实验六 双液系的气—液平衡相图(更新).docVIP

实验六 双液系的气—液平衡相图 一、实验目的 1、绘制在标准压力下乙醇-正丙醇体系的沸点组成图; 2、熟练掌握测定双组分液体沸点的方法及用折光率确定二组分物系组成的方法; 3、掌握超级恒温槽、阿贝折射仪、气压计等仪器的使用方法。 二、实验原理 1、相图 任意两个在常温时为液态的物质混合起来组成的体系称为双液系。两种溶液若能按任意比例进行溶解，称为完全互溶双液系，如环已烷-乙醇、正丙醇-乙醇体系都是完全互溶体系。若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系，例苯-水体系。 在完全互溶双液系中，有一部分能形成理想液态混合物，如苯-甲苯系统，二者的行为均符合拉乌尔定律，但大部分双液系是非理想液态混合物，其行为与拉乌尔定律有偏差。 液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。在一定外压下，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。双液系两相平衡时的气相组成和液相组成并不相同。 通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相和液相的组成作图，所得图形叫双液系的沸点T(或t)-组成(x)图，即T（或t）—x图。它表明了沸点与液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。 在恒定压力下，二组分系统气液达到平衡时，其沸点-组成（t-x）图分三类： (1)混合液的沸点介于A、B二纯组分沸点之间。这类双液系可用分馏法从溶液中分离出两个纯组分。如苯-甲苯系统，此时混合物的行为符合拉乌尔定律或对拉乌尔定律的偏差不大。如图5-1(a)所示。 (2）有最低恒沸点体系，如环已烷-乙醇体系， t—x图上有一个最低点，此点称最低恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大正偏差，如图5-1(b)所示。对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中同时分离出两个纯组分。 (3）有最高恒沸点体系，如氯仿-丙酮体系，t—x图上有一个最高点，此点称最高恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大负偏差，如图5-1(c)所示。对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中同时分离出两个纯组分。 (a) (b) (c) 图5-1 二组分系统的沸点-组成图 本实验选择了乙醇—正丙醇体系，其相图见图5-1(a)。 2、绘制沸点-组成图 原理：如图5-1(a)所示，上面一条线是气相线，下面一条线是液相线，对应于同一沸点温度T下的两曲线上的两个点V，L，气液成平衡时的气相点和液相点，其相应的组成可从横轴上获得。因此如果在恒压下对溶液进行蒸馏，在气液达平衡后，同时测定气相组成、液相组成和溶液的沸点就能绘出t—X图。 二组分完全互溶液系达气液两相平衡时，F=2-2-1=1，当温度恒定时，两相（气相、液相）的组成是恒定的，当体系的总组成一定时，由杠杆规则可知，两相的相对量也是一定的。反之，在一定的实验装置中，利用回流的方法保持气、液二相的相对量一定，则体系温度保持恒定，待两相平衡后，取出两相的样品，分析两相的组成，在沸点-组成图上，找出一对坐标点。改变体系总组成，再如上法找出另一对坐标点，这样测得若干对坐标点（T，X,Y），将所有的气相点连起来，所有的液相点连起来，即得到了t-X图。 3、沸点仪 测定沸点的装置叫沸点测定仪(如图5-2所示)。这是一个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。电流通过浸入溶液中的电阻丝。这样既可减少溶液沸腾时的过热现象,还能防止暴沸。（因为电热丝的粗表面起沸石作用）测定时，温度计水银球要一半在液面下，一半在气相中，以便准确测出平衡温度。用弯头取样管从气相冷凝小槽中取样分析气相组成，用短管从侧磨口取样分析液相组成。 图5-2沸点测定仪 4、混合物的组成分析 本实验不能直接测出气、液相组成，由于乙醇和正丙醇的折射率相差较大且它们液态混合物的折射率与其浓度呈线性关系，而折光率的测定又只需少量样品，所以，可用折光率-组成工作曲线来求得平衡体系的两相组成。阿贝(Abbe)折光仪的原理及使用详见九仪器的使用。 ①先测一系列已知组成的混合物（标准液）的折光率，见表5-1，作n-x的工作曲线。见图5-3。 ②测一系列未知液从2号液-----5号液的沸点及液相、气相的折光率及纯正丙醇的沸点，见表5-2。 ③在工作曲线上查出对应的组成，填入表5-2。 三、仪器和药品 沸点测定仪 1套阿贝折光仪 1台 调压器 1台长短吸管 各5支 超级恒温槽 1台 温度计（0.1℃） 1支