发布时间 : 星期日 文章双液系气液平衡相图的绘制（华南师范大学物化实验）更新完毕开始阅读
双液系气-液平衡相图的绘制
一、实验目的
（1）用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成，绘制双液系相图。找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度。
（2）掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的测定方法。
（3）了解阿贝折射计的构造原理，熟悉掌握阿贝折射计的使用方法。
二、实验原理
2.1液体的沸点
液体的沸点是液体饱和蒸汽压和外压相等时的温度，在外压一定时，纯液体的沸点有一个确定值。 2.2双液系的沸点
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。理想的二组分体系在全部浓度范围内符合拉乌尔定律。结构相似、性质相近的组分间可以形成近似的理想体系，这样可以形成简单的T-x（y）图。大多数情况下，曲线将出现或正或负的偏差。当这一偏差足够大时，在T-x（y）曲线上将出现极大点（负偏差）或极小点（正偏差）。这种最高和最低沸点称为恒沸点，所对应的溶液称为恒沸混合物。
恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T－x），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为3类：
（1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯－苯体系，如图1(a)所示。
（2）最大负偏差：存在一个最小蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都小，混合物存在着最高沸点，如盐酸—水体系，如图1(b)所示。
（3）最大正偏差：存在一个最大蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都大，混合物存在着最低沸点，如水-乙醇体系，如图1(c)）所示。
t / oCt / oCtBt / oCtBtAtBxBx'BAtAAtAxB(a)BAxBx'B(c)(b)图1. 二组分真实液态混合物气—液平衡相图（T-x图）
考虑综合因素，实验选择具有最低恒沸点的乙醇-乙酸乙酯双液系。根据相平衡原理，对二组分体系，当压力恒定时，在气液平衡两相区，体系的自由度为1。若温度一定时，则气液亮相的组成也随之而定。当溶液组成一定时，根据杠
杆原理，两相的相对量也一定。反之，实验中利用回流的方法保持气液两相的相对量一定，则体系的温度也随之而定。 2.3沸点测定仪
沸点测定仪利用回流的方法保持气液两相相对量一定，测量体系温度不发生改变时，即两相平衡后，取出两相的样品，用阿贝折射计测定气液平衡气相、液相的折射率，再通过预先测定的折射率-组成工作曲线来确定平衡时气相、液相的组成（即该温度下气液两相平衡成分的坐标点）。改变体系总成分，再如上法找出另一对坐标点。这样得若干对坐标点后，分别按气相点和液相点连成气相线和液相线，即得T-x平衡图。
三、实验步骤
3.1乙醇-乙酸乙酯溶液的折射率组成工作曲线的测绘 3.1.1折射率-体积分数工作曲线。
对于乙醇-乙酸乙酯等部分有机液体混合体系，当使用体积分数（φ）表示时，能得到直线的工作曲线，故只要分别准确测出25℃时纯乙醇、乙酸乙酯的折射率，将其连成直线，就得到3.1.2折射率-摩尔分数工作曲线。
工作曲线（n-V）。
在线上取8个点，利用乙醇、乙酸乙酯的密度合量比（%）等
条件将以上点对应体积分数换算成摩尔分数，按对应的折射率重新绘点，再将点连成平滑曲线，即为3.2沸点仪的安装
将沸点仪洗净、烘干。检查带温度计的软木塞是否塞紧、电热丝是否靠近容
器底部的中心，温度计的水银球位置是否合适。 3.3样品的测定 3.3.1溶液的配制
粗略配制乙醇体积分数为5%、10%、15%、22%、38%、50%、70%、90%组成的乙醇-乙酸乙酯溶液。 3.3.2沸点的测定
自侧管假如索要测定的溶液（约20mL），其页面应在水银球的中部。打开冷凝水，接上电源，用调压变压器调节电压（约12V），将液体缓慢加热使液体沸腾，最初在冷凝管下端内的液体不能代表平衡气相的组成，为加速达到平衡，可以等小槽中气相冷凝液体收集满后，调节冷凝管的三通阀门，使冷凝液体流回圆
