10019张海军实验五报告.pdf

— — —— 正丙醇 水双液系的气液平衡相图 张海军 中国科大化学系 — 摘要 本实验对于正丙醇 水双液系的气液平衡相图进行了探讨。利用阿贝折 射仪和沸点仪分别测定体系的组成以及沸点，并利用气液平衡相图确定该体系的 最低恒沸温度及恒沸混合物的组成，进一步理解分馏原理。 关键词 正丙醇 水 双液系 相图 折射率 最低恒沸点 分馏 前言 双液系，即常温下两液态物质混合而成的体系，从拉乌尔定律可以看出， 饱和蒸气压与其组成有关。双液系的沸点不仅与外压有关还与其组成有关。要得 到具体的关系可以通过其气液相图表示。而实际溶液由于A—B组分相互影响， 常与拉乌尔定律有较大的偏差，在T—X图中可能有最低和最高点出现，这些点 称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物。恒沸混合物蒸馏所得的气相与液 相组成相同。本实验中，我们利用沸点仪测出混合液的沸点，用阿贝折射仪测出 气相和液相混合液的折射率，进而求出其组成，最后得到正丙醇—水的气液相图， 进而得到恒沸点以及恒沸混合物的组成，还可以根据相图进一步理解蒸馏和精馏 的原理。 实验部分 一、实验原理： 一、实验原理： 一一、、实实验验原原理理：：   在常温下，两液态物质混合而成的体系称为双液系。两液体若只能在一定比 例范围内互相溶解，称为部分互溶双液系，若两液体能以任意比例相互溶解，则 称为完全互溶双液系。例如：苯－乙醇体系，正丙醇－水体系，环己烷—乙醇体 系都是完全互溶双液系，苯－水体系则是部分互溶双液系。   液体的沸点是指液体的蒸气压与外压相等时的温度。在一定的外压下，纯液 体的沸点有确定的值。但对于双液系来说，沸点不仅与外压有关，而且还与双液 系的组成有关，即与双液系中两种液体的相对含量有关。 双液系在蒸馏时具有另一个特点是：在一般情况下，双液系的气相组成和液 相组成并不相同。因此原则上有可能用反复蒸馏的方法，使双液系中的两液体互 相分离。 通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相、液相组成作图，所得图形 称为双液系T－x相图，在一定温度下还可画出体系的压力P与组成的P－x关 系图。完全互溶双液系在恒定压力下的气液平衡相图可分为三类： 如果溶液与拉乌尔定律的偏差不大，在T—x图上，溶液的蒸汽压和沸点介 于A，B两纯组分蒸汽压及沸点之间，如甲苯-苯体系（图5－1）所示，为第一 类。 实际溶液由于A—B两组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大的偏差。在 T—X图上可能有最低和最高点出现。如图（5－2）、（5－3）所示。这些点称为 恒沸点。其相应的溶液称为恒沸点混合物。恒沸混合物蒸馏所得的气相与液相的 组成相同。如：盐酸—水体系具有最高恒沸点，为第二类；正丙醇—水等体系具 有最低恒沸点，为第三类。 外界压力不同时，同一双液系的相图也不尽相同，所以恒沸点和恒沸点混合 物的组成还与外压有关，一般在未注明压力时，通常都指外压为标准大气压的值 （1大气压或101325Pa）。 图5-1完全互溶体系的一种蒸馏相图图5-2,3 完全互溶双液系的另两种类型相图 从相律来看，对二组分体系，当压力恒定时，在汽液二相共存区域中，自由 度等于1，若温度一定，汽液两相成分也就确定。当总成分一定时，由杠杆原理 知，两相的相对量也一定。反之，在一定的实验装置中，利用回流冷凝的方法保 持气液两相相对量一定，则体系的温度恒定。此时，取出两相中的样品，用物理 方法或化学方法分析两相的成分，可给出在该温度时气液两相平衡成分的坐标 点。改变体系的总成分，再如上法可找出另一对坐标点，这样测得若干对坐标后， 分别按气相点和液相点连成气相线和液相线，即得双液系的T－X相图。本实验 两相中的成分分析均采用折光率法，溶液折光率的测定，请看附录说明书。 物质的折光率是一特征数值，它与物质的浓度及温度有关。大多数液态有机 化合物的折光率的温度系数为-0.0004，因此在测量物质的折光率时要求温度恒 ± 定。一般温度控制在 0.2℃时，能从阿贝折射仪上准确测到小数点后4位有效数 字。溶液的浓度不同、组成不同折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成， 已知浓度的溶液，在恒定温度下测其折光率，作出组成⎯⎯折光