实验5 双液系的气液平衡相图

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1、实验五双液系的气液平衡相图【摘要】本实验根据温度一定时物质的折光率与其浓度的对应关系，利用折射仪测定不同比例互溶的水——正丙醇双液系沸腾时气相和液相的组成，绘制双液系的平衡相图，从而得到体系的最低恒沸点。【Abstract】Accordingtothecorrespondingrelationshipbetweenconcentrationandrefractiveindexofthematterinthecertaintemperature,inthisexperiment,weusetherefractometertomeasurethemakes-upo

2、fthewater---CH3CH2CH2OHbi-liquidsystemattheirboilingpoint.Drawthebi-liquidsystemequilibriumphase-graphandfindthelowestconstantboilingpoint.【关键词】双液系气液平衡相图最低恒沸点【Keywords】bi-liquidsystemgas-liquidequilibriumphase-graphlowestconstantboilingpoint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

3、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。二、预习要求：1、了解绘制双液系相图的基本原理。2、了解阿贝折射仪的使用方法。3、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

4、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

5、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

6、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

7、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-0.0004，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±0.2℃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作曲线上找出未知溶液的浓度与组成。沸点仪的构造及沸点的测定：图5-4沸点仪A-盛液容器；B-测量温

8、度计；C-小玻管；D-小球；E-电热丝