《双液系气—液平衡相图绘制实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双液系气—液平衡相图绘制实验报告（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、双液系气液平衡相图绘制实双液系气液平衡相图绘制实验报告验报告双液系气液平衡相图绘制双液系气液平衡相图绘制实验目的：实验目的： 用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成，绘制双液系相图。找出恒沸点用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成，绘制双液系相图。找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度。混合物的组成及恒沸点的温度。 掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的测定方法。掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的测定方法。 了解阿贝折射计的构造原理，熟悉掌握阿贝折射计的使用方法。了解阿贝折射计的构造原理，熟悉掌握阿贝折射计的使用方法。实验原理：实验原理：液体的沸点是液体饱和蒸气压和外压相等时的温度，液体的沸点是
2、液体饱和蒸气压和外压相等时的温度， 在外压一定时，在外压一定时，纯液体纯液体的沸点有一个确定值。的沸点有一个确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关，但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相而且还与两种液体的相对含量有关。理想的二组分体系在全部浓度范围内符合拉乌尔定律。结构相似，对含量有关。理想的二组分体系在全部浓度范围内符合拉乌尔定律。结构相似，性质相近的组分间可以形成近似的理想体系，这样可以形成简单的性质相近的组分间可以形成近似的理想体系，这样可以形成简单的 T-x(y)T-x(y)图。图。大多数情况下，曲线将出现或正或负的偏差。当这一偏差足够大时，在大多数情况下，曲线将出现或正或负
3、的偏差。当这一偏差足够大时，在 T-x(y)T-x(y)曲线上将出现极大点（负偏差）或极小点（正偏差）曲线上将出现极大点（负偏差）或极小点（正偏差） 。这种最高和最低沸点称为。这种最高和最低沸点称为恒沸点，恒沸点，所对应的溶液称为恒沸混合物。所对应的溶液称为恒沸混合物。考虑综合因素，考虑综合因素，实验选择具有最低恒沸实验选择具有最低恒沸点的乙醇乙酸乙酯双液系。根据相平衡原理，对二组分体系，当压力恒定时，点的乙醇乙酸乙酯双液系。根据相平衡原理，对二组分体系，当压力恒定时，在气液平衡两相区，体系的自由度为在气液平衡两相区，体系的自由度为 1.1.当温度一定时，则气液两相的组成也随当温度一定时，则气
4、液两相的组成也随之而定。之而定。当气液两相的相对量一定，当气液两相的相对量一定，则体系的温度也随之而定。则体系的温度也随之而定。沸点测定仪就是沸点测定仪就是根据这一原理设计的，根据这一原理设计的，它利用回流的方法保持气液两相相对量一定，它利用回流的方法保持气液两相相对量一定，测量体系温测量体系温度不发生改变时，度不发生改变时，即两相平衡后，即两相平衡后，取两相的样品，取两相的样品，用阿贝折射计测定气液平衡气用阿贝折射计测定气液平衡气相、相、 液相的折射率，液相的折射率， 再通过预先测定的折射率组成工作曲线来确定平衡时气相、再通过预先测定的折射率组成工作曲线来确定平衡时气相、液相的组成（即该温度
