实验二 双液系的气-液平衡相图.doc

实验二双液系的气-液平衡相图

(1) 绘制在pΘ下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图。了解相图和相律的基本概念;
(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。

(1) 气-液相图
两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系。两个组分若能按任意比例互相融解,称为完全双液系。液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度。在一定的外压下,纯液体的沸点有其确定值。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。根据定律
自由度=组分数-相数+2
因此,一个以气-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。例如。在一定温度下,可以画出体系的压力p和组分x的关系图。这就是相图。在T-x相图上,还有温度、液相组成和气相组成三个变量,但只有一个自由度。一旦设定为某个变量,则其他两个变量必有相应的确定值。如下图以苯-甲苯体系为例表明,温度T这一水平线指出了在此温度时处于平衡的液相组分x和气相组分y的相应值。
在恒压下完全互溶双液体系的沸点与组成关系有下列三种情况:溶液沸点介于二纯组分之间,如四氯化碳和环己烷、水和甲醇等构成的二组分液系,见图1,(a),此时溶液行为符合拉乌尔定律或对拉乌尔定律的偏差不大;溶液有最低恒沸点,如环己烷-乙醇、水-乙醇双液系,见图1,(b),此时溶液行为对拉乌尔定律产生较大负偏差;溶液有最高恒沸点,如氯化氢和水、硝酸和水、丙酮和氯仿等构成的双液系,见图1,(c),此时溶液行为对拉乌尔定律产生较大正偏差。
通常,测定一系列不同配比溶液的沸点及气、液两相的组成,就可以绘制气-液体系的相图。压力不同时,双液系相图将略有差异。本实验要求将外压校正到标准压力。
图1 完全互溶双液系的气-液平衡(T-x)相图
图2 沸点测定仪示意图
(2) 沸点测定仪
各种沸点仪的具体构造虽各有特点,但其设计思想则都集中于如何正确测定沸点、便于取样分析、防止过热及避免分馏等方面。。冷凝管底部有一半球形小室,用以收集冷凝下来的气象样品。电流经变压器和粗导线通过浸于溶液中的电热丝。这样既可以减少溶液沸腾时的过热现象,还能防止暴沸。小玻璃管有利于降低周围环境对温度计读数可能造成的波动。
(3) 组成分析
本实验选用的环己烷和乙醇,两者折光率相差颇大,而折光率测定又只需要少量样品,所以,可用折光率-组成工作曲线来测得平衡体系的两相组成。数字式阿贝折光仪的工作原理及使用方法见仪器说明书。

沸点测定装置1套;Abbe折光仪(棱镜恒温)1台;
玻璃水银温度计(50~100℃,℃)1支;
玻璃温度计(0~100℃,分度值1℃)1支;
调压变压器()1台;
超级恒温水浴1台;
烧杯(50ml,100ml) 各一只
长滴管10支
环己烷(分析纯);无水乙醇(分析纯);丙酮(A. R.);镜头纸。
实验室预先配置环己烷-乙醇系列溶液,,,,,,,,。

(1) 工作曲线