实验四汽液平衡数据的测定一、实验目的1、了解二元体系汽液相.doc

实验四 汽液平衡数据的测定 实验目的 了解二元体系汽液相平衡数据的测定原理与方法，掌握改进汽液平衡釜的使用方法，测定大气压力下乙醇（1）--环己烷（2）体系 T - P -xi -yi 数据。 利用实验数据确定液相组分的活度系数与组成关系式中的端值常数； 对实验数据进行热力学一致性校核。 实验原理 测定汽液平衡组成x、y和平衡温度（或平衡压力），以求活度系数γ 汽液平衡数据实验测定是在一定温度压力下，在已建立汽液相平衡的体系中,分别取出汽相和液相样品，测定其浓度。本实验采用的是广泛使用的循环釜法。所测定的体系为乙醇（1）—环己烷（2）,样品分析采用折光法。常压下，气相可视为理想气体，再忽略压力对液体逸度的影响，fi=pi0，从而得出低压下汽-液平衡关系为： 式中，p——体系压力（总压）； pi0——纯组分i在平衡温度下饱和蒸汽压，可用安托尼（Antoine）公 式计算； xi、yi——分别为组分i在液相和气相中的摩尔分率； γi——组分i的活度系数。 由实验测得等压下气液平衡数据，则可用下式计算出不同组成下的活度系数。 一种方法是在恒温条件（即p0一定，为什么？）下，测定系统的压力p和汽液两相平衡时的x, y；另一种方法是在恒压条件（即p一定）下，测定两相平衡时的平衡温度和平衡组成x, y, 由平衡温度可知p0。本实验采用后一种方法。 求计算活度系数的范拉尔方程的端值常数 范拉尔方程： （1）、（2）分别可改写为: 由（1）、（2）分别可得： (1）、（2）分别还可改写为： 用一个实验点数据，可由（3）、（4）分别求出端值常数A12、A21；用多个实验点数据可由（7），以为纵坐标，为横坐标或由（8），以为纵坐标，为横坐标进行标绘，得到两条直线，直线的截距为，斜率为，取平均值，求得端值常数A12、A21。 热力学一致性校核 由于汽液平衡仪器使用不当或组成的分析、温度及压力测量的误差，实测的平衡数据往往有误差，所以需对实验数据进行热力学校核。热力学校核的基本原理是Gibbs-Duhem方程，采用Herington推荐的半经验面积检验法检验等压数据的热力学一致性，方法如下： 对于二元体系，以对作图，令，即～曲线下面积的代数和A-B；，即～曲线下的总面积A+B。按下式计算D和J： 式中为体系的最低沸点，单位K；150为经验常数；为两组分的沸点差，若有恒沸物生成，即为最低恒沸温度与高沸点之差或者最高恒沸温度与低沸点之差。D＜J，表明数据符合热力学一致性，D-J＜10仍可认为数据具有一定的可靠性。 实验装置和试剂 本实验采用CE-2型汽液平衡数据测定仪如图4-1所示。液体混合物从图中3加入平衡釜，在加热棒1的加热作用下达到沸腾状态，蒸汽进入冷凝器9，冷凝液经毛细管重新回到釜底形成循环，直到汽液两相组成不再改变，即达平衡。此时读取平衡温度和压力，汽液两相分别从3、13取样分析，即得平衡时的x, y组成。 平衡釜一台（平衡釜的选择原则：易于建立平衡、样品用量少、平衡温度测定准确、气相中不夹带液滴、液相不返混及不易爆沸等。本实验采用气液双循环的小平衡釜，其结构如图4-1所示） WAY-2S型阿贝折光仪系统一台 恒温水浴一台 50-100十分之一的标准温度计一支、0-50十分之一的标准温度计一支 实验试剂: 无水乙醇（分析纯）, 环己烷（分析纯） 1ml注射器十支、5ml注射器三支。 Forting水银气压计 量筒5ml三支，10ml三支  1—加热棒 2—液体石蜡或甘油等 3—液体取样口 4—玻璃平衡釜 5—标准温度计 6—玻璃磨口接头 7—不锈钢三通 8—U型压力计 9—玻璃冷却器 10—乳胶管（余同） 11-三通阀 12—气压球 13—铝制取样口接头 14—干燥管 图4-1 汽液平衡数据测定实验装置 实验步骤 制作乙醇（1）-- 环己烷（2）溶液折光系数与组成关系工作曲线（已由教师预先准备）。 开恒温浴--折光仪系统，调节水温到25 ± 0.1℃。 测温套管中倒入甘油，将标准温度计插入套管中。 查整个系统的气密性，以保证实验装置的具有良好的气密性。 由于实验测定的是常压下的气液平衡数据，读取当天实验室的大气压值。 将按一定比例配好的无水乙醇（1）和环己烷（2）的混合物20~30ml加入平衡釜，打开冷却水，安放好加热器，接通电源。开始时加热电流给到100mA加热，5分钟后给到200mA，再等5分钟后慢慢调到250mA左右即可，以平衡釜内液体能沸腾为准。冷凝回流液控制在每秒2—3滴，稳定回流15分钟左右，以建立平衡状态。 达到平衡后，需要记录下温度计的读数，并用微量注射器分别取两相样品2毫升，用阿贝折射仪测定其折射率，并在本实验给定的