二元體系沸點-組成圖測繪

1、二元體系沸點-組成圖測繪1 實驗?zāi)康募耙?) 在大氣壓下，測定環(huán)己烷乙醇體系氣、液平衡相圖（沸點-組成圖）。2) 掌握阿貝折光儀的測量原理和使用方法。2 原理一個完全互溶的二元體系，兩個純液體組分，在所有組成范圍內(nèi)完全互溶。在定壓下，完全互溶的二元體系的沸點組成圖可分為三類，如圖C7.1所示。a.溶液的沸點介于兩純組分沸點之間，如苯一甲苯體系；b.溶液有最低恒沸點，如環(huán)己烷乙醇體系；c.溶液有最高恒沸點，如丙酮氯仿體系。b、c兩類溶液在最高或最低恒沸點時氣、液兩相組成相同，加熱蒸發(fā)只能使氣相總量增加，氣、液相組成及溶液沸點保持不變，此溫度稱恒沸點，相應(yīng)組成稱恒沸組成。圖C7.1 二元體系T-

2、x圖下面以a為例，簡單說明繪制沸點-組成圖的原理。加熱總組成為x1的溶液，體系的溫度上升，達液相線上1點時溶液開始沸騰，組成為x2的氣相開始生成，但氣相量很少（趨于0），x1、x2二點代表達到平衡時液、氣兩相組成。繼續(xù)加熱，氣相量逐漸增多，沸點繼續(xù)上升，氣、液二相組成分別在氣相線和液相線上變化，當達某溫度（如2點），并維持溫度不變時，則x3、x4為該溫度下液、氣兩相組成，氣相、液相的量之比按杠桿規(guī)則確定。從相律f = c - p +2可知，當外壓恒定時，在氣、液兩相共存區(qū)域自由度等于1，當溫度一定時，則氣、液兩相的組成也就確定，總組成一定，由杠桿規(guī)則可知兩相的量之比也已確定。因此，在一定的實驗

3、裝置中，全回流的加熱溶液，在總組成、總量不變時，當氣相的量與液相的量之比也不變時（達氣-液平衡），則體系的溫度也就恒定。分別取出氣、液兩相的樣品，分析其組成，得到該溫度下，氣、液兩相平衡時各相的組成。改變?nèi)芤嚎偨M成，得到另一溫度下，氣、液兩相平衡時各相的組成。測得溶液若干總組成下的氣液平衡溫度及氣、液相組成，分別將氣相點用線連接即為氣相線，將液相點用線連接即為液相線，得到沸點-組成圖。氣相、液相的成份分析采用折光率法：先繪出折光率組成（nx）的等溫線，方法是在定溫下測定已知各種組成（x）的折光率(n)，繪出nx等溫線。對于未知組成的樣品，取出各相樣品后，迅速測出該溫度下的折光率(n)，便可以從

4、nx線查出其相應(yīng)組成。3 儀器與試劑恒溫槽恒沸點儀折光儀鏡頭紙加熱電源電熱絲導(dǎo)線（帶夾子）橡皮塞溫度計（0.1，50100）放大鏡量筒（30ml）洗耳球吸管環(huán)己烷(A.R.)無水乙醇(A.R.)4 實驗步驟本實驗繪制環(huán)己烷-乙醇二元體系的沸點一組成圖。一般精確測定氣、液平衡溫度是相當困難的，因液相易發(fā)生過熱現(xiàn)象，氣相中又有冷凝過程。采用沸點儀是減少這些誤差的方法之一。沸點儀種類很多，如圖C7.2所示，是一支帶有回流冷凝管的長頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一凹槽，用以收集氣相冷凝下來的樣品。液相樣品則通過燒瓶上的支管抽取。電熱絲直接浸在溶液中加熱，以減少溶液沸騰時的過熱現(xiàn)象并防止暴沸。溫度計的安裝位置