5、下气液两相平衡成分的坐标点。液相的组成（即该温度下气液两相平衡成分的坐标点。 ）改变体系总成分，再如）改变体系总成分，再如上法找出另一对坐标点。上法找出另一对坐标点。这样得若干对坐标点后，这样得若干对坐标点后，分别按气相点和液相点连成气分别按气相点和液相点连成气相线和液相线，即得相线和液相线，即得 T-xT-x 平衡图。平衡图。仪器与试剂：仪器与试剂：沸沸点点仪仪一一套套调压变压器调压变压器一台一台阿阿贝贝折折射射计计超级恒温槽超级恒温槽1/101/10温温 度度 计计 （ 5010050100 ）1/101/10 温度计（温度计（050050） 一支一支小小烧烧杯杯小试管（小试管（5ml5m
6、l 带软木塞）带软木塞） （若干）（若干）吸吸管管红外线干燥箱（风筒）红外线干燥箱（风筒）一台一台搽搽镜镜乙酸乙酯（乙酸乙酯（ARAR）无无水水乙乙醇醇（不同配比的乙醇乙酸乙酯混合液不同配比的乙醇乙酸乙酯混合液丙丙酮酮(C(C、重蒸水重蒸水实验步骤：实验步骤：一一一一一一2 2ARAR台台支支个个支支纸纸）P)P)（1 1） 、 乙醇乙酸乙酯溶液的折射率组成工作曲乙醇乙酸乙酯溶液的折射率组成工作曲线的测绘线的测绘折射率体积分数工作曲线。折射率体积分数工作曲线。 对于乙醇乙酸对于乙醇乙酸乙酯等部分有机液体混合体系，乙酯等部分有机液体混合体系， 当使用体积分数当使用体积分数（）表示时，能得到直线的
7、工作曲线，故只要）表示时，能得到直线的工作曲线，故只要分别准确测出分别准确测出 2525时纯乙醇、乙酸乙酯的折射时纯乙醇、乙酸乙酯的折射率，将其连成直线，就得到率，将其连成直线，就得到n（nVnV） 。折射率摩尔分数工作曲线。在折射率摩尔分数工作曲线。在n25D25D（% %）工作曲线）工作曲线（% %）线）线上取上取 8 8 个点，个点，利用乙醇、利用乙醇、乙酸乙酯的密度合量比乙酸乙酯的密度合量比（% %）等条件将以上点对应的体积分数换算成摩）等条件将以上点对应的体积分数换算成摩尔分数，按对应的折射率重新绘（尔分数，按对应的折射率重新绘（n将点连成平滑曲线，即为将点连成平滑曲线，即为n（2
8、2） 、沸点仪的安装、沸点仪的安装将沸点仪洗净，烘干，将沸点仪洗净，烘干，如图所示，检查带温度计如图所示，检查带温度计的软木塞是否塞紧、电热的软木塞是否塞紧、电热丝是否靠近容器底部的中丝是否靠近容器底部的中心，温度计的水银球位置心，温度计的水银球位置是否合适。是否合适。（3 3） 、样品的测定、样品的测定溶液的配置溶液的配置粗略配置乙醇体积分数为粗略配置乙醇体积分数为25D x）点，再）点，再25D x工作曲线（工作曲线（n-xn-x） 。10%10%、30%30%、50%50%、62%62%、75%75%、85%85%、90%90%、95%95%组成组成的乙醇乙酸乙酯溶液（可由教师先配合）的
9、乙醇乙酸乙酯溶液（可由教师先配合） 。沸点的测定沸点的测定自侧管加入所要测定的溶液自侧管加入所要测定的溶液（约（约 20ml20ml） ，其液面应在水银球的中部。打开冷，其液面应在水银球的中部。打开冷凝水，接上电源，用调压变压器调节电压（约凝水，接上电源，用调压变压器调节电压（约12V12V） ，将液体缓慢加热使液体沸腾，将液体缓慢加热使液体沸腾，最初在冷凝最初在冷凝管下端内的液体不能代表平衡气相的组成，管下端内的液体不能代表平衡气相的组成， 为加为加速达到平衡，速达到平衡， 可以等小槽中的气相冷凝液体收集可以等小槽中的气相冷凝液体收集满后，满后，调节冷凝管的三通阀门，调节冷凝管的三通阀门，使
10、冷凝液体流回使冷凝液体流回至圆底烧瓶，至圆底烧瓶，重复三次，重复三次，直到温度计上的读数稳直到温度计上的读数稳定数分钟，定数分钟，记录温度计的读数，记录温度计的读数，同时读出环境的同时读出环境的温度，算出露茎温度，以便进行温度的校正，并温度，算出露茎温度，以便进行温度的校正，并读出室内大气压力。读出室内大气压力。取样取样切断电源，切断电源，停止加热，停止加热，在冷凝管三通在冷凝管三通小槽处放置一个标有相应浓度记号的尾接小试小槽处放置一个标有相应浓度记号的尾接小试管，管，并调节冷凝管的三通阀门，并调节冷凝管的三通阀门，使冷凝液体不再使冷凝液体不再流回至圆底烧瓶，流回至圆底烧瓶，而是流入尾接小试管
