物化试验——双液系沸点-组成图的绘制

1、实验五双液系沸点-组成图的绘制一、实验目的1.测定100kPa下乙醇一乙酸乙酯体系的气液平衡相图。2,使用数字阿贝折射仪测定液体、气体的组成。一、基本原理从完全互溶双液系的t-x图中可清楚地看到系统在达到沸腾时的温度，以及达到气液平衡时气、液两相的组成。t-x图对于了解系统的行为，系统的分储过程很有实用价值。理想的双液系在全部组成范围内符合拉乌尔定律，有少数系统能近似符合理想溶液的行为，但大多数系统在p-x图中有正或负的偏差。本实验采用的系统是对拉乌尔定律产生正偏差的系统。在一定压力下完全互溶双液系的沸点与组成的关系有三种情况：1,溶液沸点介于二纯组分的沸点之间，如正丙醇一乙醇、苯一甲苯。2,

2、溶液具有最高恒沸点如氯化氢一水、硝酸一水。3,溶液具有最低恒沸点如苯一乙醇、乙醇一水、乙醇一乙酸乙酯。上述情况的t-x图如图5-1所示。图5一1二元双液系Er图从相律分析，对于双液系，当压力恒定时，在气液相平衡共存区域内，自由度等于1（F=C-P+1=2N+1=1）,当温度一定，气液二相的组成也一定。反之，溶液的组成一定，气液平衡时系统温度恒定。将某组成的双液系置于沸点仪中，加热至沸腾，在气液两相达平衡，测定其沸点为力，同时测定达到平衡时的气相组成和液相组成分别为y1和x1（如图5-1左）。若换一种xb稍小的物系，加热蒸储达到新的平衡，沸点t2对应气相组成和液相组成为y1、x1。待二相平衡以后

3、，取出二相样品，用物理方法或化学的方法分析二相的组成，在t-x图中画出该温度下二相平衡时各相组成的坐标点（可用表示气相点，用纸示液相点）。不断改变系统的组成，再按上法测出一对对坐标点。分别将气相点和液相点连成气相线和液相线，就得到完全互溶双液系的t-x相图。仪器装置如图5-2所示；整个装置分为加热部分与冷凝部分，加热部分由电热丝和电源组成（220V电压变至0V15V,视需要而定）。蒸汽在支管B中冷凝。冷凝液一部分回流入沸点仪，一部分存于小槽D室中，温度计由热电偶构成浸入液面。液体样品自A处吸出，气相冷凝液自B管底部小D室中吸出。达到平衡的两相组成采用数字阿贝折射仪测定，数字阿贝折射仪的原理及使

4、用方法见附录-o二、仪器和试剂1,仪器：数字阿贝折射仪1台，501超级恒温槽1台，沸点仪1套，滴管1个，洗耳球1个。2.试齐J:10瓶不同浓度的乙酸乙酯-乙醇混合液。图52沸点仪四、实验步聚1,开启501超级恒温槽水浴，观察温度是否恒定在25Cd0.2Co打开冷凝水。2.测定含乙酸乙酯11%、22%、35%、42%、52%、62%、78%、85%、91%、95%（均为粗配体积百分数）的10个组成的乙醇溶液的沸点及25c下平衡气液相的折射率。（1）在沸点仪内用量筒加入大约25mL的待测液，使电热丝浸入液体中，热电偶温度计浸没于液面下约1.5cm,接通电源（电压6V15V）加热至沸腾，待温度稳定（

5、5分钟不再上升）后，记录沸腾温度t观，先用干净的短吸管从小D室取气相冷凝液直接在数字阿贝折射仪上测折射率，然后停止加热，用洗耳球吹干吸管和阿贝折射仪上下玻璃，再从A处取液相溶液直接滴进数字阿贝折射仪测液相折射率。（2）进入数字阿贝折射仪的超级恒温水槽循环水为25C10.2C,每次加样测量前用洗耳球吹干折射仪的上下玻璃棱镜和吸管是重要的步骤（由于使用的有机混合物样品挥发性大，洗耳球吹吸几次玻壬等物即可吹干），分别测定平衡时气相、液相样品折射率，加一次样品读数三次，取其平均值。测定完后拧松双顶丝螺丝，倾斜沸点仪，将混合物从沸点仪磨口A处倒回原试剂瓶中。（3）依次测定不同组成混合液的沸点及达到平衡的

6、气相、液相折射率，操作时不必吹干沸点仪，做完10个混合液。3.实验前后要记录实验室大气压力和温度。五、数据处理1 .作工作曲线表5-1是25c下精确配制的含乙酸乙酯分别为0mL、1mL、2mL、3mL、4mL、5mL总体积为5mL的乙酸乙酯和乙醇混合溶液所测得的折射率值，并计算出了各混合溶液对应的乙酸乙酯质量百分比浓度。根据此表数据以折射率值为纵坐标，以乙酸乙酯质量百分比浓度为横坐标，可作nD25W/%工作曲线备查。表5-125c下，乙酸乙酯和乙醇混合溶液的折射率值CH3COOC2H5V/%W/%V/(mL)nD250001.35922022.211.36104043.221.36316063

