雙液系的氣液平衡相圖課件

8.雙液系的氣－液平衡相圖一.目的要求1.繪制在p?下環(huán)己烷-乙醇雙液系的氣-液平衡相圖,了解相圖和相律的基本概念。2.掌握測(cè)定雙組分液體的沸點(diǎn)及正常沸點(diǎn)的方法3.掌握用折光率確定二元液體組成的方法二.基本原理1.氣-液相圖兩種液態(tài)物質(zhì)混合而成的二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。兩個(gè)組分若能按任意比例互相融解，稱為完全互溶雙液系。液體的沸點(diǎn)是指液體的蒸汽壓與外界壓力相等時(shí)的溫度。在一定的外壓下，純液體的沸點(diǎn)有其確定值。但雙液系的沸點(diǎn)不僅與外壓有關(guān)，而且還與兩種液體的相對(duì)含量有關(guān)。根據(jù)定律，自由度＝組分?jǐn)?shù)－相數(shù)＋2因此，一個(gè)以氣-液共存的二組分體系，其自由度為2。只要任意再確定一個(gè)變量，整個(gè)體系的存在狀態(tài)就可以用二維圖形來(lái)描述。例如，在一定溫度下，可以畫(huà)出體系的壓力p和組分x的關(guān)系圖。這就是p-x相圖。在一定壓力下，可以畫(huà)出體系的溫度t和組分x的關(guān)系圖。這就是T-x相圖。在T-x相圖上，還有溫度、液相組成和氣相組成三個(gè)變量，但只有一個(gè)自由度。圖8.1完全互溶雙液系的沸點(diǎn)—組成圖1.混合物的沸點(diǎn)介于兩種純組分之間（圖8.1(a)）；2.混合物存在著最高沸點(diǎn)（圖8.1(b)）；3.混合物存在著最低沸點(diǎn)（圖8.1(c).本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的環(huán)己烷-乙醇雙液系相圖屬于具有最低恒沸點(diǎn)的體系。方法是利用沸點(diǎn)儀(圖8.2)在大氣壓下直接測(cè)定一系列不同組成混合物的氣液平衡溫度(沸點(diǎn)),并收集少量氣相和液相冷凝液,分別用阿貝折光率儀測(cè)定其折射率,根據(jù)折射率與標(biāo)樣濃度之間的關(guān)系,查得所對(duì)應(yīng)的氣相、液相組成。圖8.2沸點(diǎn)儀結(jié)構(gòu)圖

