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1、8.双液系的气－液平衡相图一.目的要求1.绘制在pø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二.基本原理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。根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。两个组分若能按任意比例互相融解，称为完全互溶双液系。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
2、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p-x相图。在一定压力下，可以画出体系的温度t和组分x的关系图。这就是T-x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。图8.1完全互溶双液系的沸点—组成图1.混合物的沸点介于两种纯组分之间（图8.1(a)）；2.混合物存在着最高沸点（图8.1(b)）；3.混合物存在着最
3、低沸点（图8.1(c).为了测定双液系的T-x图,需在气液平衡后,同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。实验中气液平衡组分的分离是通过沸点仪实现的,而各相组成的准确测定可通过阿贝折光仪测量折射率进行。本实验测定的环己烷-乙醇双液系相图属于具有最低恒沸点的体系。方法是利用沸点仪(图8.2)在大气压下直接测定一系列不同组成混合物的气液平衡温度(沸点),并收集少量气相和液相冷凝液,分别用阿贝折光率仪测定其折射率,根据折射率与标样浓度之间的关系,查得所对应的气相、液相组成。图8.2沸点仪结构图2.沸点测定仪本实验所用沸点仪如图8
4、.2所示.这是一只带回流冷凝管的长颈圆底烧瓶。冷凝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。温度计外套的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。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。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
5、平衡体系中两相的组成。三.仪器与试剂[注意按实际使用的记录]四.试验步骤1.工作曲线绘制(1)调节超级恒温水浴温度在室温5℃以上,以适应季节的变化,但所选温度应易于获得试样的密度数据。环己烷和乙醇分别恒温10min,根据配制混合物所需的体积,用移液管精确量取,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。为避免样品的挥发带来的误差,配制应尽可能迅速。(2)用尽可能短的软管将阿贝折光仪连接在前述调好的恒温水浴上,以保持折光仪棱镜处于恒定温
6、度。测量上述9个溶液以及无水乙醇和纯环己烷的折光率。将两套精密数字温度温差仪的探头同时放入恒温水浴中，测定温度的差值,以其中一套的读数为基准,对另一套精密数字温度温差仪读数进行校正。并作好标记！2.精密数字温度温差仪温度的校正3.安装沸点仪如图8.2所示,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。温度计探头的位置应处在支管之下,但至少要高于电热丝1cm。温度计套管中应加入适量的硅油或液体石蜡,以完全浸没测温探头敏感部分(约2.5～3cm),便于传热。4.分别测定无水乙醇和环己烷的沸点如将
7、第一套沸点仪洗净、烘干，由支管加入无水乙醇使液面达到温度计探头的中部。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,再调节电压大小,使蒸汽在冷凝管中回流的高度保持在1.5～2cm左右。待测温温度计的读数稳定后再维持3～5min以使体系达到平衡。记录温度计和大气压计的读数。采用相同方法用第二套沸点仪测定环己烷的沸点。5.取样并测定切断第一套沸点仪电源,停止加热。从沸点仪的支管处倒出乙醇。由支管加入环己烷摩尔分数为0.05混合物样品使液面达到温度计探头的中部(距探
8、头顶1cm处)。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,再调电压大小,使蒸汽在冷凝管中回流的高度保持在1.5～2cm左右。待测温温度计的读数稳定后,再维持3～5min以使体系达到平衡。记录温度计和大气压