11、中，而是流入尾接小试管中，并立并立即塞紧（防止其挥发）即塞紧（防止其挥发） ，再用另一支干燥胶头滴，再用另一支干燥胶头滴管，从侧管处吸取容器中的溶液约管，从侧管处吸取容器中的溶液约 12ml12ml，转移，转移到另一个小试管，到另一个小试管，也立即塞紧，也立即塞紧，两支小试管置于两支小试管置于盛有冷水的小烧杯中保持待测，以防组分改变。盛有冷水的小烧杯中保持待测，以防组分改变。在样品的转移过程中动作要迅速而仔细。在样品的转移过程中动作要迅速而仔细。 并应尽并应尽早测定样品的折射率，早测定样品的折射率，不宜久藏。不宜久藏。当沸点仪内液当沸点仪内液体冷却后，体冷却后， 将该溶液自测管倒入到指定的回收
12、瓶将该溶液自测管倒入到指定的回收瓶中，再换另一浓度的双液体系溶液测定。中，再换另一浓度的双液体系溶液测定。折射率的测定折射率的测定将阿贝折射计和超级恒温将阿贝折射计和超级恒温槽槽 安安 装装 好好 ， 调调 节节 超超 级级 恒恒 温温 槽槽 温温 度度 为为（25.0+0.225.0+0.2），再用重蒸水测定阿贝折射计的再用重蒸水测定阿贝折射计的读数校正值（水的折射率读数校正值（水的折射率n=1.3325=1.3325） ，然后分别，然后分别25D测定上面取的气相和液相样品的折射率。测定上面取的气相和液相样品的折射率。 每次加每次加样要测读数三次，样要测读数三次，若读得的三个数值很接近，若读
13、得的三个数值很接近，则则取平均值，取平均值，并用前面水读数校正，并用前面水读数校正，即为所测样品即为所测样品在该温度下的折射率。在该温度下的折射率。每次加样测量之前，每次加样测量之前，必须必须先将折光仪的棱镜面洗净，先将折光仪的棱镜面洗净， 方法是用数滴挥发性方法是用数滴挥发性溶剂（如丙酮）淋洗，再用搽镜纸轻轻擦去残留溶剂（如丙酮）淋洗，再用搽镜纸轻轻擦去残留在镜面上的溶剂，在镜面上的溶剂， 阿贝折射计在使用完毕后也必阿贝折射计在使用完毕后也必须将镜面处理干净。须将镜面处理干净。平衡气相和液相组成的测定平衡气相和液相组成的测定根据气液相根据气液相折射率的数据，折射率的数据， 在工作曲线在工作曲
14、线 nxnx 上分别查出平衡上分别查出平衡气相和液相的组成（气相和液相的组成（x x） 。按上述步骤，分别测定。按上述步骤，分别测定乙醇和乙酸乙酯的沸点，乙醇和乙酸乙酯的沸点， 以及各溶液的沸点和平以及各溶液的沸点和平衡时气相和液相的组成。衡时气相和液相的组成。数据处理：数据处理：（1 1）溶液沸点的校正）溶液沸点的校正由于温度计的水银未全部浸入待测温度的由于温度计的水银未全部浸入待测温度的区域内须进行露茎校正。区域内须进行露茎校正。t t 露茎露茎=Kh(t=Kh(t 观观-t-t 环环) )式中，式中，K=0.00016K=0.00016，是水银对玻璃的相对膨是水银对玻璃的相对膨胀系数；胀
15、系数；h h 为露出被测体系之外的水银柱长度，为露出被测体系之外的水银柱长度，称露茎高度，以温度差值表示；称露茎高度，以温度差值表示；t t 观为测量温度观为测量温度计上的读数；计上的读数；t t 环为环境温度，可用辅读温度计环为环境温度，可用辅读温度计读出，读出，其水银球置于测量温度计露茎的中部。其水银球置于测量温度计露茎的中部。露露茎校正后，茎校正后，t t 沸沸=t=t 观观+ +t t 露茎露茎 溶液的沸点与大气压有关，应用特鲁顿规溶液的沸点与大气压有关，应用特鲁顿规则及克劳修斯则及克劳修斯- -克拉贝公式可得溶液熔沸点因大克拉贝公式可得溶液熔沸点因大气压变动的近似校正公式。气压变动的
