双液系的气-液平衡相图解读上课讲义.ppt

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1、双液系的气双液系的气-液平衡相图液平衡相图解读解读实验目的与要求实验目的与要求l绘绘制制在在常常压压下下环环己己烷烷乙乙醇醇双双液液系系的的气气液液平衡相图，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掌掌握握测测定定双双组组分分液液体体的的沸沸点点及及正正常常沸沸点点的的方法。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

2、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。只只要要任

3、任意意再再确确定定一一个个变变量量，整整个个体体系系的的存存在在状状态态就就可可以以用用二二维维图图形形来来描描述述。在在一一定定温温度度下下，可可以以画画出出体体系系的的压压力力P P和和组组分分x x的的关关系系图图，如如体体系系的的压压力力确确定定，则则可可作作温温度度T T对对x x的的关关系系图图。在在T Tx x相相图图上上，还还有有温温度度、液液相相组组成成和和气气相相组组成成三三个个变变量量，则则其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 各各种种沸沸点点测测定定仪仪的的具具体体构构造造虽虽然然各各有有特特点点，但

4、但其其设设计计思思想想都都集集中中于于如如何何正正确确测测定定沸沸点点和和气气液液相相的的组组成成，便便于于取取样样分分析析，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。若收集冷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，在客观上即造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给成溶液得分馏；而过小则回因取太少而给测定带来一定困难。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位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内；置过低，沸腾的液体就有可能溅入小球内；相反，则易

5、导致沸点较高的组分先被冷凝相反，则易导致沸点较高的组分先被冷凝下来，这样一来，气相样品组成将有偏差。下来，这样一来，气相样品组成将有偏差。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

6、 1台台 调压变压器调压变压器 1只只 烧杯烧杯500ml 1只只 玻玻璃璃水水银银温温度度计计（50100最最小小分分度度值值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 本本实实验验可可用用折折光光率率组组成成工工作作曲曲线线来来测测得得平平衡衡体体系系的的两两相相组组成成。根根据据教教材材中中所所列列的的环环己己烷烷无无水水乙乙醇醇组组成成/折折光光率率表表，绘绘制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

7、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

8、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

9、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 切切断断电电源源，停停止止加加热热，用用盛盛冷冷水水的的烧烧杯杯套套在在沸沸点点仪仪底底部部使使体体系系冷冷却却。用用一一只只干干燥燥的的滴滴管管自自冷冷凝凝管管中中取取出出小小球球内内的的全全部部冷冷凝凝液液，用用另另一一只只干干燥燥的的滴滴管管由由支支管管吸吸取取烧烧瓶瓶内内的的溶溶液液1ml左左右右，上上述述样样品品可可分分别别作作为为平平衡衡时时的的气气相相样样品品和和液液相相样样品品，用用阿阿贝贝折折光光仪仪测测其其折折光率。最后将溶液倒入指定的储液瓶。光率。

10、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

11、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，

12、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加加热热电电热热丝丝一一定定要要被被欲欲测测液液体体浸浸没没，否否则则通通电电加加热热时时会会引引起起有有机机溶溶液液的的燃燃烧烧或或烧烧断断加加热热丝丝，所所加加电电压压不不能能太太大大，加加热热丝丝上上有有小小气气泡泡逸逸出出即即可可，温温

13、度度计计水水银银球球不不要要直直接接碰碰到到加加热热丝。丝。l一一定定要要使使体体系系达达到到平平衡衡，即即温温度度计计读读数数稳稳定定，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)正正常常沸沸点点。在在标标准准大大气气压压下下测测得得的的沸沸点点称称为为正正常常沸沸点点。通通常常外外界界压压力力并并不不恰恰好好等等于于101.325KPa，因因此此，应应对对实实验验测测得得值值作作压压力力校校正正。应应用用特特鲁鲁顿顿规规则则及及克克劳劳修修斯斯

14、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）式式中中tA、tB为为露露茎茎部部位位的的温温度度值值，n为为露露出出在在体体系系外外的的水水银银柱柱长长度度。即即图图4中中温温度度计计的的观观测测值值与与沸沸点点仪仪软软木木塞塞处处温温度度计计读读数数之之差差，并以温度差值作为长度单位。并以温度差值作为长

15、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作作出出折折光光率率组组成成标标准准曲曲线线。根根据据所所得得蒸蒸出出液液和和蒸蒸馏馏液液的的折折光光率率，在在标标准准曲曲线线上上找找出对应的成分。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闪闪蒸蒸现现象象、分分馏馏现现象象及及暴暴沸沸现现象象是是指指什什么么？如何消除？如何消除？l如如出出现现闪闪蒸蒸现现象象、分分馏馏现现象象及及暴暴沸沸现现象象，将将使绘出的相图图形会产生什么变化？使绘出的相图图形会产

16、生什么变化？l过过热热现现象象是是指指什什么么？如如果果有有过过热热现现象象所所得得相相图区如何变化？图区如何变化？l双双液液系系相相图图实实验验中中，气气液液两两相相温温度度应应不不应应该该一一致致？实实际际上上是是否否一一致致？为为什什么么怎怎样样防防止止温度的差异？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消于庆水，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，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结束结束