双液系的气-液平衡相图解读ppt课件.ppt

双液系的气液平衡相图实验目的与要求实验目的与要求l绘制在常压下环己烷乙醇双液系的气液绘制在常压下环己烷乙醇双液系的气液平衡相图，了解相图和相律的基本概念。平衡相图，了解相图和相律的基本概念。l掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法。方法。l掌握用折射率确定二元液体组成的方法。掌握用折射率确定二元液体组成的方法。实验原理实验原理l气液相图气液相图 两种液态物质混合而成的二组分体系两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系，两个组分若能以任意比例相称为双液系，两个组分若能以任意比例相互溶解，称为完全互溶双液系。两个组分互溶解，称为完全互溶双液系。两个组分若只能在一定比例范围内相互溶解，称为若只能在一定比例范围内相互溶解，称为部分互溶双液系。部分互溶双液系。l液体的沸点液体的沸点 是指液体的蒸气压与外界压力相等时的是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。在一定的外压下，纯液体的沸点有其温度。在一定的外压下，纯液体的沸点有其确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关，确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液的相对含量有关。根据相律，而且还与两种液的相对含量有关。根据相律，自由度组分数相数自由度组分数相数2 2，因此，一个以，因此，一个以气液共存的二组分体系，其自由度为气液共存的二组分体系，其自由度为2 2。 只要任意再确定一个变量，整个体系的只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。在一存在状态就可以用二维图形来描述。在一定温度下，可以画出体系的压力定温度下，可以画出体系的压力P P和组分和组分x x的关系图，如体系的压力确定，则可作温的关系图，如体系的压力确定，则可作温度度T T对对x x的关系图。在的关系图。在T Tx x相图上，还有温相图上，还有温度、液相组成和气相组成三个变量，则其度、液相组成和气相组成三个变量，则其它两个变量必须有相应的确定值。它两个变量必须有相应的确定值。试剂和仪器试剂和仪器l沸点测定仪沸点测定仪 各种沸点测定仪的具体构造虽然各有各种沸点测定仪的具体构造虽然各有特点，但其设计思想都集中于如何正确测特点，但其设计思想都集中于如何正确测定沸点和气液相的组成，便于取样分析，定沸点和气液相的组成，便于取样分析，防止过热及避免分馏等方面。防止过热及避免分馏等方面。l蒸汽冷凝部分的设计是关键之一。若收集蒸汽冷凝部分的设计是关键之一。若收集冷凝液的凹形半球容积过大，在客观上即冷凝液的凹形半球容积过大，在客观上即造成溶液得分馏；而过小则回因取太少而造成溶液得分馏；而过小则回因取太少而给测定带来一定困难。给测定带来一定困难。l连接冷凝和圆底烧瓶之间的连接管过短或连接冷凝和圆底烧瓶之间的连接管过短或位置过低，沸腾的液体就有可能溅入小球位置过低，沸腾的液体就有可能溅入小球内；相反，则易导致沸点较高的组分先被内；相反，则易导致沸点较高的组分先被冷凝下来，这样一来，气相样品组成将有冷凝下来，这样一来，气相样品组成将有偏差。偏差。本实验所用沸点仪如图所示：这是本实验所用沸点仪如图所示：这是一只带回流凝管的长颈园底烧瓶。一只带回流凝管的长颈园底烧瓶。冷凝管底部有一半球形小室，用于冷凝管底部有一半球形小室，用于收集冷凝下来的气相样品。电流经收集冷凝下来的气相样品。电流经变压器和粗导线通过浸于溶液中的变压器和粗导线通过浸于溶液中的电热丝。这样既可减少溶液沸腾时电热丝。这样既可减少溶液沸腾时的过热现象，还能防止暴沸。的过热现象，还能防止暴沸。 