双液系汽液平衡相图[1]1

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1、双液系汽液平衡相图Vapor_liquidEquilibriaDiagraminDouble-liquidSystem一. 实验目的及要求1. 用回流冷凝法测定一系列不同组成的环己烷与乙醇双液系的沸点，绘出气液平衡相图。绘制在平衡压力（pΘ）下环己烷－乙醇双液系的气－液平衡相图。2. 通过本实验使学生掌握阿贝折光仪的操作方法和沸点测量技术，3. 掌握测定双组分液体的沸点及校正常压沸点的方法。4. 掌握相图的基本知识,了解相图和相律的基本概念二. 实验原理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

2、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。如以苯－甲苯体系为例表明，苯与甲苯这一双液系列基本上接近于理想溶液。然而绝大多数实际体系与拉乌尔（Raoult）定律

3、有一定偏差。偏差不大时，溶液的沸点仍介于两纯物质的沸点之间。但是有些体系的偏差很大，以致其相图将出现极值。正偏差很大的体系在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时则会有极大值。这样的极值称为恒沸点，其气、液两相的组成相同。例如，H2O－HCl体系的最高恒沸点在PӨ时为108.5℃，恒沸物的组成含20.242％。对一多元体系，温度、压力及组成之间存在一定的关系。为研究方便，常固定一个变量来考察其他两个变量间的关系。例如，固定温度，可绘制压力-组成图以获得沸点与气、液组成间的关系。本实验采用固定压力来考察温度与组成之间的关系。气-液平衡时，i组份分在气相（g）和液相（l）中化学位相等，有μ

4、i(g)=μi(l)对于气相和液相,其化学可分别表为μi(g)=μΦi(g)+RTln(Pi/PΦ) (1)μi(l)= μΦi(l)+RTlnαi (2)式中，Pi、αi分别表示为i组分在气相中的分压及液相中的活度；PΦ为标准态压力。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。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。本实验所用的沸点仪如实验录像中所示，这是一只带回流冷凝管的长颈圆底烧瓶。冷凝

5、管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下来的气相样品。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，二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。三. 试剂仪器环己烷（分析纯）；无水乙醇（分析纯）；实验室预先配置环己烷－乙醇系列溶液，以环己烷摩尔分数计大约为0.05，0.15，0.30，0.45，0.55，0.65，0.80，和0.95；玻璃漏斗（直径5cm）一只；称量瓶（高型）10只；

6、长滴管10支；带玻璃磨口塞试管（5ml）4支；烧杯（50ml，100ml）各一只；沸点测定仪一台；超级恒温器一台一只；Abbe折光仪（棱镜恒温）一台；水银温度计（50～100℃，分度值0.1℃）一支；玻璃温度计（0～100℃，分度值1℃）一支；调压变压器（0.5kVA）一台四. 实验步骤1．工作曲线绘制（1）配制环己烷摩尔分数为0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70，0.80，0.90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。（

7、2）调节超级恒温水浴温度，使阿贝折光仪的温度计读数保持在某一定值。测量上述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℃，30℃，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。2．控制超级恒温器水浴温度调节超级恒温水浴温度，使阿贝折光仪的温度计读数保持在某一定值。3．操作沸点仪进行蒸馏（1）将干燥的沸点仪安装好。检查带有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