精品精品雙液系氣液平衡相圖的繪制

1、實(shí)驗(yàn)五雙液系氣-液平衡相圖的繪制、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握回流冷凝法測(cè)定溶液沸點(diǎn)的方法。.繪制異丙醇一環(huán)己烷雙液系的沸點(diǎn)一組成圖，確定其恒沸組成及恒沸溫度。.了解阿貝折射儀的構(gòu)造原理，掌握阿貝折射計(jì)的原理及使用方法。、實(shí)驗(yàn)原理兩種液體物質(zhì)混合而成的兩組分體系稱為雙液系。根據(jù)兩組分間溶解度的不同，可分為完全互溶、部分互溶和完全不互溶三種情況。兩種揮發(fā)性液體混合形成完全互溶體系時(shí)，如果該兩組分的蒸氣壓不同，則混合物的組成與平衡時(shí)氣相的組成不同。當(dāng)壓力保持一定，混合物沸點(diǎn)與兩組分的相對(duì)含量有關(guān)。對(duì)于二組分體系，常常保持一個(gè)變量為常量，而得到立體圖形的平面截面圖。這種平面圖可以有三種：P-X圖，T-X圖，T-p

2、圖。常用的是前兩種。在平面圖上，f*=3-,f*max=2,同時(shí)共存的相數(shù)耙ax=3。單組分的液體在一定外壓下，它的沸點(diǎn)是一定值，把兩種完全互溶的揮發(fā)性液體(組分A和B)互相混合后，在某一定溫度下，平衡共存的氣液兩相的組成，通常并不相同，因此如果在恒壓下將溶液蒸儲(chǔ)，測(cè)定儲(chǔ)出物(氣相)和蒸儲(chǔ)液(液相)的折射率，就能找出平衡時(shí)氣液兩相的成分，并繪出沸點(diǎn)一組成(T-X)圖線，在常溫下，兩種液態(tài)物質(zhì)以任意比例相互溶解所組成的體系稱之為完全互溶雙液系。完全互溶雙液系在恒定壓力下的沸點(diǎn)一組成圖可分為三類：一般偏差：混合物的沸點(diǎn)介于兩種純組分之間，如甲苯一苯體系，如圖1(a)所示。(2)最大負(fù)偏差：混合物存

3、在著最高沸點(diǎn)，如鹽酸水體系，如圖1(b)所示。(3)最大正偏差：混合物存在著最低沸點(diǎn)，如正丙醇一水體系，如圖1(c)所示。(a)(c)對(duì)于后兩種情況，為具有恒沸點(diǎn)的雙液系相圖。它們?cè)谧畹突蜃罡吆惴悬c(diǎn)時(shí)的氣相和液相組成相同，因而不能象第一類那樣通過反復(fù)蒸儲(chǔ)的方法而使雙液系的兩個(gè)組分相互分離，而只能采取精儲(chǔ)等方法分離出一種純物質(zhì)和另一種恒沸混合物。為了測(cè)定雙液系的Tx相圖，需在氣一液平衡后，同時(shí)測(cè)定雙液系的沸點(diǎn)和液相、氣相的平衡組成。本實(shí)驗(yàn)以環(huán)己烷一異丙醇為體系，該體系屬于上述第三種類型，在沸點(diǎn)儀中蒸儲(chǔ)不同組成的混合物，測(cè)定其沸點(diǎn)及相應(yīng)的氣、液二相的組成，即可作出Tx相圖。本實(shí)驗(yàn)就是利用回流及分析

4、的方法來繪制相圖。取不同組成的溶液在沸點(diǎn)儀中回流，測(cè)定其沸點(diǎn)及氣、液相組成。沸點(diǎn)數(shù)據(jù)可直接由溫度計(jì)獲得，氣、液相組成可通過測(cè)其折射率，然后由組成一折射率曲線中最后確定。以沸點(diǎn)對(duì)組成作圖，將所有的氣、液相組成連起來，即成相圖。阿貝折射儀是利用折射率的原理制成的儀器。他的使用有以下要點(diǎn)：(1)將超級(jí)恒溫槽調(diào)到測(cè)定所需要之溫度，并將此恒溫水通入阿貝折射計(jì)的兩棱鏡恒溫夾套中，檢查棱鏡上的溫度計(jì)的讀數(shù)。如被測(cè)樣品渾濁或有較濃的顏色時(shí)，視野較暗，可打開基礎(chǔ)棱鏡上的圓窗進(jìn)行測(cè)量。(2)阿貝折射計(jì)置于光亮處，但避免陽光直接照射，調(diào)節(jié)反射鏡，使白光射入棱鏡。(3)打開棱鏡，滴12滴無水乙醇(或乙醍)在鏡面上，用

