实验三 挥发性双液系 T～X 相图的绘制一、实验目的1． 了解相图和相律的基本概念2． 用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成，绘制双液系(环己烷～乙醇) 的 T～X 图并找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度3． 了解阿贝折光仪的构造原理，熟悉掌握阿贝折光仪的使用二、实验原理液体的沸点是指液体的饱和蒸汽压和外压相等时的温度在一定外压下，单组分液体的沸点有确定的值但对于完全互溶的双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与双液系的组成有关把两种完全互溶的挥发性液体(组分 A 和 B)混合后，在一定的温度下，平衡共存的气、液两相组成通常并不相同因此，在恒压下将溶液蒸馏，测定馏出物(气相)和蒸馏液(液相) 的组成，就能找出平衡时气、液两相的成分并绘出 T～X 图完全互溶的双液系 T～X 图可分为三类：①液体与拉乌尔定律的偏差不大在T～X 图上溶液的沸点介于 A、B 两纯物质沸点之间如图Ⅱ-5-1(a)所示，如苯～甲苯体系②实际溶液由于 A、B 两组分相互影响，常与拉乌尔定律有较大负偏差，在 T一 X 图上出现最高点，如图 II-5-1(b)所示，如盐酸～水体系；丙酮～氯仿体系等③A、B 两组分混合后与拉乌尔定律有较大的正偏差，在 T～X 图上出现最低点如图Ⅱ-5-1(c)所示，如水～乙醇、苯～乙醇等体系。
②③类溶液在最高点或最低点时气～液两相组成相同，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，恒沸点混合物靠蒸馏无法改其组成平衡时气～液两相组成的分析，使用阿贝折光仪测定，因为溶液的折射率与组成有关三、实验仪器和试剂蒸馏器 1 只，阿贝折光仪 1 台，温度计(50℃一 100℃，最小分度 1／10℃)1 支，稳流电源(2A)1 台，超级恒温槽 1 台，吸液管(长短各一根 )，电吹风一只，小玻璃漏斗 1 只，环己烷(化学纯)，乙醇( 化学纯)，丙酮（分析纯） 0.789; 0.779乙 醇环 己 烷四、实验步骤1．按照表 1 提供的环己烷-乙醇标准体系，室温下用阿贝折射仪测定其折射率， 每一样品要加样三次，取其平均值，最后绘制折射率-组成工作曲线注：每次加样前需先将折光仪的棱镜面用挥发性溶剂如丙酮淋洗，再用擦镜纸轻轻地吸去残留溶剂） 2. 温度计校正 将蒸馏器( 见图Ⅱ-5-2) 洗净、烘干后( 以后每次测定是否都需要先把蒸馏器烘干?) 用漏斗从加料口加入乙醇约 20mL，使温度计水银球的位置一半浸入溶液中，一半露在蒸气中，通电加热使溶液沸腾(电流不超过 2A)待温度恒定后，记录所得温度和室内大气压力。
停止通电，倾出乙醇到回收瓶中 3．在蒸馏器中加入某种 20mL 环己烷- 乙醇混合溶液，打开冷却水，同法加热使溶液沸腾最初在冷凝管下端袋状部的液体不能代表平衡时气相的组成(为什么?) ，为加速达到平衡可将袋状部内最初冷凝的液体倾回蒸馏器底部，并反复 2～3 次，待温度读数恒定后记下沸点并停止加热随即在冷凝管上口插入长吸液管吸取袋状部的蒸出液，迅速测其折光率再用另一根短的吸液管，从蒸馏器的加料口吸出液体迅速测其折光率迅速测定是防止由于蒸发而改变成分每份样品需读数三次，取其平均值实验完毕，将蒸馏器中溶液倒回原瓶同法用表 1 中其他环己烷-乙醇进行实验，各次实验后的溶液均倒到回收中实验过程中应注意室内气压的读数表 1 环己烷- 乙醇标准体系的折射率-组成关系.NO环 己 烷乙 醇 V/乙 醇x环 己 烷x.trDn1 10 : 0 1.00 0.002345678910119 : 18 : 27 : 36 : 45 : 54 : 63 : 72 : 81 : 90 : 100.90110.80200.70270.60310.50320.40310.30270.20200.10120.000.09890.19800.29730.39690.49680.59690.69730.79800.89881.00五、数据记录及处理1．溶液的沸点与大气压有关。
应用特鲁顿(Trouton)规则及克劳修斯 —克莱贝龙公式可得溶液沸点随大气压变化而变化的近似式：10325)(pTobb式中 Tob 为在标准大气压(P 0：101325Pa) 下的正常沸点查出乙醇、环己烷的正常沸点，T b 为在实验时大气压p 的沸点计算纯乙醇或环己烷在实验时的大气压下沸点，与实验时温度计上读得的沸点相比较，求出温度计本身误差的改正值并逐一改正各不同浓度溶液的沸点1． 已知 298.2K 时环己烷与乙醇混合液的组成与折光率 的数据如下表所示25Dn乙 醇x环 己 烷x25Dn1.00 0.0 1.359350.8992 0.1008 1.368670.7948 0.2052 1.377660.7089 0.2911 1.384120.5941 0.4059 1.392160.4983 0.5017 1.398360.4016 0.5984 1.403420.2987 0.7013 1.408900.2050 0.7950 1.413560.1030 0.8970 1.418550.00 1.00 1.42338绘出与 质量百分数的关系曲线，根据实验测定的结果，从图上查出馏出液及蒸馏液的成分(如在实验测定折25Dn光率时的温度不是 25℃，则应另找一条在该温度的标准曲线，或者近似地以温度每升高 1℃，折光率降低4 10-4，改正到 25℃后再在图上找出相应成分) ，列于下表中。
表 2 环己烷-乙醇标准体系的沸点和气液相组成气相组成 液相组成样品 沸点折射率 环 己 烷x折射率 环 己 烷x12345678910112．用以上所得数据绘制环己烷-乙醇体系的温度- 组成，即 T～X 相图，从图求出环己烷～乙醇体系的最低恒沸点组成及其温度环已烷的正常沸点为 353.4K六、思考与讨论 1．蒸馏器中收集气相冷凝液的袋状部的大小对结果有何影响?2．你认为本实验所用的蒸馏器尚有哪些缺点?如何改进?3．试估计哪些因素是本实验误差的主要来源?4．试推导沸点校正公式： 10325)(pTobb七、实验注意事项1．电阻丝不能露出液面，一定要被欲测液体浸没，否则通电加热会引起有机液体燃烧通过电流不能太大(在本实验所用电阻丝时)，只要能使欲测液体沸腾即可，过大会引起欲测液体( 有机化合物)的燃烧或烧断电阻丝2．一定要使体系达到气、液平衡，即温度读数恒定不变3．只能在停止通电加热后才能取样分析4．使用阿贝折光仪时，棱镜上不能触及硬物(如滴管) ，擦棱镜时需用擦镜纸5．实验过程中必须在冷凝管中通入冷却水，以使气相全部冷凝。