绘制在Pθ下环己环—乙醇双液系的气—液平衡相图，了解相图和像律的基本概念； 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组成的方法。
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。
在一般情况下，双液系蒸馏时气相组成和液相组成不相同。
折光率是物质的一个特征数值，溶液的折光率与组成有关，因此，测定一系列已知浓度溶液折光率，作出在一定温度下该溶液的折光率——组成工作曲线，就可按内描法得到这种未知溶液的组成。
物质的折光率与温度有关，温度系数大多数为－0.0004K－1。将双液系的沸点对气相、液相组成作图，称双液平衡相图。
三、仪器和试剂
沸点测定仪 1只 丙醇（分析纯）
水银温度计（50~100℃，分度值0.1℃） 1支 玻璃漏斗（直径5cm） 1只
玻璃温度计（0~100℃，分度值1℃） 1支 称量瓶（高型） 10只
调压变压器（0.5kVA） 1只 长滴管 10支
数字式Abbbe折光仪（棱镜恒温） 1台 带玻璃磨口塞试管（5mL） 4支
超级恒温水浴 1台 烧杯（50Ml，250M） 各1支
环己烷（分析纯） 重蒸馏水 无水乙醇（分析纯） 冰 四、实验步骤 一、工作曲线绘制 1．配制环己烷摩尔分数为0.10,0.20,0.30,0.40,0.50,0.60,0.70,0.80和0.90的环己烷—乙醇溶液各10mL。计算所需环己烷和乙醇的质量，并用分析天平准确称取。为避免样品挥发带来的误差，称量应尽可能迅速。各个溶液的确切组成可按实际称样结果精确计算。
2．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某一定值。分别测定上述9个溶液以及乙醇和环己烷的折光率。为适应季节的变化，可选择若干个温度进行测定，通常可为25℃，35℃等。
3．用较大的坐标纸绘制若干条不同温度下的折光率—组成工作曲线。 二、安装沸点仪
根据图7—4所示，将已洗净、干燥的沸点仪安装好。检查带温度计的软木塞是否塞紧。电热丝要靠近烧瓶底部的中心。温度计水银球的位置应处在支管之下，但至少要高于电热丝2cm。
图Ⅱ—5—2 三、测定无水乙醇的沸点
借助玻璃漏斗由支管加入无水乙醇使液面达到温度计水银球的中部。注意电热丝应完全浸没于溶液中。打开冷却水，接通电源。用调压变压器由零开始逐渐加大电压，使溶液缓慢加热。液体沸腾后，再调节电压和冷却水流量，使蒸气在冷凝管中回流的高度保持在1.5cm左右。测温温度计的读数稳定后应再维持3~5min一使体系达到平衡。在这过程中，不时将小球中
凝聚的液体倾入烧瓶。记下温度计的读数和露茎温度，并记录大气压力。 四、取样并测定
切段电源，停止加热。用盛有冰水的250mL烧杯套在沸点仪底部使体系冷却。用干燥滴管自冷凝管口伸入小球，吸取其中全部冷凝液。用另一支干燥滴管由支管吸取圆底烧瓶内的溶液约1mL。上述两者即可认为是体系平衡时气、液两相的样品。样品可以分别储存在带磨口的试管中。试管应放在盛有冰水的小烧杯内，以防样品挥发。样品的转移要迅速，并应尽早测定其折光率。操作熟练后，也可将样品直接滴在折光仪毛玻璃上进行测定。最后，将溶液倒入指定的储液瓶。
五、系列环己烷—乙醇溶液以及环己烷的测定
按上述所述步骤逐一分别测定个溶液的沸点及两相样品的折光率。如操作正确，系列溶液可回收供其他同学使用；测定后沸点仪也不必干燥。 测定环己烷前，必须将沸点仪洗净并充分干燥。 六、用所测实验原始数据绘制沸点—组成草图，于文献值比较后决定是否有必要重新测定某些数据。
五、数据记录与处理 一、沸点温度校正 1．正常沸点
在Pθ下测得的沸点称为正常沸点。通常外界压力并不恰好等于101.325kPa，因此，应对实验测得值作压力校正。校正公式系从特鲁顿规则及克劳修斯—克啦贝龙方程推导而得。 △t压/℃=（273.15+tA/℃）/10*（101325-p/Pa）/101325 2．温度露茎校正
在作精密的温度测量时，需对温度计读数作校正。除了温度计的零点和刻度误差等因素外，还应做露茎校正。这是由于玻璃水银温度计未能完全置于被测体系而引起的。根据玻璃与水银膨胀系数的差异，校正值计算式为： △t露=1。6*10-4h（tA-tB）
式中tB为露茎部位的温度值；h为露出在体系外的水银柱长度，即图图Ⅱ—5—2中温度计的观测值与沸点仪软木塞处温度计读数之差，并以温度差值作为长度单位。 3．经校正后的体系正常沸点应为
△t沸=tA+△t压+△t露
4．根据乙醇和环己烷的沸点判断是否需对温度计读数之差值作为长度单位。 乙醇 温度 气相 液相 标准 35 351.15 30 5 345.25 25 10 343.95 20 15 337.35 15 20 337.65 10 25 336.25 1．405 5 30 336.95 1．413 1．412 0 35 341.95 1．420 1．420 环己烷 0 1．3676 1．3845 1．3978 1．3645 1．3983 1．3611 1．3735 1．420 1．3676 1．363 1．3676 1．368 1．3725 1．3828 1．391 1．3734 1．3820 1．3885 1．401