5、擦鏡紙輕輕擦干鏡面，再將棱鏡輕輕合上。(4)測(cè)量時(shí)，用滴管取待測(cè)試樣，由位于兩棱鏡上方的加液孔將此被測(cè)液體加入兩棱鏡間的縫隙間，旋緊鎖鈕，務(wù)使被測(cè)物體均勻覆蓋于兩棱鏡間鏡面上，不可有氣泡存在，否則重新取樣進(jìn)行操作。(5)轉(zhuǎn)棱鏡使目鏡中能看到半明半暗現(xiàn)象，讓明暗界線落在目鏡里交叉法線交點(diǎn)上，如有色散現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)消色補(bǔ)償器，使色散消失，得到清晰的明暗界限。(6)測(cè)完后用擦鏡紙擦干棱鏡面。測(cè)折射率步驟簡單可表示為：儀器安裝一加樣一對(duì)光一左下按鈕粗調(diào)明暗面一右上按鈕細(xì)調(diào)消色散一讀數(shù)一儀器校正或測(cè)出樣品折射率(純水的nD20=1.3325)三、實(shí)驗(yàn)藥品及實(shí)驗(yàn)裝置圖1、儀器阿貝折射儀一只，直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)

6、，阿貝折射儀一臺(tái)，電感溫度計(jì)一臺(tái)，超級(jí)恒溫槽一套，移液管(胖肚，25ml)2支，燒杯250ml一個(gè)，長滴管4支。A7-i4原值1僵Mitd一比粕0電附些卜才一分E危地好if一分將修，2、試劑環(huán)己烷（A.R.）,異丙醇（A.R.）四、實(shí)驗(yàn)步驟1、配制溶液分別配置含異丙醇5%,10%,25%,35%,40%,50%,75%,85%,95%的環(huán)己烷溶液。2、溫度計(jì)的校正將沸點(diǎn)儀洗凈烘干后安裝好，檢查帶有溫度計(jì)的木塞是否塞緊，用漏斗從支管加入25ml異丙醇于燒瓶中。接通冷凝水和電源，緩緩調(diào)節(jié)加熱電壓至溶液微微沸騰，待溫度恒定后，記錄所得溫度和大氣壓力。然后，將加熱電壓調(diào)至零，停止加熱。3、測(cè)定溶液的沸

7、點(diǎn)及平衡時(shí)氣液兩相的折射率（1）調(diào)節(jié)超級(jí)恒溫槽溫度至20C,將阿貝折射儀棱鏡組的夾套通入恒溫水恒溫十分鐘后，用純水校正阿貝折射儀。（2）在沸點(diǎn)儀中加入25ml含異丙醇5%的環(huán)己烷溶液，同步驟2加熱液體，當(dāng)液體沸騰后，調(diào)節(jié)加熱電壓和冷凝水流量，使蒸氣在冷凝管中回流的高度一定（約2cm）。因?yàn)樽畛跏占谛“純?nèi)的冷凝液不能代表平衡時(shí)氣相的組成。因此需將最初冷凝液傾回?zé)?，反?fù)23次，待溫度保持穩(wěn)定5min后幾下沸點(diǎn)，停止通電，隨即用盛有冷水的250ml燒杯，套在燒瓶的底部，用以冷卻瓶內(nèi)的液體。分別從液相（燒瓶底部）和氣相（冷凝管底部）用滴管吸取液體，（注意：滴管一定要干燥；另外取氣相液時(shí)滴管要垂直；

8、）測(cè)其折射率。（注意：每測(cè)一次樣品，都要用搽鏡紙將鏡面搽干凈，鏡面上的液體要均勻，不可有氣泡)。每個(gè)樣品讀數(shù)三次取平均值。(3)每做完一個(gè)樣品，要將剩余液體倒回廢液瓶，不要倒錯(cuò)，再按上述步驟測(cè)完其他各組,測(cè)完每組都應(yīng)再次記錄室內(nèi)大氣壓力。五、數(shù)據(jù)記錄和處理.數(shù)據(jù)記錄溫度計(jì)校正異丙醇沸點(diǎn)82.2C(101.48kPa)純水標(biāo)定阿貝折射儀27C下純水折射率測(cè)得為1.3320(101.54kPa)不同配比下測(cè)得的溫度與折射率由于有恒溫箱的存在，阿貝折射儀的測(cè)量溫度一直保持在27C測(cè)得純環(huán)己烷折射率為1.4215(27C)純異丙醇折射率為1.3742(27C)其他數(shù)據(jù)見下表(P初，P末的單位都是kPa