16、近似校正公式。T=T=RT21沸PT沸760 PP10760式中，式中，T T 是沸点的压力校正值；是沸点的压力校正值；T T 沸是溶沸是溶液的沸点（均用热力学温度表示）液的沸点（均用热力学温度表示） ；p p 是测定时是测定时的大气压，的大气压，mmHgmmHg（1 mmHg=133.32 Pa1 mmHg=133.32 Pa）. .若用摄氏温标，若用摄氏温标，t t 压压表示沸点的压力校正表示沸点的压力校正值，值， 则则t t 压压= =T T， 由此，由此， 在在 1atm1atm （1atm=101325Pa1atm=101325Pa）下的溶液正常沸点为：下的溶液正常沸点为： T T=
17、t=t正常正常沸沸+ +t t 压压经以上两项校正后，即得到校正后溶液的沸经以上两项校正后，即得到校正后溶液的沸点。点。（2 2）数据记录与处理）数据记录与处理将数据填入：将数据填入：室温：室温：19.819.8大气大气压：压：1020.0hPa1020.0hPa乙乙酸酸乙乙酯酯10%10% 64.6564.65 10.9610.96 75.6175.61 17.917.9 0.59700.5970 0.23300.2330 75.9775.9730%30% 62.0662.06 10.9610.96 73.0273.02 17.417.4 0.55230.5523 0.23120.2312
18、73.3473.3450%50% 60.8060.80 10.9610.96 71.7671.76 17.817.8 0.52490.5249 0.23040.2304 72.0572.0562%62% 60.5860.58 10.9610.96 71.5471.54 19.819.8 0.50150.5015 0.23020.2302 71.8171.8178%78% 60.7560.75 10.9610.96 71.7171.71 18.818.8 0.51430.5143 0.23040.2304 71.9971.9985%85% 61.3061.30 10.9610.96 72.267
19、2.26 19.019.0 0.52240.5224 0.23070.2307 72.5572.5590%90% 61.8661.86 10.9610.96 72.8272.82 19.219.2 0.53070.5307 0.23110.2311 73.1273.1295%95% 62.4562.45 10.9610.96 73.4173.41 19.919.9 0.53470.5347 0.23150.2315 73.7173.71h/h/温度温度/ /t t 观观/ /t t 环环t t 露露t t 压压t t 正正/ /茎茎/ /力力/ /常常/ /乙酸乙乙酸乙酯酯10%10%30%3
20、0%50%50%62%62%78%78%85%85%90%90%95%95%乙酸乙乙酸乙酯酯10%10%30%30%50%50%气相折气相折射率射率 1 1气相折气相折射率射率 2 2气相折气相折射率射率 3 3气相平气相平均均1.37101.37101.36791.36791.36811.36811.36811.36811.36801.36801.37091.37091.37101.37101.37201.37201.37201.37201.37191.37191.37201.37201.37251.37251.37241.37241.37241.37241.37241.37241.3728
21、1.37281.37301.37301.37311.37311.37301.37301.37321.37321.37331.37331.37331.37331.37331.37331.37401.37401.37421.37421.37421.37421.37411.37411.37491.37491.37481.37481.37481.37481.37481.3748液相折液相折射率射率 1 1液相折液相折射率射率 2 2液相折液相折射率射率 3 3液相平液相平均均1.36611.36611.36621.36621.36631.36631.36621.36621.36821.36821.36
