正丙醇—水双液系的气液平衡相图摘要 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1、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 成有关而液体的沸点指的是液体的蒸汽压与外压相等时的温度，故而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，即用通用几何作图的方 法将双液系的沸点分别对其气相、液相作图，即T—x相图而实际溶液由于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在本实验中，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2、实验部分（一） 仪器与试剂试剂：正丙醇（纯度 99.5%）蒸馏水仪器：沸点仪 阿贝折射仪 调压变压器 超级恒温水浴水银温度计（50〜100°C，分度为0.1°C）（0〜50°C，分度为0.1 C）10ml， 20ml 移液管各一只干燥吸管 20~30支 干燥试剂瓶20~30支 擦 镜纸二） 实验步骤1、 仪器安装于调整：调节恒温槽温度并使其稳定，使阿贝折射仪上的温度稳定在25°C左右, 用纯水校正阿贝折射仪。
按右图所示安装沸点仪，使温度计B与加热丝之间要有一定的距 离2、 从正丙醇开始测量：(1) 用50mL的移液管从支管L中加入正丙醇溶液50mL，浸没加热丝，水银温度计的水银 球一半在溶液中，一半在蒸汽中夹上电热丝夹，打开冷却水，插上电源，调节变压器电压 由零慢慢增加，观察加热丝上是否有小气泡逸出，电压控制在 20V 以内，溶液会慢慢沸腾 体系中的蒸汽经冷凝管冷凝后，聚于小球D中冷凝液不断地冲刷D球，必要时可将D球中 的冷凝液倾入烧瓶中，观察B温度计上的读数达到稳定，此时体系处于平衡状态，调整G温 度计到橡皮塞与读数中间处；再稳定5 — 7分钟，准确记下温度计上t和t并记下橡皮塞 观环 处温度计的读数切断电源2) 取样并测定组成(折光率)：用干燥的滴定管自冷凝管中取出小球D内的全部气相冷 凝液，用另一支干燥吸管从L 口中取液相液1mL左右，分别放入带有磨口的小试管中，并将 试管置于一盛有冷水的小烧瓶中让其冷却，防止挥发观察阿贝折射仪上的温度是否正确， 用丙酮棉球擦拭镜面，并用吹风机吹干把待测的气相液，液相液分别滴于镜面上迅速测量 每个样品测量2—3次，取读数的平均值3) 不同浓度测量：依次向烧瓶中加入0.5，1，1.5，2，2.5, 4，6mL的水，仍按步骤2 —3逐一进行测量，分别得到不同组成时的汽相、液相的折光率及各自的沸点。
3、从水开始测量：用20mL的移液管加入40mL蒸馏水，按以上方法测量水的折光率和沸点， 并逐一加入0.5，1，1.5，2, 4，10，20mL的正丙醇，改变体系的总组成，测量气液平衡时各 个样品的折光率和沸点三) 数据记录与处理测量数据的条件：橡皮塞处： T0=65.65C大气压： Pa=772.10mmHg=102938.20Pa测量折射率时温度： T=24.6C1．根据测得的数据，得出经压力和露茎校正后的正常沸点，并由以上测得的个点汽相、液相 样品的折光率，从工作曲线上查找出其对应的组成，并绘制成折光率——百分含量曲线1）从纯正丙醇开始测量：air气相折光率液相折光率温度计B°C温度计 GC修正后温度C气相百分含量 %液相百分含量 %1.384051.384059719.3195.6242298.8964198.896411.38321.384795.719.294.3083295.475411001.380071.3841792.51991.0709683.7290199.387741.378271.383990.718.989.2512577.5820998.285171.37871.383289.217.587.7408579.0165795.475411.376651.3810587.816.886.3288972.3814787.273941.37741.3773587.61786.1260874.7496474.58966液相折光率与正丙醇百分含量关系 气相折光率与正丙醇百分含量关系2）从蒸馏水开始测量：气相折光率液相折光率温度计 BC温度计 GC修正后温度C气相百分含量液相百分含量1.33321.33357100.2320.65100.087.317997.732041.351171.3325795.1520.598.9828.358416.610051.361131.333998.7522.0198.5743.649818.100551.3681.3348795.5820.5595.3557.180869.180231.374361.3366393.0520.0392.7972.5941111.131291.37551.3421390.7521.91.376771.355986.7516.881.37671.367187.8517.6990.4575.6952317.2828186.4179.2809535.0916587.5279.0796555.2382liquid260504030201001.330 1.335 1.340 1.345 1.350 1.355 1.360 1.365 1.370liquid液相折光率与正丙醇百分含量关系气相折光率与正丙醇百分含量关系2．正丙醇—水气液平衡相图3、结果与讨论3.1 正丙醇—水双液系浓度与折光率间的关系由数据处理中的四副折光率与溶液浓度之间的关系图可以知道，液体的折光率不仅与温度 有关，还与液体的组成有关，而且随着溶液浓度的变化成一定的变化趋势。