9、)配制體積分?jǐn)?shù)5%10%25%35%40%50%75%85%95%沸點(diǎn)/C72.570.869.669.570.569.972.575.079.372.570.869.669.570.569.972.675.179.372.670.969.669.570.569.972.675.079.2折射率(氣)1.40561.40501.40371.40321.40131.40201.39911.39461.38201.40651.40501.40421.40281.40041.40251.39901.39561.38201.40661.40511.40421.40301.40011.40251.399

10、01.39451.3817折射率(液)1.41941.41591.40691.40211.39501.39481.38411.37951.37561.41801.41591.40701.40201.39511.39501.38381.37931.37591.41781.41541.40711.40211.39491.39501.38411.37951.3756P初101.62101.68101.80101.85101.91101.93101.96101.98102.03P末101.65101.77101.84101.87101.91101.94101.97102.00102.032.溫度計(jì)的校

11、正實(shí)際使用的是電子量熱計(jì)，按照測(cè)量溫度不受氣壓影響，且每1C準(zhǔn)確量熱計(jì)測(cè)得異丙醇沸點(diǎn)82.2C(101.48kPa),(273.1S+t/)P/Pa-101325溫度隨氣壓變化公式為At/=10101325異丙醇在氣壓為10132.5kPa時(shí)沸點(diǎn)為82.5C；在10148kPa時(shí)沸點(diǎn)應(yīng)為82.5+0.05=82.55C,故溫度計(jì)校正值應(yīng)為At=0.35C。.折射儀的校正折射率隨氣壓變化可以忽略。測(cè)得純水折射率為n27D=1.3320,標(biāo)準(zhǔn)折射率應(yīng)為n27D=1.3322。故折射率校正值應(yīng)為0.00021 43 -I1.38 -門口卻與異內(nèi)酥的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)W (%)的關(guān)系曲線4,作環(huán)己烷-異丙醇的

12、n-W工作曲線20C時(shí)異丙醇的環(huán)己烷溶液濃度與折射率數(shù)據(jù)見下表異丙醇的摩爾百分?jǐn)?shù)x(%)20nD異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)W(%)異丙醇的摩爾百分?jǐn)?shù)x(%)20nD異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)W(%)01.4236040.401.407732.6110.661.42107.8546.041.405037.8517.041.418112.7950.001.402941.6520.001.416815.5460.001.398351.7228.341.413022.0280.001.388274.0532.031.411325.17100.001.3773100.0037.141.409029.67將上表數(shù)據(jù)代入o

13、rigin中作圖，可得兩條曲線：nD20與異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)W(%)的關(guān)系曲線 TOC o 1-5 h z 137.,IFI|1|I|F|I|020406030100異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)W(%)LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameterValueErrorA1.423563.29236E-4B-4.74667E-47.52968E-6RSDNP-0.998627.22765E-4130.0001擬合出線性方程為Y=1.4236-4.4767*E-4*X由于折射率隨溫度變化按照0.0004/K,故nD27與異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)W(%)的關(guān)系方程為Y=1.4

14、208-4.4767*E-4*XnD20與異丙醇的摩爾百分?jǐn)?shù)X(%)的關(guān)系曲線7冊(cè)與異丙醇的摩爾百分?jǐn)?shù)x C%)的美系曲線117-._.-JJ|!|020406080100異丙醇的摩爾仃分?jǐn)?shù)X(%)LinearRegressionforDATA1_B:Y=A+B*XParameterValueErrorA1.4264.86283E-4B-4.71119E-41.00785E-5RSDNP-0.997499.7361E-4130.0001擬合出線性方程為Y=1.4260-4.8264*E-4*X由于折射率隨溫度變化按照0.0004/K,故nD27與異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)X(%)的關(guān)系方程為Y=1.4

15、232-4.7112*E-4*X5校正后的數(shù)據(jù)純環(huán)己烷折射率為1.4217(27C)純異丙醇折射率為1.3744(27C)配制體積分?jǐn)?shù)5%10%25%35%40%50%75%85%95%沸點(diǎn)/C72.8571.1569.9569.8570.8570.2572.8575.3579.6572.8571.1569.9569.8570.8570.2572.9575.4579.6572.9571.2569.9569.8570.8570.2572.9575.3579.55Ave72.8871.1869.9569.8570.8570.2572.9275.3879.62折射率(氣)1.40581.40521.

