[指南]试验五 双液系气液平衡相图

[指南]试验五 双液系气液平衡相图 实验五 双液系气液平衡相图 一、实验目的 1. 绘制在p下环已烷—异丙醇双液系的气液平衡相图，了解相图和相律的基本概念;0 2. 掌握回流冷凝法测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法; 3. 了解阿贝折光仪的构造原理，熟悉掌握用折光率确定二元液体组成的方法。 二、实验原理 1、 气—液相图图 根据相律f=C-Φ+2，对于一个气—液共存的二组分体系，其自由度f=2，若再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。通常测定一系列不同配比溶液的沸点及气液两相的组成，就可绘制气—液相图。压力不同时，双液系的相图将略有差异。本实验要求将外压校正到101325kPa。 完全互溶双液系恒定压力下的沸点,组成图可以分成三类:?溶液沸点介于两纯组分沸点之间(图5.1);?溶液存在最低沸点(图5.2);?溶液存在最高沸点(图5.3)。 t/ ? p=常数 t/ ? p=常数 t/ ? p=常数 g g g l l l A x? B A x? B A x? BBBB 图5.1 图5.2 图5.3 图5.2、图5.3有时被称为具有恒沸点的双液系。和图 5.1根本的区别在于，系统处于恒沸点时气、液两相的组成 相同。因而不能象第一类那样通过反复蒸馏而使两种组分完 全分离。如果进行简单的反复蒸馏只能得到某一纯组分和组 成为恒沸点相应组成的混合物。如果要获得两纯组分需要采 用其它的方法。系统的最高或最低恒沸点即为恒沸温度，恒 图5.4沸点仪 1.精密温度计;2.磨口塞;3.电加热丝; 4.冷凝管;5.气相凝聚液。 沸温度对应的组成为恒沸组成。异丙醇,环己烷双液系属于具有最低恒沸点一类的系统。 2、 沸点测定仪 本实验所用沸点仪如图5.4所示的。 本实验是利用回流及分析的方法来绘制相图。取不同组成的溶液在沸点仪中回流，测定其沸点及气、液相组成沸点数据可直接由温度计获得，气、液相组成可通过测定其折光率，然后由组成,折光率曲线中最后确定。 三、仪器 试剂 沸点仪1套;恒温槽1台;阿贝折射仪1台;移液管(1mL)2支;量筒3只;小试管9支;异丙醇(分析纯);环已烷(分析纯)。 四、实验步骤 1. 调节恒温槽温度比室温高5?左右，通恒温水于阿贝折射仪中。 2. 测定折射率与组成的关系，作工作曲线:将9支小试管编号，依次移入0.100mL、0.200mL、…、0.900mL的环己烷，再依次移入0.900mL、0.800mL、…、0.100mL的异丙醇，轻轻摇动，混合均匀，配成9份已知浓度的溶液(按纯样品的密度，换算成质量百分浓度)。用阿贝折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和异丙醇的折射率。以折射率对浓度作图，即可绘制工作曲线。 3. 配制含异丙醇约5%、10%、25%、35%、50%、75%、85%、90%，95质量的环已烷溶液。 4. 测定沸点与组成 把事先配好的第一份溶液25mL加入沸点仪中，加入沸石，待沸腾稳定后，读取沸点温度，立即停止加热。取气相冷凝液测其折射率，而后再取液相液体测其折射率，然后用滴管取尽沸点仪中的测定液，放回原试剂瓶中。在沸点仪中再加入25mL新的待测液，用上述方 法同样依次测定。 注意: 在更换溶液时，务必用滴管取尽沸点仪中的测定液，以免带来误差。 五、实验注意事项 1. 由于整个体系并非绝对恒温，气、液两相的温度会有少许差别，因此沸点仪中，温度计水银球的位置应一半浸在溶液中，一半露在蒸气中。并随着溶液量的增加要不断调节水银球的位置。 2. 实验中尽可能避免过热现象，为此每加两次样品后，可加入一小块沸石，同时要控制好液体的回流速度，不宜过快或过慢(回流速度的快慢可调节加热温度来控制)。 3. 在每一份样品的蒸馏过程中，由于整个体系的成分不可能保持恒定，因此平衡温度会略有变化，特别是当溶液中两种组成的量相差较大时，变化更为明显。