22、831.36831.36851.36851.36831.36831.37081.37081.37101.37101.37081.37081.37091.370962%62%78%78%85%85%90%90%95%95%1.37171.37171.37181.37181.37201.37201.37181.37181.37381.37381.37391.37391.37411.37411.37391.37391.37431.37431.37451.37451.37451.37451.37441.37441.37501.37501.37501.37501.37501.37501.37501.37
23、501.37581.37581.37581.37581.37591.37591.37581.3758纯乙酸乙酯纯乙酸乙酯1.37681.37681.37691.37691.37681.37681.37681.3768纯乙醇纯乙醇1.36551.36551.36541.36541.36561.36561.36551.3655样品样品折射率折射率 1 1折射率折射率 2 2折射率折射率 3 3平均值平均值由纯乙酸乙酯和纯乙醇的折射率可得出：由纯乙酸乙酯和纯乙醇的折射率可得出： 折射率折射率体积分数工作曲线体积分数工作曲线直直 线线 方方 程程 为为y=0.0113x+1.3655y=0.0113x
24、+1.3655：根据直线方程可以算出气相、根据直线方程可以算出气相、 液相所测点的体积液相所测点的体积分数分数乙酸乙酯乙酸乙酯10%10%30%30%50%50%62%62%气相乙酸乙酯气相乙酸乙酯0.22420.22420.48230.48230.57230.57230.61360.6136液相乙酸乙酯液相乙酸乙酯0.06190.06190.25070.25070.47490.47490.56050.5605v v（体积分数）（体积分数） v v（体积分数）（体积分数）78%78%85%85%90%90%95%95%0.66080.66080.68730.68730.76400.76400.
25、82600.82600.74630.74630.79060.79060.84070.84070.91450.9145再根据体积分数摩尔分数的关系，再根据体积分数摩尔分数的关系，n乙酸乙酯x n乙酸乙酯n乙醇m11V1M1M1m1m21V12V2M1M2M1M21：乙酸乙酯的密度：乙酸乙酯的密度2：乙醇的密度：乙醇的密度M1M2V1：乙酸乙酯的相对分子质量：乙酸乙酯的相对分子质量：乙醇的相对分子质量：乙醇的相对分子质量：乙酸乙酯的气相：乙酸乙酯的气相/ /液相体积分数液相体积分数：乙醇的气相：乙醇的气相/ /液相体积分数液相体积分数代入数据得出下表：代入数据得出下表：乙酸乙酯乙酸乙酯10%10%
26、30%30%50%50%气相乙酸乙酯气相乙酸乙酯0.20690.20690.45690.45690.54710.5471液相乙酸乙酯液相乙酸乙酯0.05630.05630.23200.23200.44950.4495x x（摩尔分数）（摩尔分数） x x（摩尔分数）（摩尔分数）V262%62%78%78%85%85%90%90%95%95%0.58910.58910.63750.63750.66500.66500.74510.74510.81080.81080.53520.53520.72650.72650.77310.77310.82650.82650.90610.9061根据温度与乙酸乙酯