16、40391.40341.40151.40221.39931.39481.38221.40671.40521.40441.40301.40061.40271.39921.39581.38221.40681.40531.40441.40321.40031.40271.39921.39471.3819Ave1.40641.40521.40421.40321.40081.40251.39921.39511.3821折射率(液)1.41961.41611.40711.40231.39521.39501.38431.37971.37581.41821.41611.40721.40221.39531.395

17、21.38401.37951.37611.41801.41561.40731.40231.39511.39521.38431.37971.3758Ave1.41861.41591.40721.40231.39521.39511.38421.37961.3759P初101.62101.68101.80101.85101.91101.93101.96101.98102.03P末101.65101.77101.84101.87101.91101.94101.97102.00102.03Ave101.64101.72101.82101.86101.91101.94101.96101.99102.03(

18、Ave為平均值，氣壓單位為kPa,測(cè)定折射率時(shí)溫度恒為27C)6繪制環(huán)己烷-異丙醇雙液系的沸點(diǎn)-組成圖沸點(diǎn)轉(zhuǎn)化巾_（273.1S+t/）P/Pa-101325由測(cè)得的大氣壓，利用公式10101325,將沸點(diǎn)轉(zhuǎn)化為101325Pa時(shí)的沸點(diǎn)。具體數(shù)據(jù)見下表。沸點(diǎn)/C72.8871.1869.9569.8570.8570.2572.9275.3879.62氣壓/kPa101.64101.72101.82101.86101.91101.94101.96101.99102.03校正沸點(diǎn)/C72.9971.3170.1270.0371.0570.4673.1475.6179.86由折射率計(jì)算組成根據(jù)測(cè)得折

19、射率的平均值，計(jì)算出異丙醇的組成（按摩爾百分?jǐn)?shù)X）,參照公式nD27與異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)X（%）的關(guān)系方程為Y=1.4232-4.7112*E-4*X各組折射率與組成關(guān)系表將計(jì)算出的數(shù)據(jù)做出下表序號(hào)沸點(diǎn)/C（已校正）nD（氣相）X（異丙醇）%nD（液相）X（異丙醇）%72.991.406435.661.41869.7671.311.405238.211.415915.4970.121.404240.331.407233.9670.031.403242.451.402344.3671.051.400847.551.395259.4370.461.402543.941.395159.6473.14

20、1.399250.941.384282.7875.611.395159.641.379692.5479.861.382187.241.375999.4將表中數(shù)據(jù)在origin中作圖，得到環(huán)己烷-異丙醇雙液系的沸點(diǎn)-組成圖020406080100020406080100異丙醇摩爾百分?jǐn)?shù)X/%六、實(shí)驗(yàn)討論1最初收集在小凹里的冷凝液常常不能代表平衡時(shí)氣相的組成，因此需要將最初的冷凝液傾回?zé)浚磸?fù)2-3次，才能夠記下沸點(diǎn)，然后冷卻測(cè)折射率。實(shí)驗(yàn)前兩組記的折射率是3次后，測(cè)一次折射率，讀三個(gè)因而回流高度控制地如何將直以維持待測(cè)液體處于微沸的狀每沸一次記一次折射率，而到后來為了省時(shí)間記折射率是沸數(shù)（即轉(zhuǎn)

21、動(dòng)折射儀按鈕，讀三次數(shù)）。2本實(shí)驗(yàn)室采用控制氣相回流的高度來獲得穩(wěn)定溫度的，接影響到實(shí)驗(yàn)的效果。實(shí)驗(yàn)中一是要注意加熱電流不要太大,態(tài)為宜，若液體劇烈沸騰，易造成氣相冷凝不完全；二是配合調(diào)節(jié)冷凝水流量，是回流高度能穩(wěn)定在一個(gè)高度上，這樣可以保證沸騰溫度恒定在某一數(shù)值上，使測(cè)量值更準(zhǔn)確。沸騰溫度穩(wěn)定與否是回流好壞的標(biāo)志。3配溶液時(shí)異丙醇的摩爾分?jǐn)?shù)不需要掌握的太準(zhǔn)確，可以用體積分?jǐn)?shù)代替，因?yàn)楹髞頊y(cè)折射率后會(huì)再次計(jì)算摩爾分?jǐn)?shù)。這樣就可以減少計(jì)算步驟，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。4通過測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，一開始?xì)庀嗟恼凵渎实?，后來液相的折射率低，因?yàn)樵谙鄨D上存在一個(gè)最低共沸點(diǎn)，可以看出開始時(shí)氣相中的異丙醇含量高，后來是液相中的異丙醇含量高