沸点测定仪沸点测定仪 1只只 阿贝折射仪阿贝折射仪 1台台 调压变压器调压变压器 1只只 烧杯烧杯500ml 1只只 玻璃水银温度计（玻璃水银温度计（50100最小分度值最小分度值0.1） 1支支 吸液管（吸液管（1ml） 2只，（只，（2ml） 1只，只， （5ml） 2只只 环己烷（分析纯）环己烷（分析纯） 无水乙醇（分析纯）无水乙醇（分析纯） 实验步骤实验步骤1、工作曲线绘制、工作曲线绘制 本实验可用折光率组成工作曲线来测本实验可用折光率组成工作曲线来测得平衡体系的两相组成。根据教材中所列得平衡体系的两相组成。根据教材中所列的环己烷无水乙醇组成的环己烷无水乙醇组成/折光率表，绘制折光率表，绘制环己烷无水乙醇组成环己烷无水乙醇组成/折光率曲线。折光率曲线。l安装沸点仪安装沸点仪 将烘干的沸点仪按装好，检查带有温度将烘干的沸点仪按装好，检查带有温度计的软木塞是否塞紧，电热丝要靠近烧瓶计的软木塞是否塞紧，电热丝要靠近烧瓶底部的中心，温度计银球的位置应处在支底部的中心，温度计银球的位置应处在支管之下，但和加热丝之间要有一定距离。管之下，但和加热丝之间要有一定距离。l 测定沸点测定沸点 在已洗净烘干的蒸馏瓶内加入在已洗净烘干的蒸馏瓶内加入30cm3环环己烷，向蒸馏瓶内加入己烷，向蒸馏瓶内加入0.5cm3乙醇，乙醇，其液面其液面应在温度计水银球的中部，电热丝应完应在温度计水银球的中部，电热丝应完全浸全浸没于溶液中，打开冷却水，接通电源。用调没于溶液中，打开冷却水，接通电源。用调压变压器调节电压，由零开始逐渐加大电压压变压器调节电压，由零开始逐渐加大电压使溶液缓慢加热，观查电热丝上是否有小气使溶液缓慢加热，观查电热丝上是否有小气泡逸出。泡逸出。 调节电压和冷却水流量，使蒸气能在冷调节电压和冷却水流量，使蒸气能在冷凝管中的高度保持在凝管中的高度保持在2 2cmcm左右。至温度计的读左右。至温度计的读数稳定后再维持数稳定后再维持3 35 5minmin，使体系达到平衡，使体系达到平衡，在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶，记录温度计读数和露茎的温度及大气烧瓶，记录温度计读数和露茎的温度及大气压力。压力。(温度保持恒定，证明气液相达到平衡，温度保持恒定，证明气液相达到平衡，一般约一般约10分钟分钟)l取样并测定折光率取样并测定折光率 切断电源，停止加热，用盛冷水的烧杯切断电源，停止加热，用盛冷水的烧杯套在沸点仪底部使体系冷却。用一只干燥的套在沸点仪底部使体系冷却。用一只干燥的滴管自冷凝管中取出小球内的全部冷凝液，滴管自冷凝管中取出小球内的全部冷凝液，用另一只干燥的滴管由支管吸取烧瓶内的溶用另一只干燥的滴管由支管吸取烧瓶内的溶液液1ml左右，上述样品可分别作为平衡时的左右，上述样品可分别作为平衡时的气相样品和液相样品，用阿贝折光仪测其折气相样品和液相样品，用阿贝折光仪测其折光率。最后将溶液倒入指定的储液瓶。光率。最后将溶液倒入指定的储液瓶。 记录完毕后，再向蒸馏瓶内再加入记录完毕后，再向蒸馏瓶内再加入0.5cm3乙乙醇，按前述方法测定沸点及气液两相的折射率。醇，按前述方法测定沸点及气液两相的折射率。再依次加入再依次加入2，3cm3乙醇，作同样实验。乙醇，作同样实验。 上述实验结束后，将母液放入回收瓶内。用少上述实验结束后，将母液放入回收瓶内。用少量乙醇洗涤蒸馏瓶。待其冷却至室温后，注入量乙醇洗涤蒸馏瓶。待其冷却至室温后，注入30cm3乙醇，然后按前述方法测定依次测定加入乙醇，然后按前述方法测定依次测定加入0.5，2，3，5cm3环己烷，测定其沸点。分别测定环己烷，测定其沸点。分别测定它们的沸点及气液相样品的折射率。它们的沸点及气液相样品的折射率。操作要点操作要点l 由于沸点及气液两相折光率的测定需要气液平衡由于沸点及气液两相折光率的测定需要气液平衡的条件下测定，因此应注意以下几个操作要点：的条件下测定，因此应注意以下几个操作要点：l变压器调节电压时，应由零开始逐渐加大电压使溶液变压器调节电压时，应由零开始逐渐加大电压使溶液缓慢加热。