7、.131.36508082.241.367410010051.36982 .根据工作曲线将气相、液相的折射率转换成质量百分比浓度并填充下表5-2。表5-2实验记录填充表V酯/%t观/(C)25nD(g)气相W酯/%25nD(l)液相W酯/%1177.672274.593573.084272.665272.046271.547871.668572.389173.269573.723 .已知纯乙醇和纯乙酸乙酯的沸点分别为78.5C和77.0C,根据上表数据和纯乙醇和纯乙酸乙酯沸点作沸点t/C质量百分比浓度组成W/%相图，从图上求出最低恒沸点及相应的恒沸物组成。六、思考题1 .在本实验中气液两相是否

8、达到真正的平衡？为什么？冷凝管D处如果体积太大对测量有何影响？2 .为什么测定纯乙醇及纯乙酸乙酯的沸点时要吹干沸点仪，而实验中测定混合液的气相、液相组成及沸点时则不必将沸点仪的残液吹干？3 .本实验的误差来源何在?附录一WYA-2S数字阿贝折射仪一、阿贝折射仪的构造阿贝折射仪是根据光的全反射原理设计的仪器、利用全反射临界角的测定方法来测定未知物质的折射率，其构造如图5-3所示：其主要部分为两块直角棱镜-测量棱镜与辅助棱镜。待测液体紧压于二棱镜平面之间，形成一薄层（约为0.1mm厚），辅助棱镜表面是粗糙的，光线由反光镜反射入辅助棱镜，在其表面发生漫反射，以不同的射角进入液体层，然后再射到测量棱镜

9、的光滑表面上。由于测量棱镜的折射率很高（约为1.85）,一部分光线可以再经折射进入空气而到测量目镜一测量望远镜，另一部分光线发生全反射，用手轮调节使目镜中的视野如图5-6所示再读数。为了方便，阿贝折射仪光源用小灯泡发光，而不是单色光，光通过棱镜时因其不同波长的光折射率不同而产生色散，使临界角模糊，因而在测量望远镜的镜筒下面设计了一套消色散棱镜，旋转消色散手柄可使色散现象消除，调好以后在读数望远镜中读出折射率（百分刻度为测糖的浓度时用）。1. 目镜2. 色散手轮3. 显示窗4. “POWER!源开关5. “READ卖数显示键6. “BXC”经温度修正锤度显示键7. n'D”折射率显示键8

10、. “B麻经温度修正锤度显示键9. 调节手轮10. 聚光照明部件11. 折射棱镜部件12. “TEM福度显示键13. RS232接口图53阿贝折射仪结构图二、阿贝折射仪的光学原理当光线穿过一种介质进入另一种介质时，在界面上发生折射，折射线的方向有赖于两种介质的光学特性，对于给定的介质，在给定的条件下，入射角与折射角之正弦比为一常数。sinr/sini=n2/n1图54光路图ni、n2分别为介质1和介质2的折射率。若介质1为光密介质，介质2为光疏介质，则ni>n2,i角必大于r角（见图a）;当r=e时，I=900（见图b）,称为临界角；如果r>e,则光线不能进入介质2而在界面上发生全

11、反射（见图c）。在入射角为临界角时，sine/sin90=n2/ni,sin90=1,n2=nisine。如果光线自光疏介质进入光密介质，当入射角为90。，即沿平行界面射入时，折射角必为临界角e。阿贝折射仪的测量原理如图5-5。图55折射棱镜图图中AB面以下为被测物质（透明液、固体），其折射率用ni表示。由折射定律得：nisin900=n2sinan2sin3=n2sini丁（）=o+3.a="3整理得ni=n2sin（6份=n2（sin（jcos伊cos帕in就n22sin23=sin2in22（i-cos23sin2in22-n22cos2芹sin2iJ7J02sini得cos，

12、,2n2代入上式得nisini.n22sin2icossini4角及n2为已知，当求得i角时，可以得到被测物质的折射率ni。当被测物质为液体时，用一磨沙面的进光棱镜，使液体放置在进光棱镜和折射棱镜中间，磨沙面主要是产生漫反射，使液层内有各种不同角度的入射光。三、阿贝折射仪的使用1 .按下“POWER电源开关4;聚光照明部件i0中照明灯亮，同时显示窗3显示0000。有时显示窗先显示-°，数秒后显示0000。2 .打开折射棱镜部件ii,移去擦镜纸，这张擦镜纸是仪器不使用时放在两棱镜之间，图56目镜视野示意图防止关上棱镜时，可能留在棱镜上细小硬粒弄坏棱镜工作表面。擦镜纸只需用单层。3 .检查上、下棱镜表面，用酒精小心清洁其表面。测定每一个样品以后也要仔细吹干两块棱镜表面，因为留在棱镜上少量的原来样品将影响下一个样品的测量准确度。4 .将被测样品放在下面的折射棱镜的工作表面上。如样品为液体，可用干净滴管吸12滴液体样品放在棱镜工作表面上，然后将上面的进光棱镜盖上。5 .旋紧聚光照明部件的转臂和聚光镜筒使上面的进光棱镜的进光表面得到均匀照明。6 .通过目镜1观察视场，同时旋转调节手轮9,使明暗分界线落在交叉线视场中。如果从目镜中看到视场是暗的，可将调节手轮逆时针旋转。看到视场是明亮的，则将调节手轮顺时针旋转。明亮区域是在视场顶部，暗区域在视场底部。