从水—正丙醇折射 率工作曲线可以查出，在25°C左右，纯水的折射率为：1.3326，正丙醇的折射率为：1.3841, 从图中可以看出，水—正丙醇双液系的折射率处于纯水与正丙醇之间，而且随着正丙醇浓度的 增加其折射率呈增大趋势3.2 正丙醇—水双液系气液平衡相图在数据处理的气液平衡相图中，可观察到由正丙醇—纯水体系汽相、液相的折光率将随 着正丙醇浓度的增加向着升高的方向移动，起初气液两相折光率的读数相差较小，然后相差慢 慢增加，又慢慢减小，直至相等表示此时已达到最低恒沸点组成，此组成为最低恒沸点混合 物但是由于种种误差导致相图中的气液线并不能很好的相交，而且从图中的点可以看出有很 多数据点偏离气液线很远，甚至在达到恒沸点前有沸点先降低再升高的现象，所以为了更好的 寻找到恒沸点，以及恒沸混合物的组成，采用气相和液相单独分析在组合的方法来处理数据点理论上，正丙醇一纯水双液系的恒沸点在87°C左右，而正丙醇含量应该在69〜71%之间虽然 恒沸点没有太大的误差，但是恒沸混合物组成上却有较大的差异，可能是由于：(1) 在试验中阿贝折射仪校正过程中没有校正本实验中测量的纯水在25C左右的折光 率为1.3335左右，但是所提供的工作曲线中查得在该温度下纯水的折光率为1.326， 而在该工作曲线下，纯水所测得的浓度约为 7.3%，由于并没有对折射仪进行校正， 但是在数据处理中却仍使用该工作曲线，所以此后的对应于折射率的浓度有较大的 偏差。
2) 在实验过程中，冷凝的蒸汽进入D小球，但是在达到平衡之前，未将D中的冷凝液 倒入液相中，重新收集，而D中的冷凝液并不是气液达到平衡时的气相组成，而是 整个实验过程中所冷凝的气相，这导致所收集的气象的浓度较平衡时的浓度要小， 对于气液相图有一定得影响3) 气相冷凝过程中的分馏作用，对于气液两相的组成有一定的影响4) 实验中，加热丝与温度计B之间的距离也会影响到沸点在加热丝加热过程中，加 热丝上产生的热量有一部分会传递给温度计B,使得温度计实际上所测得的温度要 比实际的温度要高，而对于不同的实验员影响的结果也不同，实验中是有两个人共 同完成一份相图，所以相图结合时会有一些误差，而且接合处并不紧密5) 实验过程中，由于气液两相的组成一直在改变，即使达到了平衡处(沸点处)仍有 少许的波动，给读数带来了一定得困难，并对于数据造成了些许误差为 x2 ，液相组成为 y2 若是用一个储存器接收 t1~t2 之间的馏分，则馏分出物的组成在 y1~y2 之间，其中含有 B 组分较原始的要多，根据这一原理，若我们将每一次的气体分离出来，冷凝 后再加热使其沸腾，如此周而复始，将分馏出高纯度的物质 B4.结论双液系溶液沸点不仅与外压有关，而且与双液系的物质组成有关，并且在一般情况下，双 液系的气相组成与液相组成并不相同。
液体的折射率不仅与温度有关还与溶液的组成有关对 于双液系，其气液相图一般都含有最低点或是最高点，该点即为恒沸点对于正丙醇—纯水双液系，其折光率介于量纯物质之间，而且随着正丙醇浓度的增加，有 增大的趋势，实验中测得其恒沸点为86.36°C,恒沸混合物中正丙醇的质量百分比浓度为74.34% 分馏，即各种物质在加热冷凝过程中由于沸点不同而在冷凝液中含量不同，经过多次分馏后， 可以得到近乎纯净的物质参考文献【1】南京大学化学工程学院 傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华 编《物理化学（上）》； 【2】中国科学技术大学化学物理系 《化学物理实验讲义》The Liquid-Vapor Equilibrate Phase Diagram For BinaryLiquid SystemsZhou Junling PB07206109Department of Physical chemistry, University of Science & Technology of China （1）从图中可以得到乙醇和环己烷的最低恒沸点为64.3C,恒沸混合物中环己烷的质量百分比浓度为60%, 而理论上，正丙醇一纯水双液系的恒沸点在64・9°C左右，而正丙醇含量应该是55%。
2）双液系溶液沸点不仅与外压有关，而且与双液系的物质组成有关，并且在一般情况下，双液系的气相 组成与液相组成并不相同液体的折射率不仅与温度有关还与溶液的组成有关对于双液系，其气液 相图一般都含有最低点或是最高点，该点即为恒沸点3） 对于乙醇—环己烷双液系，其折光率介于量纯物质之间，而且随着环己烷浓度的增加，有增大的趋势，实验中测得其恒沸点为64・3°C,恒沸混合物中环己烷的质量百分比浓度为60%4) 计算绝对误差恒沸点误差：(64・9-64.3) /64.9 X100% =0.924%百分比误差：(60-55) /。