每种浓度样品其沸腾状态应尽量一致。即缓慢加热。每种浓度样品其沸腾状态应尽量一致。即气泡连续、均匀冒出为好，不要过于激烈也不要过于气泡连续、均匀冒出为好，不要过于激烈也不要过于慢。慢。l 蒸气在冷凝管中的高度应保持在蒸气在冷凝管中的高度应保持在2cm左右，温度计读左右，温度计读数稳定后体系达到平衡，数稳定后体系达到平衡，(温度保持恒定，证明气液相温度保持恒定，证明气液相达到平衡，一般约达到平衡，一般约10分钟分钟)l最初收集在球形凹槽内的冷凝液常不能代表平衡时的最初收集在球形凹槽内的冷凝液常不能代表平衡时的气相的组成。因此需将最初的冷凝液倾倒回烧瓶气相的组成。因此需将最初的冷凝液倾倒回烧瓶23次。次。注意事项注意事项l加热电热丝一定要被欲测液体浸没，否则通加热电热丝一定要被欲测液体浸没，否则通电加热时会引起有机溶液的燃烧或烧断加热电加热时会引起有机溶液的燃烧或烧断加热丝，所加电压不能太大，加热丝上有小气泡丝，所加电压不能太大，加热丝上有小气泡逸出即可，温度计水银球不要直接碰到加热逸出即可，温度计水银球不要直接碰到加热丝。丝。l一定要使体系达到平衡，即温度计读数稳定，一定要使体系达到平衡，即温度计读数稳定，先停止通电加热再取样分析。先停止通电加热再取样分析。l使用折光仪时，棱镜上不能触及硬物（如滴使用折光仪时，棱镜上不能触及硬物（如滴管）。管）。数据处理数据处理l沸点温度校正沸点温度校正 (1)正常沸点。在标准大气压下测得的沸点正常沸点。在标准大气压下测得的沸点称为正常沸点。通常外界压力并不恰好等称为正常沸点。通常外界压力并不恰好等于于101.325KPa，因此，应对实验测得值作因此，应对实验测得值作压力校正。应用特鲁顿规则及克劳修斯压力校正。应用特鲁顿规则及克劳修斯克拉见龙公式校正。克拉见龙公式校正。 t压压（273.15+ t测测）/10（101325P）/101325 l温度露茎校正温度露茎校正 在作精密的温度测量时，需对温度计读数在作精密的温度测量时，需对温度计读数校正。根据玻璃与水银膨胀系数的差异，校正。根据玻璃与水银膨胀系数的差异，校正计算式为：校正计算式为： t露露1.610-4n（tAtB） 式中式中tA、tB为露茎部位的温度值，为露茎部位的温度值，n为露出为露出在体系外的水银柱长度。即图在体系外的水银柱长度。即图4中温度计的中温度计的观测值与沸点仪软木塞处温度计读数之差，观测值与沸点仪软木塞处温度计读数之差，并以温度差值作为长度单位。并以温度差值作为长度单位。校正后溶液的正常沸点为校正后溶液的正常沸点为 t沸沸t测测t压压t露露 l作出折光率组成标准曲线。作出折光率组成标准曲线。根据所得蒸根据所得蒸出液和蒸馏液的折光率，在标准曲线上找出液和蒸馏液的折光率，在标准曲线上找出对应的成分。出对应的成分。l作环己烷乙醇的作环己烷乙醇的Tx图。并从图中确定图。并从图中确定出最低恒沸点和恒沸物组成。出最低恒沸点和恒沸物组成。思考问题思考问题l闪蒸现象、分馏现象及暴沸现象是指什么？闪蒸现象、分馏现象及暴沸现象是指什么？如何消除？如何消除？l如出现闪蒸现象、分馏现象及暴沸现象，如出现闪蒸现象、分馏现象及暴沸现象，将使绘出的相图图形会产生什么变化？将使绘出的相图图形会产生什么变化？l过热现象是指什么？如果有过热现象所得过热现象是指什么？如果有过热现象所得相图区如何变化？相图区如何变化？l双液系相图实验中，气液两相温度应不应双液系相图实验中，气液两相温度应不应该一致？实际上是否一致？为什么怎样防该一致？实际上是否一致？为什么怎样防止温度的差异？止温度的差异？参考文献参考文献l1.刘寿长，物理化学实验与技术，郑州大学刘寿长，物理化学实验与技术，郑州大学出版社，出版社，2004l2. 于庆水，双液系相图实验中分馏效应的于庆水，双液系相图实验中分馏效应的消除，沧州师范专科学校学报，消除，沧州师范专科学校学报，2005，21（2）：）：85.l3.苏碧泉，气液平衡相图绘制实验的改进，苏碧泉，气液平衡相图绘制实验的改进，化学教育，化学教育，2006 ，27（2） ：54