实验五 双液系的气液平衡相图.doc

实验五 双液系的气液平衡相图20051216一、实验目的与要求:1、用沸点仪测定在一大气压下水——正丙醇双液系的气液平衡相图,确定其最低恒沸点温度及恒沸混合物的组成。2、掌握双组分沸点的测定方法。通过实验进一步理解分馏原理。3、用阿贝折射仪测定液体和蒸气的组成,学会用折光率确定双组分体系的组成。预习要求:了解绘制双液系相图的基本原理。了解阿贝折射仪的使用方法。了解本实验中的注意事项,如何判断气-液两相已达到平衡。三、实验原理:在常温下,两液态物质混合而成的体系称为双液系。两液体若只能在一定比例范围内互相溶解,称为部分互溶双液系,若两液体能以任意比例相互溶解,则称为完全互溶双液系。例如:苯-乙醇体系,正丙醇-水体系,环己烷—乙醇体系都是完全互溶双液系,苯-水体系则是部分互溶双液系。液体的沸点是指液体的蒸气压与外压相等时的温度。在一定的外压下,纯液体的沸点有确定的值。但对于双液系来说,沸点不仅与外压有关,而且还与双液系的组成有关,即与双液系中两种液体的相对含量有关。双液系在蒸馏时具有另一个特点是:在一般情况下,双液系的气相组成和液相组成并不相同。因此原则上有可能用反复蒸馏的方法,使双液系中的两液体互相分离。通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相、液相组成作图,所得图形称为双液系T-x相图,在一定温度下还可画出体系的压力P与组成的P-x关系图。完全互溶双液系在恒定压力下的气液平衡相图可分为三类:如果溶液与拉乌尔定律的偏差不大,在T—x图上,溶液的蒸汽压和沸点介于A,B两纯组分蒸汽压及沸点之间,如甲苯-苯体系(图5-1)所示,为第一类。实际溶液由于A—B两组分的相互影响,常与拉乌尔定律有较大的偏差。在T—X图上可能有最低和最高点出现。如图(5-2)、(5-3)所示。这些点称为恒沸点。其相应的溶液称为恒沸点混合物。恒沸混合物蒸馏所得的气相与液相的组成相同。如:盐酸—水体系具有最高恒沸点,为第二类;正丙醇—水等体系具有最低恒沸点,为第三类。外界压力不同时,同一双液系的相图也不尽相同,所以恒沸点和恒沸点混合物的组成还与外压有关,一般在未注明压力时,通常都指外压为标准大气压的值(1大气压或101325Pa)。图5-1完全互溶体系的一种蒸馏相图图5-2,3完全互溶双液系的另两种类型相图从相律来看,对二组分体系,当压力恒定时,在汽液二相共存区域中,自由度等于1,若温度一定,汽液两相成分也就确定。当总成分一定时,由杠杆原理知,两相的相对量也一定。反之,在一定的实验装置中,利用回流冷凝的方法保持气液两相相对量一定,则体系的温度恒定。此时,取出两相中的样品,用物理方法或化学方法分析两相的成分,可给出在该温度时气液两相平衡成分的坐标点。改变体系的总成分,再如上法可找出另一对坐标点,这样测得若干对坐标后,分别按气相点和液相点连成气相线和液相线,即得双液系的T-X相图。本实验两相中的成分分析均采用折光率法,溶液折光率的测定,请看附录说明书。物质的折光率是一特征数值,它与物质的浓度及温度有关。大多数液态有机化合物的折光率的温度系数为-,因此在测量物质的折光率时要求温度恒定。一般温度控制在±℃时,能从阿贝折射仪上准确测到小数点后4位有效数字。溶液的浓度不同、组成不同折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成,已知浓度的溶液,在恒定温度下测其折光率,作出组成¾¾折光率工作曲线,便可通过测折光率的大小在工