二组分完全互溶系统的气液平衡相图

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1、二组分完全互溶系统的气——液平衡相图周韬摘要：测定了乙醇--环己烷完全互溶系统的气--液平衡相图。在相图上，以环己烷占互溶系统的摩尔含量作为横坐标，以混合物的沸点为纵坐标，分别从分析纯的乙醇出发和分析纯的环己烷出发，制作出完整的混合溶液相图。实验中通过控制压力相等的条件测定相图需要的各项数据，混合物溶液各组分的含量利用折光率不同来确定。实验结果与理论值能够很好的符合。关键词：相律；折射率；沸点。1前言图1文献的工作曲线许新华，王晓岗，刘梅川等人的“双液系气液平衡相图实验的新方法研究”①中讨论了自制工作曲线和引用文献数据的优良，由于实验环境等因素

2、的影响，文献值之间也会有差别，所以文献数据并不能很好地反映真实情况，而自制工作曲线由于溶液配制时会挥发，准确浓度的溶液配制又有难度。另一方面气相测折光率确定组分是，由于气相冷凝液非常少，难以进行平行测定，偶然误差比较大。他们在文献中提到的解决办法是，用气相色谱法是进行微量样品分析。借鉴气相色谱实验定量配制混合样品的方法，比较精确地配制出乙醇－环己烷标准组成溶液。对最后得出的实验数据用Origin处理得到如下的工作曲线（图1）：进行实验时，由于器材和时间的限制，我们采用直接引用文献数据和测定折光率的方式。最后的数据进行温度校正之后作图，得到的工作

3、曲线依然可以很好地和文献相吻合。2实验部分2.1原理两种液态物质若能以任意比例混合，则称为二组分完全互溶混合物系统。当其蒸气压与外压相当时，溶液就会沸腾，此时的温度称为沸点，沸腾的溶液也产生了气相和液相两种相数。在一定压力下，二组分完全互溶混合物系统的沸点可能有三种情况：①混合物的沸点介于两种纯液体的沸点之间，这种混合物，气液两项的组成不同，可以通过精馏使系统的两个组分完全分离开；②混合物有沸点极大值；③混合物有沸点极小值。②、③两种由于实际系统严重偏离了拉乌尔定律，②项负偏差很大，在相图上有沸点极大值，③项的正偏差很大，会产生沸点极小值，后面

4、两种混合物情况，难以用精馏的方式将两种液体分离开②。相律，是研究相平衡的基本规律，表示平衡物系中的自由度数，相数及独立组分数之间的关系。其最普遍的表达式为f=N-R-R’-P+2=C-P+2。N、P分别表示描述体系的物种数和相数。f为自由度数,即保持体系相数及相态不变的情况下,体系可以独立改变的强度变量数。C为组分数,即可以表达平衡体系所有相的最小物种个数③~④。相图是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，其所表示的相的状态是平衡状态。为了确定二组分完全互溶混合物系统的相图，根据上面相律所述，控制溶液的压力，测定在一定要下的沸点和组成

5、，作T（温度）—x（组成）图像。在确定相图之后，对于确定该两种液体的混合物，通过测定沸点可以查看其组成，也可测定其组成了解其在一定温度下的相态。本实验中，在常压下测定物质的沸点，通过折光率来确定混合物气相和液相的组成，即可以作出完整相图。折光率定义：n=c1/c2,其中c表示在不同介质里的光速。物质的折光率因温度或光线波长的不同而改变，透光物质的温度升高，折光率变小；光线的波长越短,折光率越大。作为液体物质纯度的标准，折光率比沸点更为可靠。在蒸馏两种或两种以上的液体混合物且当各组分的沸点彼此接近时，那么就可利用折光率来确定馏分的组成。因为当组分

6、的结构相似和极性，混合物的折光率和物质的量组成之间常呈线性关。2.2实验方法2.2.1主要仪器及药品仪器沸点仪；WAY-2S数字阿贝折光仪；超级恒温槽；调压变压器；温度计（50~100℃，1/10℃）1支；普通温度计（0~100℃）1支；250mL烧杯1只；10mL针筒、1mL针筒各1只；电吹风1只；滴管若干；擦镜布。试剂环己烷（AR）；无水乙醇（AR）。图2沸点仪2.2.2实验方法①安装沸点仪，同时将固定超级恒温槽的温度为30.00℃。沸点仪如图2所示，用乙醇环己烷混合溶液的废液洗涤沸点仪，，用电吹风将仪器内部吹干，如图连接好各部分，从烧瓶的

7、2号口倒入纯乙醇（乙醇要浸没加热丝部分），旋好玻璃塞，接通冷凝水，调节调压变压器对其加热。②测定折光率。待溶液保持沸腾且温度计读数稳定之后，记录主温度计、辅助温度计以及主温度计露出烧瓶处的读数。停止加热，用烧杯盛水冷却烧瓶外表，待冷却至接近室温后，用吹干的滴管分别取残留液（烧瓶中）和冷凝液测定其在30.00℃的折光率，每组折光率平行测定2次。（比较两者之间以及两者与纯环己烷的折光率差别，若三者在误差允许范围内相等，则继续实验）。③用注射器向烧瓶中注射1mL纯环己烷，按上述步骤测定沸点和折光率（包括冷凝液和残留液）。④继续向烧瓶注射3mL、5mL

8、、5mL、7mL…纯环己烷,并按相同方法测定沸点和折光率，直至冷凝液和残留液的折光率在误差允许范围内相等。⑤用废液洗涤装置，电吹风吹干，向烧瓶中加入纯