工作曲线（n-x）。
底烧瓶，重复三次，直到温度计上的读数稳定数分钟，记录温度计的读数，同时读出环境的温度；算出露茎温度，以便进行温度校正，并读出室内大气压力。 3.3.3取样
切断电源，停止加热，在冷凝管三通小槽处放置一个标有相应浓度记号的尾接小试管，并调节冷凝管的三通阀门，使冷凝液体不再流回至圆底烧瓶，而是流入尾接小试管中，并立即塞紧，防止其挥发；再用另一支干燥胶头滴管，从侧管处吸取容器中的溶液约1~2mL，转移到另一个小试管，也立即塞紧，两支小试管置于盛有冷水的小烧杯中保持待测，以防组分改变。在样品的转移过程中动作要迅速而仔细。并应尽早测定样品的折射率，不宜久藏。当沸点仪内液体冷却后，将该溶液自侧管倒入到指定的回收瓶中，再换另一浓度的双液体系溶液测定。 3.3.4折射率的测定
分别测定上面取的气相和液相样品的折射率。每次加样要测读两次，若读得的两个数值很接近，则取其平均值。每次加样前测量之前，必须先将折光仪的棱镜面洗净，方法是用数滴挥发性溶剂（如丙酮）淋洗，再用擦镜纸轻轻擦去残留在镜面上的溶剂，阿贝折射计在使用完毕后也必须将镜面处理干净。 3.3.5平衡气相和液相组成的测定
根据气相折射率的数据，在工作曲线n-x上分别查出平衡气相和液相的组成（x）。按上述步骤，本别测定乙醇和乙酸乙酯的沸点，以及各溶液的沸点和平衡时气相和液相的组成。
四、数据处理
4.1溶液沸点的校正
（1）由于温度计的水银未全部浸入待测温度的区域内而需进行露茎校正。
Δt露茎=Kh（t观-t环）
式中，K=0.00016，是水银对玻璃的相对膨胀系数；h为露出于被测体系之外的水银柱长度，称露茎高度，以温度差值表示；t观为测量温度计上的读数；t环为环境温度，可用辅助温度计读出，其水银球置于测量温度计露茎的中部。露茎校正后：t沸=t观+Δt露茎。
乙醇体积分数编号 h/℃ t观/℃ t环/℃ Δt露茎/℃ t沸/℃
/%
79.63 1 100 72.1 79.0 24.0 0.63
77.91 2 90 70.4 77.3 23.5 0.61
75.36 3 70 67.9 74.8 23.5 0.56
73.63 4 50 66.2 73.1 23.5 0.53
73.22 5 38 65.8 72.7 23.5 0.52
73.22 6 22 65.8 72.7 23.5 0.52
73.62 7 15 66.2 73.1 23.8 0.52
74.75 8 10 67.3 74.2 23.5 0.55
76.27 9 5 68.8 75.7 23.8 0.57
78.00 10 0 70.5 77.4 24.0 0.60
表1.露茎校正数据记录
（2）溶液的沸点与大气压有关，应用特鲁顿规则及克劳修斯-克拉贝龙公式可得溶液沸点因大气压变动的近似校正公式。
式中，ΔT是沸点的压力校正值；T沸是溶液的沸点（均用热力学温度表示）；p是测定时的大气压，mmHg（1mmHg=133.32Pa）。
若用摄氏温标，Δt压表示沸点的压力校正值，则Δt压=Δt，由此，在1atm（1atm=101325Pa）下的溶液正常沸点为
t正常=t沸+Δt压
乙醇体积
p/mmHg 编号 t沸/℃ t沸/K ΔT/K t正常/℃
分数/%
79.63 352.78 79.01 1 100 773.25 -0.62 77.91 351.06 77.30 2 90 773.25 -0.61 75.36 348.51 74.75 3 70 773.25 -0.61 73.63 346.78 73.03 4 50 773.25 -0.60 73.22 346.37 72.62 5 38 773.25 -0.60 73.22 346.37 72.62 6 22 773.25 -0.60 73.62 346.77 73.02 7 15 773.25 -0.60 74.75 347.90 74.14 8 10 773.25 -0.61 76.27 349.42 75.66 9 5 773.25 -0.61 78.00 351.15 77.39 10 0 773.25 -0.61
表2.沸点的压力校正 4.2乙醇-乙酸乙酯溶液的折射率组成工作曲线的绘制
室温下，测得纯乙醇的折射率为1.36211.3728
。
，纯乙酸乙酯的折射率为