为此每加入一次样品后，只要待溶液沸腾，正常回流1min,2min后，即可取样测定，不宜等待时间过长。 4.每次取样量不宜过多，取样时毛细滴管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相取样口的残液亦要擦干净。 5.整个实验过程中，通过折射仪的水温要恒定，使用折射仪时，棱镜不能触及硬物(如 滴管)，擦拭棱镜用擦镜纸。 六、数据记录及处理 1. 折光率n—溶液组成x工作曲线的绘制 环已烷 1. 异丙醇-环已烷溶液的折光率n与组成x的数据记录 环已烷 折光率n，室温21.4?，气压97.23kPa w/g w/g x 异丙醇溶液环已烷1 2 3 平均值 / / 1.00 1.4165 1.4162 1.4168 1.4165 0.4972 9.9786 0.9211 1.4139 1.4140 1.4141 1.4140 0.4995 5.0027 0.8466 1.4108 1.4107 1.4109 1.4108 0.504 1.9948 0.6442 1.4000 1.4001 1.3999 1.4000 0.7415 2.2406 0.5531 1.3959 1.3960 1.3961 1.3960 1.0124 2.0182 0.3781 1.3876 1.3877 1.3875 1.3876 1.5144 2.0136 0.1679 1.3761 1.3763 1.3762 1.3762 1.7054 2.0019 0.0962 1.372 1.3718 1.3719 1.3719 1.8085 2.0211 0.0671 1.3705 1.3704 1.3706 1.3705 1.9012 2.0009 0.0311 1.3681 1.3682 1.368 1.3681 / / 0.00 1.3672 1.3669 1.3670 1.3670 1.42 1.412n=1.36684+0.05624x-0.00598x 1.40n 1.39 折光率 1.38 1.37 1.36 0.00.20.40.60.81.0 x环已烷 2. 绘制溶液组成x—沸点t相图，并标明最低恒沸点和组成。环已烷 表2. 溶液组成x—沸点t的数据记录 环已烷 97.23kPa沸点t/? 压/ 78.99 76.61 72.22 68.80 67.82 68.404 75.04 / t=t+(273.15+ t)/10×(101325-97230)/101325 沸压压 101.33kPa沸点t/? 沸82.30 80.41 78.02 73.62 70.18 69.20 69.78 76.45 82.30 折光率n 1.3670 1.3713 1.3768 1.3894 1.3965 1.3992 1.4006 1.4110 1.4165 液相 x 环已烷0.00 0.0800 0.1800 0.4200 0.5600 0.6150 0.6450 0.8650 1.00 折光率n 1.3670 1.3696 1.3721 1.3776 1.3868 1.3960 1.4064 1.4158 1.4165 气相 w% 异丙醇0.00 0.0500 0.0950 0.1950 0.3700 0.5500 0.7650 0.9700 1.00 恒沸点的组成为x=0.63，恒沸点温度t=69.12?。 环已烷 七、思考题 1.在该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测定样品时折射仪的恒温温度是否需要保持一致,为什么, 答:当然要一致。因为折光率与温度有关。 2.过热现象对实验产生什么影响,如何在实验中尽可能避免, 答:过热现象导致测定的溶液沸点偏高。实验中尽可能避免过热现象，为此每加两次样品后，可加入一小块沸石，同时要控制好液体的回流速度，不宜过快或过慢(回流速度的快慢可调节加热温度来控制)。 3.样品的浓度要十分精确吗,为什么, 答:不必要，但要尽量不要偏离太多。因为气相和液相的具体组成要根据折光率而定。 4.试估计哪些因素是本实验的误差主要来源,