二组分完全互溶双液系气-液平衡相图

装订装订线课程名称：大学化学实验（P）指导老师：成绩：_______________实验名称：二组分完全互溶双液系气-液平衡相图实验类型：物性测试同组学生姓名：【实验目的】学习测定气-液平衡数据及绘制二组分系统相图的方法，加深理解相律和相图等概念。掌握正确测量纯液体和液体混合物沸点的方法。熟悉阿贝折光仪的原理及操作，熟练掌握超级恒温超的使用和液体折射率的测定。了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。【实验原理】两种液态物质若能以任意比例混合，则称为二组分完全互溶液态混合物系统。当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时就会沸腾，此时的温度就是沸点。在一定外压下，纯液体的沸点有确定值，通常说的液体沸点指101.3kPa下的沸点。对于完全互溶的混合物系统，沸点不仅与外压有关，还与系统的组成有关。在一定压力下，二组分完全互溶液态混合物系统的沸点与组成的关系可分为三类：（1）液态混合物的沸点介于两纯组分的沸点之间，如苯-甲苯系统；（2）液态混合物有沸点极大值，如丙酮-氯仿系统；（3）液态混合物有沸点极小值，如水-乙醇系统、苯-乙醇系统。对于第（1）类，在系统处于沸点时，气液两相的组成不相同，可以通过精馏使系统的两个组分完全分离。第（2）、（3）类是由实际系统与拉乌尔定律产生严重偏差导致。正偏差很大的系统，如第（3）类，在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时，如第（2）类，则会出现极大值。相图中出现极致的那一点，称为恒沸点，恒沸点温度和组成都是非常重要的平衡数据。具有恒沸点组成的二组分混合物，在蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，整个蒸馏过程中沸点恒定不变，因此称为恒沸混合物，如要获得两纯组分，则需采取其他方法。液态混合物组成的分析是相平衡实验的关键。组分分析常采用折射率法、密度法等物理方法和色谱分析法等。本实验采用折射率法。在一定温度下的折射率是物质的一个特征参数，液态混合物的折射率与组成有关，一般呈简单的函数关系。因此，测定一系列已知浓度的液态混合物在某一温度下的折射率，作出该液态混合物的折射率-组成工作曲线，根据未知液态混合物的折射率值，可按内插法得到这种未知液态混合物的组成。折射率是温度的函数，测定时必须严格控制温度。本实验采用配置超级恒温槽的阿贝折光仪来测量平衡气、液相的组成。【试剂与仪器】仪器沸点仪、阿贝折光仪、超级恒温槽、电子天平各1台；调压变压器1只；温度计（50~100℃，1/10℃）1支；普通温度计（1~100℃）1支；250mL烧杯1只；针筒2只；电吹风1只；滴管若干只；擦镜纸。试剂环己烷（AR）；无水乙醇（AR）。【实验步骤】制作环己烷-乙醇液态混合物的折射率-组成工作曲线（实验室完成）。安装沸点仪：将干燥的沸点仪安装好，检查带有温度计的软木塞是否塞紧及温度计的位置。加热用的电热丝要靠近容器底部的中心。测定沸点：自液体取样口加入乙醇200~25mL，开冷却水，接通电源，缓慢加热，使沸腾时玻璃提升管喷溢的沸腾液能不断冲在水银球上，且蒸气能在冷凝管中凝聚。如此沸腾一段时间，使冷凝液不断淋洗小球中的液体，知道温度计读数稳定为止。分别记录温度计和辅助温度计的读数。取样分析：切断电源，停止加热，用250mL烧杯盛冷水套在沸点仪底部，冷却容器内液体，用干燥管吸取蒸汽冷凝液和残留液，供测定折射光率用。测定折射率：调节通入阿贝折光仪的超级恒温槽水温与制作工作曲线的温度一致（30.0℃），然后分别测定蒸汽冷凝液和残留液的折射率。每个样品要平行测定3次折射率值。测毕后由加料口逐次加入1mL、3mL、3mL、5mL、…环己烷，重复试验，分别测定其沸点和折射率，至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止，停止加入环己烷。然后将沸腾夜混合物倒入回收瓶中，吹干仪器，再加入30mL环己烷。如前操作，不过逐次加入0.2mL、0.3mL、0.5mL、1mL、1mL、3mL、3mL、…直至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止。*本次试验步骤6由同组成员完成【数据记录与处理】室温：27.7℃，大气压：101kPa。25mL乙醇中加入环己烷实验。 温度计露茎校正（测量温度计至53.70℃以上部分露出）。 校正公式t=t1+0.000156h（t1-t2） t1为测量温度计读数；t2为辅助温度计读数；h为测量温度计露出部分高度（以℃表示） h=t1–53.70℃；0.000156为水银相对玻璃的膨胀系数。表1环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（一）环己烷加入量/mL混合物沸点/℃辅助温度/℃校正后沸点/℃气相（冷凝液）液相（残留液）折射率组成折射率组成079.9427.480.161.356701.35640176.4025.076.581.36820.1281.35830.015373.6024.373.751.37850.2541.36330.072368.9029.068.991.38600.3561.36790.125570.6029.570.711.38790.3851.37440.201566.1528.966.221.39470.4941.37870.257765.3029.065.371.39620.5181.38730.333765.0028.965.061.39680.5291.38470.378764.8028.864.861.39710.5341.39110.435564.7529.064.811.39730.5381.39350.4743.564.7229.164.781.39740.5391.39490.497264.7029.064.761.39750.5411.39680.52930mL环己烷中加入乙醇实验。温度计露茎校正（测量温度计至60.21℃以上部分露出）。校正公式t=t1+0.000156（t1-60.21）（t1-t2）表2环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（二）乙醇加入量/mL混合物沸点/℃辅助温度/℃校正后沸点/℃气相（冷凝液）液相（残留液）折射率组成折射率组成079.2528.079.401.420311.420610.278.8030.578.941.41900.9721.41960.9840.376.0531.476.161.40880.7531.41880.9680.572.3031.972.381.40540.6851.41740.937167.7032.067.741.40050.5931.41580.901165.3532.065.381.39930.5721.41300.840364.8832.064.901.39860.5601.40540.685364.8031.064.821.39800.5501.40200.621364.7730.064.791.39760.5431.39890.565264.7530.164.771.39760.5431.39700.532绘制环己烷-乙醇二组分系统的沸点组成图图1环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图根据图1的相图可以得到，环己烷-乙醇二组分系统的恒沸点约为64.76℃，恒沸混合物的组成为环己烷摩尔分数0.540。文献理论值：恒沸温度为64.90℃，恒沸组成为0.550组成偏差为0.01,恒沸温度相对误差为|64.90–64.76|/64.90=0.2%【分析与讨论】误差分析实验得到的环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图基本符合我们的实验结果，恒沸温度与恒沸组成的偏差很小，可能产生误差的原因有：（1）溶液沸点与外界压强有关，实验测量气压并非标准气压，实验室气压也未进行校正，所以得到的实验结果会存在较小偏差。（2）测量样品折射率过程中，低沸点样品可能有挥发，影响组成判断。（3）使用阿贝折光仪读数时，存在视差对折射率造成影响。（4）取样工具未完全干燥，残余试剂会影响样品组成。实验中需要注意的问题分析（1）测定折光率时，动作要迅速，以避免样品中易挥发组分损失，确保数据准确。（2）电热丝一定