27、摩尔分数的关系，根据温度与乙酸乙酯摩尔分数的关系， 作出双液作出双液系气液平衡相图绘制系气液平衡相图绘制t t 正常正常/ /75.9775.9773.3473.3472.0572.0571.8171.8171.9971.9972.5572.5573.1273.1273.7173.71气相乙酸乙酯气相乙酸乙酯0.20690.20690.45690.45690.54710.54710.58910.58910.63750.63750.66500.66500.74510.74510.81080.8108液相乙酸乙酯液相乙酸乙酯0.05630.05630.23200.23200.44950.44950
28、.53520.53520.72650.72650.77310.77310.82650.82650.90610.9061x x（摩尔分数）（摩尔分数） x x（摩尔分数）（摩尔分数）查得相关数据：查得相关数据：乙酸乙酯的沸点：乙酸乙酯的沸点： 77.0677.06乙醇的沸点：乙醇的沸点：78.4 C78.4 C从图确定，最低恒沸点：从图确定，最低恒沸点： 71.8471.84乙乙酸酸乙乙酯酯与与乙乙醇醇溶溶液液的的组组成成：乙乙酸酸乙乙酯酯：0.58240.5824乙醇：乙醇：0.41760.4176实验评注与拓展：实验评注与拓展：接接通加热电源前，通加热电源前， 必须检查调压变压器旋钮是必须检
29、查调压变压器旋钮是否处于零位置，否处于零位置，以免引起有机组分燃烧或烧坏以免引起有机组分燃烧或烧坏加热电阻丝。加热电阻丝。必必须在停止加热后才能取样分析须在停止加热后才能取样分析测测定折射率时，定折射率时， 动作必须迅速，动作必须迅速， 避免组分挥发，避免组分挥发，能否快速准确地测定折射率是本实验的关键能否快速准确地测定折射率是本实验的关键之一。之一。实实验过程中应注意大气压的变化，验过程中应注意大气压的变化， 必要时须进必要时须进行沸点校正。行沸点校正。提问与思考：提问与思考：若蒸馏时仪器保温条件欠佳，若蒸馏时仪器保温条件欠佳， 在气相到达平衡在气相到达平衡气体收集小槽之前，气体收集小槽之前
30、， 沸点较高的组分会发生部分沸点较高的组分会发生部分冷凝，则冷凝，则 T Tx x 图将怎么变化？图将怎么变化？答：答：若有冷凝，若有冷凝，则气相部分中沸点较高的组分含则气相部分中沸点较高的组分含量偏低，相对来说沸点较低的组分含量偏高了，量偏低，相对来说沸点较低的组分含量偏高了，则则 T T 不变，不变，x x 的组成向左或向右移（视具体情况的组成向左或向右移（视具体情况而定）而定）样品混合液测定时，样品混合液测定时， 可以粗略配置不同乙醇体可以粗略配置不同乙醇体积分数的溶液，为什么？积分数的溶液，为什么？答：答： 因为实验中只需要得到同一温度下气相和液因为实验中只需要得到同一温度下气相和液相
31、的组成，相的组成，在配制溶液的时候，在配制溶液的时候，不需考虑具体的不需考虑具体的比例。比例。 （例如（例如 80%80%的跟的跟 79%79%都没关系，都没关系，实验中只需实验中只需要得到一些能够作图的点就足够了。要得到一些能够作图的点就足够了。 ）参考文献：参考文献：1.1.复旦大学复旦大学. .物理化学实验，物理化学实验， 第第 2 2 版版M.M.北京北京_ _高等教育出版社高等教育出版社,1993.,1993.2.2. 北京大学化学系生物化学教研室北京大学化学系生物化学教研室 . .物理化物理化学学实实验验，第第 3 3 版版M.M.北北京京_ _北北京京大大学学出出版版社社,1995.,1995.3.3. 北京农业大学物理化学教研室北京农业大学物理化学教研室 . .物理化学物理化学实验，第实验，第2 2 版版M.M.北京北京_ _北京农业大学出版北京农业大学出版社社,1998.,1998.4.4.戴维戴维 P P 休梅尔休梅尔 等等 俞鼎琼等（译）俞鼎琼等（译）. .物理化物理化学学实实验验，第第 4 4 版版M.M.北北京京_ _化化学学工工业业出出版版社社,1990.,1990.