2.沸點(diǎn)測(cè)定儀

本實(shí)驗(yàn)所用沸點(diǎn)儀如圖8.2所示.這是一只帶回流冷凝管的長(zhǎng)頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一半球形小室,用以收集冷凝下來(lái)的氣相樣品。電流經(jīng)變壓器和粗導(dǎo)線通過(guò)浸于溶液中的電熱絲。這樣既可以減少溶液沸騰時(shí)的過(guò)熱現(xiàn)象,還能防止暴沸。溫度計(jì)外套的小玻璃管有利于降低周?chē)h(huán)境對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)可能造成的波動(dòng)。通常,測(cè)定一系列不同配比溶液的沸點(diǎn)及氣、液兩相的組成,就可以繪制氣-液體系的相圖。壓力不同時(shí),雙液系相圖將略有差異。本實(shí)驗(yàn)要求將外壓校正到標(biāo)準(zhǔn)壓力。3.組成分析本實(shí)驗(yàn)選用的環(huán)己烷和乙醇，兩者折光率相差頗大,二折光率測(cè)定又只需要少量樣品,所以,可用折光率-組成工作曲線來(lái)測(cè)得平衡體系中兩相的組成。(1)調(diào)節(jié)超級(jí)恒溫水浴溫度在室溫5℃以上,以適應(yīng)季節(jié)的變化,但所選溫度應(yīng)易于獲得試樣的密度數(shù)據(jù)。環(huán)己烷和乙醇分別恒溫10min,根據(jù)配制混合物所需的體積,用移液管精確量取,配制環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)為0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70，0.80，0.90的環(huán)己烷-乙醇溶液各10ml。為避免樣品的揮發(fā)帶來(lái)的誤差,配制應(yīng)盡可能迅速。(2)用盡可能短的軟管將阿貝折光儀連接在前述調(diào)好的恒溫水浴上,以保持折光儀棱鏡處于恒定溫度。測(cè)量上述9個(gè)溶液以及無(wú)水乙醇和純環(huán)己烷的折光率。將兩套精密數(shù)字溫度溫差儀的探頭同時(shí)放入恒溫水浴中，測(cè)定溫度的差值,以其中一套的讀數(shù)為基準(zhǔn),對(duì)另一套精密數(shù)字溫度溫差儀讀數(shù)進(jìn)行校正。并作好標(biāo)記！2.精密數(shù)字溫度溫差儀溫度的校正4.分別測(cè)定無(wú)水乙醇和環(huán)己烷的沸點(diǎn)如將第一套沸點(diǎn)儀洗凈、烘干，由支管加入無(wú)水乙醇使液面達(dá)到溫度計(jì)探頭的中部。注意電熱絲應(yīng)完全浸沒(méi)于溶液中。打開(kāi)冷卻水，接通電源。用調(diào)壓變壓器由零開(kāi)始逐漸加大電壓,使溶液緩慢加熱。液體沸騰后,再調(diào)節(jié)電壓大小,使蒸汽在冷凝管中回流的高度保持在1.5～2cm左右。待測(cè)溫溫度計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后再維持3～5min以使體系達(dá)到平衡。記錄溫度計(jì)和大氣壓計(jì)的讀數(shù)。采用相同方法用第二套沸點(diǎn)儀測(cè)定環(huán)己烷的沸點(diǎn)。5.取樣并測(cè)定切斷第一套沸點(diǎn)儀電源,停止加熱。從沸點(diǎn)儀的支管處倒出乙醇。由支管加入環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)為0.05混合物樣品使液面達(dá)到溫度計(jì)探頭的中部(距探頭頂1cm處)。注意電熱絲應(yīng)完全浸沒(méi)于溶液中。打開(kāi)冷卻水,接通電源。用調(diào)壓變壓器由零開(kāi)始逐漸加大電壓,使溶液緩慢加熱。液體沸騰后,再調(diào)電壓大小,使蒸汽在冷凝管中回流的高度保持在1.5～2cm左右。待測(cè)溫溫度計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后,再維持3～5min以使體系達(dá)到平衡。記錄溫度計(jì)和大氣壓計(jì)的讀數(shù)。切斷測(cè)定乙醇沸點(diǎn)的沸點(diǎn)儀的電源,停止加熱。用干燥、潔凈的吸管分別從冷凝管上端和蒸餾瓶支管處取氣相和液相冷凝液,用阿貝折光儀測(cè)定其折射率。每個(gè)樣品測(cè)定三次。試樣轉(zhuǎn)移要迅速,將樣品直接滴在折光儀毛玻璃上進(jìn)行測(cè)定。最后,將溶液倒入指定的貯液瓶。按上述相同的步驟,用第二套沸點(diǎn)儀測(cè)定環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)為0.90的環(huán)己烷-乙醇溶液的沸點(diǎn)以及氣相和液相的折射率測(cè)定。7.繪圖用所測(cè)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)繪制沸點(diǎn)-組成草圖，與文獻(xiàn)值比較決定是否有必要重新測(cè)定某些數(shù)據(jù)。注意事項(xiàng)

1.測(cè)定折光率時(shí),動(dòng)作應(yīng)迅速,以避免樣品中易揮發(fā)組元損失,確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；2.電熱絲一定要被溶液浸沒(méi)后方可通電加熱,否則電熱絲易燒斷或燃燒著火；3.注意一定要先加溶液,再加熱；取樣時(shí),應(yīng)注意切斷加熱絲電