精品精品雙液系氣液平衡相圖的繪制

1、實驗五雙液系氣-液平衡相圖的繪制、實驗?zāi)康?掌握回流冷凝法測定溶液沸點的方法。.繪制異丙醇一環(huán)己烷雙液系的沸點一組成圖，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，掌握阿貝折射計的原理及使用方法。、實驗原理兩種液體物質(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，如果該兩組分的蒸氣壓不同，則混合物的組成與平衡時氣相的組成不同。當(dāng)壓力保持一定，混合物沸點與兩組分的相對含量有關(guān)。對于二組分體系，常常保持一個變量為常量，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，測定儲出物(氣相)和蒸儲液(液相)的折射率，就能找出平衡時氣液兩相的成分，并繪出沸點一組成(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一組成圖可分為三類：一般偏差：混合物的沸點介于兩種純組分之間，如甲苯一苯體系，如圖1(a)所示。(2)最大負偏差：混合物存

3、在著最高沸點，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，如正丙醇一水體系，如圖1(c)所示。(a)(c)對于后兩種情況，為具有恒沸點的雙液系相圖。它們在最低或最高恒沸點時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)蒸儲的方法而使雙液系的兩個組分相互分離，而只能采取精儲等方法分離出一種純物質(zhì)和另一種恒沸混合物。為了測定雙液系的Tx相圖，需在氣一液平衡后，同時測定雙液系的沸點和液相、氣相的平衡組成。本實驗以環(huán)己烷一異丙醇為體系，該體系屬于上述第三種類型，在沸點儀中蒸儲不同組成的混合物，測定其沸點及相應(yīng)的氣、液二相的組成，即可作出Tx相圖。本實驗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儀中回流，測定其沸點及氣、液相組成。沸點數(shù)據(jù)可直接由溫度計獲得，氣、液相組成可通過測其折射率，然后由組成一折射率曲線中最后確定。以沸點對組成作圖，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：(1)將超級恒溫槽調(diào)到測定所需要之溫度，并將此恒溫水通入阿貝折射計的兩棱鏡恒溫夾套中，檢查棱鏡上的溫度計的讀數(shù)。如被測樣品渾濁或有較濃的顏色時，視野較暗，可打開基礎(chǔ)棱鏡上的圓窗進行測量。(2)阿貝折射計置于光亮處，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)測量時，用滴管取待測試樣，由位于兩棱鏡上方的加液孔將此被測液體加入兩棱鏡間的縫隙間，旋緊鎖鈕，務(wù)使被測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上，如有色散現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)消色補償器，使色散消失，得到清晰的明暗界限。(6)測完后用擦鏡紙擦干棱鏡面。測折射率步驟簡單可表示為：儀器安裝一加樣一對光一左下按鈕粗調(diào)明暗面一右上按鈕細調(diào)消色散一讀數(shù)一儀器校正或測出樣品折射率(純水的nD20=1.3325)三、實驗藥品及實驗裝置圖1、儀器阿貝折射儀一只，直流穩(wěn)壓電源一臺

6、，阿貝折射儀一臺，電感溫度計一臺，超級恒溫槽一套，移液管(胖肚，25ml)2支，燒杯250ml一個，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、實驗步驟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、溫度計的校正將沸點儀洗凈烘干后安裝好，檢查帶有溫度計的木塞是否塞緊，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、測定溶液的沸

7、點及平衡時氣液兩相的折射率（1）調(diào)節(jié)超級恒溫槽溫度至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）。因為最初收集在小凹內(nèi)的冷凝液不能代表平衡時氣相的組成。因此需將最初冷凝液傾回?zé)浚磸?fù)23次，待溫度保持穩(wěn)定5min后幾下沸點，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；另外取氣相液時滴管要垂直；

8、）測其折射率。（注意：每測一次樣品，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)。每個樣品讀數(shù)三次取平均值。(3)每做完一個樣品，要將剩余液體倒回廢液瓶，不要倒錯，再按上述步驟測完其他各組,測完每組都應(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)記錄溫度計校正異丙醇沸點82.2C(101.48kPa)純水標定阿貝折射儀27C下純水折射率測得為1.3320(101.54kPa)不同配比下測得的溫度與折射率由于有恒溫箱的存在，阿貝折射儀的測量溫度一直保持在27C測得純環(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、)配制體積分數(shù)5%10%25%35%40%50%75%85%95%沸點/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.溫度計的校

11、正實際使用的是電子量熱計，按照測量溫度不受氣壓影響，且每1C準確量熱計測得異丙醇沸點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時沸點為82.5C；在10148kPa時沸點應(yīng)為82.5+0.05=82.55C,故溫度計校正值應(yīng)為At=0.35C。.折射儀的校正折射率隨氣壓變化可以忽略。測得純水折射率為n27D=1.3320,標準折射率應(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)量百分數(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數(shù)x(%)20nD異丙醇的質(zhì)量百分數(shù)W(%)異丙醇的摩爾百分數(shù)x(%)20nD異丙醇的質(zhì)量百分數(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)量百分數(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)量百分數(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)量百分數(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數(shù)X(%)的關(guān)系曲線7冊與異丙醇的摩爾百分數(shù)x C%)的美系曲線117-._.-JJ|!|020406080100異丙醇的摩爾仃分數(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)量百分數(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)配制體積分數(shù)5%10%25%35%40%50%75%85%95%沸點/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,測定折射率時溫度恒為27C)6繪制環(huán)己烷-異丙醇雙液系的沸點-組成圖沸點轉(zhuǎn)化巾_（273.1S+t/）P/Pa-101325由測得的大氣壓，利用公式10101325,將沸點轉(zhuǎn)化為101325Pa時的沸點。具體數(shù)據(jù)見下表。沸點/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/C72.9971.3170.1270.0371.0570.4673.1475.6179.86由折射率計算組成根據(jù)測得折

19、射率的平均值，計算出異丙醇的組成（按摩爾百分數(shù)X）,參照公式nD27與異丙醇的質(zhì)量百分數(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)系表將計算出的數(shù)據(jù)做出下表序號沸點/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-組成圖020406080100020406080100異丙醇摩爾百分數(shù)X/%六、實驗討論1最初收集在小凹里的冷凝液常常不能代表平衡時氣相的組成，因此需要將最初的冷凝液傾回?zé)?，反?fù)2-3次，才能夠記下沸點，然后冷卻測折射率。實驗前兩組記的折射率是3次后，測一次折射率，讀三個因而回流高度控制地如何將直以維持待測液體處于微沸的狀每沸一次記一次折射率，而到后來為了省時間記折射率是沸數(shù)（即轉(zhuǎn)

21、動折射儀按鈕，讀三次數(shù)）。2本實驗室采用控制氣相回流的高度來獲得穩(wěn)定溫度的，接影響到實驗的效果。實驗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)定在一個高度上，這樣可以保證沸騰溫度恒定在某一數(shù)值上，使測量值更準確。沸騰溫度穩(wěn)定與否是回流好壞的標志。3配溶液時異丙醇的摩爾分數(shù)不需要掌握的太準確，可以用體積分數(shù)代替，因為后來測折射率后會再次計算摩爾分數(shù)。這樣就可以減少計算步驟，節(jié)省實驗時間。4通過測得的實驗數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，一開始氣相的折射率低，后來液相的折射率低，因為在相圖上存在一個最低共沸點，可以看出開始時氣相中的異丙醇含量高，后來是液相中的異丙醇含量高