三组分液—液平衡数据测定.docVIP

实验4 三组分体系液—液平衡数据测定 实验目的 熟悉用三角形相图表示三组分体系组成的方法，掌握用浊点法和平衡釜法测定液— 液平衡数据的原理； 测绘环己烷—水—乙醇三组分体系液—液平衡相图。 实验原理 三角形相图 设等边三角形三个顶点分别代表纯物质A、B和C（图1），则AB、BC和CA三条边分别代表（A+B）、（B+C）和（C+A）三个二组分体系，而三角形内部各点相当于三组分体系。将三角形的每一边分成100等分，通过三角形内部任何一点O引平行于各边的直线a、b和c，根据几何原理,a+b+c=AB=BC=CA=100%，或a`+b`+c` = AB = BC = CA =100%， 因此O点的组成可由a`、b`、c` 表示,即O点所代表的三个组分的%组成为,B%= b`，A%= a` ，C%=c` 。要确定O点的B组成,只需通过O点作出与B的对边AC的平行线,割AB边于D,AD线段长度即相当于B%. 余可类推. 如果已知三组分混合物的任何二个%组成,只须作两条平行线,其交点就是被测体系的组成点。 图1 等边三角形图 等边三角形图还有以下两个特点: 通过任一顶点B向其对边引直线BD, 则BD线上的各点所代表的组成中, A、C 两个组分含量的比值保持不变.这可由三角形相似原理得到证明.即 a`/c` = a‘‘/c‘’= A%/C% = 常数 (2)如果有两个三组分体系D和E,将其混合后,其组成点必位于D、E两点之间的连线上, 例如为O, 根据杠杆规则: E之重/D之重=DO之长/EO之长 环己烷—水—乙醇三组分体系液—液平衡相图测定方法 环己烷—水—乙醇三组分体系中，环己烷与水是不互溶的，而乙醇与水及乙醇与环己烷都是互溶的。在环己烷与水体系中加入乙醇可促使环己烷与水互溶。由于乙醇在环己烷层与水层中非等量分配，代表二层浓度的a，b点连线并不一定和底边平行（见图2）。设加入乙醇后体系的总组成点为c，平衡共存的二相叫共轭溶液，其组成由通过c的直线上的a，b两点表示。图中曲线以下的部分为二相共存区，其余部分为单相（均相）。 (1)液—液分层线的绘制 (a) 浊点法 现有一环己烷与水二组分体系，其组成为K，于其中逐渐加入乙醇，则体系总组成的沿K--B变化（环己烷与水的比例保持不变），当组成点在曲线以下的区域内，体系为互不混溶的两共轭相，震荡时则出现浑浊状态。继续滴加乙醇直到曲线上的d点，体系发生一突变，溶液由二相变为一相，外观由浑浊变清。补加少量乙醇到e点，体系仍为单相。再向溶液中逐渐加入水，体系总组成点将沿e--c变化（环己烷与乙醇的比例保持不变），直到曲线上的f点，体系又发生一突变，溶液由单相变为二相，外观由清变浑浊。补加少量水到g点，体系仍为二相。如于此体系再加入乙醇……可获得h点，如此反复进行。用上述方法可依次得到d、f、h、j……等位于液—液平衡线上的点，将这些点连接即得到一曲线，就是单相区和二相区的分界线----液—液分层线。 图2 滴定路线 (b) 平衡釜法 按一定的比例向一液—液平衡釜中加入环己烷、水和乙醇三组分，恒温下搅拌若干分钟， 静置、恒温和分层。取上下二层清液分析其组成，得第一组平衡数据；再补加乙醇，重复上述步骤，进行第二组平衡数据测定……，由此得到一系列二液相的平衡线（类似图2中，线acb），将各平衡线的端点相连，就获得液—液分层线。平衡釜结构见图3。 图3 液—液平衡釜 结线的绘制 （a）浊点法 根据溶液的清浊变换和杠杆规则计算得到。此法误差较大。（见参考文献4） （b）平衡釜法 由（1）（b）中得到的二液相的平衡线，就是平衡共存二液相组成点的连线----结线。 实验仪器、设备及试剂 液—液平衡釜一台 恒温水浴一台 电磁搅拌器一台 气相色谱仪一台（配色谱工作站） 精密天平一台 常规玻璃仪器：玻璃温度计（0--100℃），酸式滴定管（50ml二支），刻度移液管（1ml，2ml）， 锥形瓶（250ml），注射器（10ml 三支）等 实验试剂：乙醇（分析纯）、环己烷（分析纯）和蒸馏水。 实验操作 1．开启气相色谱仪，调定色谱条件，作好分析准备。 2．浊点法测液—液分层线 用干燥移液管取环己烷2ml，水0.1ml放入250 ml干燥的锥形瓶中（注意不使液滴沾在 瓶内壁上），向二支滴定管分别加入20—30 ml乙醇和水。用滴定管向锥形瓶中缓慢滴加乙醇（边加边摇动锥形瓶），至溶液恰由浊变清时，记下加入乙醇的ml 数。于此溶液中再补加乙醇0.5 ml，再用滴定管向锥形瓶中缓慢滴加水（边加边摇动锥形瓶），至溶液恰由清变浊时，记下加入水的ml 数。按表1所给数字加水……如此反复进行实验，直至表1中10组数据测完。滴定时要充分