试验六双液系的气－液平衡相图山西大学化学试验中心.ppt

双液系的气－液平衡相图 实验目的与要求 绘制在常压下环己烷－乙醇双液系的气液平衡相图，了解相图和相律的基本概念。 掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法。 掌握用折射率确定二元液体组成的方法。 实验原理 气－液相图 两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系，两个组分若能以任意比例相互溶解，称为完全互溶双液系。两个组分若只能在一定比例范围内相互溶解，称为部分互溶双液系。 只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。在一定温度下，可以画出体系的压力P和组分x的关系图，如体系的压力确定，则可作温度T对x的关系图。在T－x相图上，还有温度、液相组成和气相组成三个变量，则其它两个变量必须有相应的确定值。 试剂和仪器 沸点测定仪 各种沸点测定仪的具体构造虽然各有特点，但其设计思想都集中于如何正确测定沸点和气液相的组成，便于取样分析，防止过热及避免分馏等方面。 蒸汽冷凝部分的设计是关键之一。若收集冷凝液的凹形半球容积过大，在客观上即造成溶液得分馏；而过小则回因取太少而给测定带来一定困难。 连接冷凝和圆底烧瓶之间的连接管过短或位置过低，沸腾的液体就有可能溅入小球内；相反，则易导致沸点较高的组分先被冷凝下来，这样一来，气相样品组成将有偏差。 实验步骤 1、工作曲线绘制 本实验可用折光率－组成工作曲线来测得平衡体系的两相组成。根据教材中所列的环己烷－无水乙醇组成/折光率表，绘制环己烷－无水乙醇组成/折光率曲线。 安装沸点仪 将烘干的沸点仪按装好，检查带有温度计的软木塞是否塞紧，电热丝要靠近烧瓶底部的中心，温度计银球的位置应处在支管之下，但和加热丝之间要有一定距离。 测定沸点 在已洗净烘干的蒸馏瓶内加入30cm3环己烷，向蒸馏瓶内加入0.5cm3乙醇，其液面应在温度计水银球的中部，电热丝应完全浸没于溶液中，打开冷却水，接通电源。用调压变压器调节电压，由零开始逐渐加大电压使溶液缓慢加热，观查电热丝上是否有小气泡逸出。 调节电压和冷却水流量，使蒸气能在冷凝管中的高度保持在2cm左右。至温度计的读数稳定后再维持3～5min，使体系达到平衡，在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶，记录温度计读数和露茎的温度及大气压力。(温度保持恒定，证明气液相达到平衡，一般约10分钟) 记录完毕后，再向蒸馏瓶内再加入0.5cm3乙醇，按前述方法测定沸点及气液两相的折射率。再依次加入2，3cm3乙醇，作同样实验。 上述实验结束后，将母液放入回收瓶内。用少量乙醇洗涤蒸馏瓶。待其冷却至室温后，注入30cm3乙醇，然后按前述方法测定依次测定加入0.5，2，3，5cm3环己烷，测定其沸点。分别测定它们的沸点及气液相样品的折射率。 操作要点 由于沸点及气液两相折光率的测定需要气液平衡的条件下测定，因此应注意以下几个操作要点： 变压器调节电压时，应由零开始逐渐加大电压使溶液缓慢加热。每种浓度样品其沸腾状态应尽量一致。即气泡连续、均匀冒出为好，不要过于激烈也不要过于慢。 蒸气在冷凝管中的高度应保持在2cm左右，温度计读数稳定后体系达到平衡，(温度保持恒定，证明气液相达到平衡，一般约10分钟) 最初收集在球形凹槽内的冷凝液常不能代表平衡时的气相的组成。因此需将最初的冷凝液倾倒回烧瓶2~3次。 注意事项 加热电热丝一定要被欲测液体浸没，否则通电加热时会引起有机溶液的燃烧或烧断加热丝，所加电压不能太大，加热丝上有小气泡逸出即可，温度计水银球不要直接碰到加热丝。 一定要使体系达到平衡，即温度计读数稳定，先停止通电加热再取样分析。 使用折光仪时，棱镜上不能触及硬物（如滴管）。 数据处理 沸点温度校正 (1)正常沸点。在标准大气压下测得的沸点称为正常沸点。通常外界压力并不恰好等于101.325KPa，因此，应对实验测得值作压力校正。应用特鲁顿规则及克劳修斯－克拉见龙公式校正。 △t压＝（273.15+ t测）/10·（101325－P）/101325 温度露茎校正 在作精密的温度测量时，需对温度计读数校正。根据玻璃与水银膨胀系数的差异，校正计算式为： △t露＝1.6×10-4·n·（tA－tB） 式中tA、tB为露茎部位的温度值，n为露出在体系外的水银柱长度。即图4中温度计的观测值与沸点仪软木塞处温度计读数之差，并以温度差值作为长度单位。 校正后溶液的正常沸点为 t沸＝t测＋△t压＋△t露 作出折光率－组成标准曲线。根据所得蒸出液和蒸馏液的折光率，在标准曲线上找出对应的成分。 作环己烷－乙醇的T