5、是使其水銀球一半浸在溶液中，一半露在蒸氣中，為防止溶液蒸發(fā)后液面下降，可先將溫度計水銀球2/3浸入溶液中，1/3露在蒸氣中。實驗中改換不同組成的溶液的方法一般有兩種：一種是使用10個（再多幾個更好）磨口塞錐形瓶和1個沸點儀，首先配制組成大致平均分布的10種溶液，存于磨口塞錐形瓶中，依次將每種溶液倒入沸點儀進行測量，然后全部倒出，再更換另一種溶液，使用過的溶液其他組同學(xué)還可以繼續(xù)使用，或繼續(xù)使用前對組成進行調(diào)整；第二種方法是使用10個沸點儀，首先配制組成大致平均分布的10種溶液，存于沸點儀中，測量完一種溶液后，將溫度計與電熱絲放入另一沸點儀中繼續(xù)進行測量，沸點儀中的溶液被使用幾次后應(yīng)對其組成進行

6、調(diào)整。下面以第二種方法為例介紹其操作步驟。圖C7.2 沸點儀1) 調(diào)節(jié)恒溫槽至20.0或25.0。熟悉折光儀的使用方法，折光儀使用方法參見本書B5部分，在本實驗中，因為用折光儀測量的樣品是無水乙醇和環(huán)己烷，均易揮發(fā)，測量一種樣品后，用洗耳球?qū)y量棱鏡處留下的液體吹干凈，而不須用其它溶劑去清洗。2) 熟悉實驗裝置及加熱電源的使用方法。3) 在10個干燥潔凈的沸點儀中，分別加入約30ml液體，每個沸點儀中液體的組成各不相同，組成如表C7.1所示，按圖C7.2在其中一個沸點儀中裝好溫度計及電熱絲，使電熱絲全部浸沒在液體中，溫度計水銀球約1/22/3浸入液體中。4) 確認冷卻水已通入沸點儀冷凝管中。5

7、) 將加熱電源的輸出線與電熱絲斷開，打開加熱電源的電源開關(guān)，將輸出電壓調(diào)至0。6) 沸點儀冷凝管上端口不能加塞子（為什么），燒瓶上端口和取樣支管口要塞緊塞子，防止漏氣。7) 將加熱電源的輸出線與電熱絲連通，慢慢調(diào)高加熱電源的輸出電壓或輸出電流，通過電熱絲直接加熱使液體溫度升高至沸騰。注意：調(diào)高電壓（電流）的同時觀察電熱絲在液體中的加熱情況，避免加熱電流過大，引燃液體出現(xiàn)危險；加熱電壓最高不要超過20V；沸點儀冷凝管中的冷卻水要充足，不能讓蒸氣溢出。8) 注意觀察溫度變化及液體沸騰前后情況。當冷凝管下端凹槽內(nèi)餾液充滿后溢出，且溫度穩(wěn)定數(shù)分鐘不變時，記下溫度，即為沸點。停止加熱。用一支比較長的吸管

8、從冷凝管上端伸入凹槽取餾液，另一支吸管從燒瓶支管取母液樣品，立即在20（25）下分別進行折光率測定。9) 將溫度計和電熱絲取出，裝入另一沸點儀中。參照上面步驟進行操作，測定餾液和母液的折光率。將溫度計和加熱絲換至另一沸點儀中時，對溫度計和加熱絲上殘留的液體不需進行吹干處理（為什么）。10) 同樣的方法，測定其它沸點儀中溶液沸點、餾液和母液的折光率。5 數(shù)據(jù)記錄與處理1) 記錄大氣壓值。2) 根據(jù)測定的折光率，在實驗室提供的折光率（n）-組成（x）等溫線上查出對應(yīng)的組成，填入表C7.1中。3) 以溫度為縱坐標，組成為橫坐標，繪出沸點組成圖，并由圖找出恒沸溫度及恒沸組成。表C7.1 實驗數(shù)據(jù)序號體積比沸點/氣相冷凝液分析液相分析環(huán)己烷乙醇折光率組成折光率組成10100299132476444565604066931777238881299731010006 注意事項1) 10個沸點儀中的液體都測完后，如果發(fā)現(xiàn)10個樣品的組成分布不均勻，不便作圖，可以改變某個沸點儀中液體組成，多測幾組樣品。2) 冷凝管上端塞子必須打開，冷卻水量要夠，燒瓶上端及支管塞子要塞緊，以防止漏氣，否則兩相不易達平衡，使溫度不穩(wěn)定。3) 溫度計和電熱絲的位置應(yīng)按照要求裝好，否則溫度指示不準。加熱絲電壓應(yīng)小于20V。4) 一定要待溫