二組分完全互溶雙液系氣-液平衡相圖

1試驗(yàn)報(bào)課程名稱： 大學(xué)化學(xué)試驗(yàn)〔P〕 姓名：華佳益 試驗(yàn)名稱：二組分完全互溶雙液系氣-液平衡相圖試驗(yàn)類型：物性測試【試驗(yàn)?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)測定氣-液平衡數(shù)據(jù)及繪制二組分系統(tǒng)相圖的方法，加深理解相律和相圖等概念。把握正確測量純液體和液體混合物沸點(diǎn)的方法。生疏阿貝折光儀的原理及操作，嫻熟把握超級恒溫超的使用和液體折射率的測定。了解運(yùn)用物理化學(xué)性質(zhì)確定混合物組成的方法?！驹囼?yàn)原理】兩種液態(tài)物質(zhì)假設(shè)能以任意比例混合，則稱為二組分完全互溶液態(tài)混合物系統(tǒng)。當(dāng)純液體或液態(tài)混合物的蒸氣壓與外壓相等時(shí)就會沸騰，此時(shí)的溫度就是沸點(diǎn)。在肯定外壓下，純液體的沸點(diǎn)有確定值，通常說101.3kPa關(guān)。在肯定壓力下，二組分完全互溶液態(tài)混合物系統(tǒng)的沸點(diǎn)與組成的關(guān)系可分為三類〔〕液態(tài)混合物裝 沸點(diǎn)介于兩純組分的沸點(diǎn)之間，如甲苯系統(tǒng)〔〕液態(tài)混合物有沸點(diǎn)極大值，如丙氯仿系統(tǒng)〔〕液態(tài)混合物有沸點(diǎn)微小值，如水-乙醇系統(tǒng)、苯-乙醇系統(tǒng)。訂 對于第〔1〕類，在系統(tǒng)處于沸點(diǎn)時(shí)，氣液兩相的組成不一樣，可以通過精餾使系統(tǒng)的兩個(gè)組分完全分別。第〔〕類是由實(shí)際系統(tǒng)與拉烏爾定律產(chǎn)生嚴(yán)峻偏差導(dǎo)致。正偏差很大的系統(tǒng)，如第〕類線 在T-x圖上呈現(xiàn)微小值，負(fù)偏差很大時(shí)，如第〔2〕類，則會消滅極大值。相圖中消滅極致的那一點(diǎn)，稱為恒沸點(diǎn)，恒沸點(diǎn)溫度和組成都是格外重要的平衡數(shù)據(jù)。具有恒沸點(diǎn)組成的二組分混合物，在蒸餾時(shí)的氣相組成和液相組成完全一樣，整個(gè)蒸餾過程中沸點(diǎn)恒定不變，因此稱為恒沸混合物，如要獲得兩純組分，則需實(shí)行其他方法。液態(tài)混合物組成的分析是相平衡試驗(yàn)的關(guān)鍵。組分分析常承受折射率法、密度法等物理方法和色譜分析法等。本試驗(yàn)承受折射率法。在肯定溫度下的折射率是物質(zhì)的一個(gè)特征參數(shù)，液態(tài)混合物的折射率與組成有關(guān)，一般呈簡潔的函數(shù)關(guān)系。因此，測定一系列濃度的液態(tài)混合物在某一溫度下的折射率，作出該液態(tài)混合物的折射率-組成工作曲線，依據(jù)未知液態(tài)混合物的折射率值，可按內(nèi)插法得到這種未知液態(tài)混合物的組成。折射率是溫度的函數(shù)，測定時(shí)必需嚴(yán)格掌握溫度。本試驗(yàn)承受配置超級恒溫槽的阿貝折光儀來測量平衡氣、液相的組成。【試劑與儀器】11只；溫度計(jì)〔50~100℃，1/10℃〕1支；一般溫度計(jì)〔1~100℃〕1支；250mL1只；針筒2只；電吹風(fēng)1只；滴管假設(shè)干只；擦鏡紙。試劑環(huán)己烷〔AR〕；無水乙醇〔AR〕?！驹囼?yàn)步驟】制作環(huán)己烷乙醇液態(tài)混合物的折射率組成工作曲線〔試驗(yàn)室完成。安裝沸點(diǎn)儀：將枯燥的沸點(diǎn)儀安裝好，檢查帶有溫度計(jì)的軟木塞是否塞緊及溫度計(jì)的位置。加熱用的電熱絲要靠近容器底部的中心。測定沸點(diǎn)：自液體取樣口參加乙醇200~25mL，開冷卻水，接通電源，緩慢加熱，使沸騰時(shí)玻璃提升管噴溢的沸騰液能不斷沖在水銀球上，且蒸氣能在冷凝管中分散。如此沸騰一段時(shí)間，使冷凝液不斷淋洗小球中的液體，知道溫度計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定為止。分別記錄溫度計(jì)和關(guān)心溫度計(jì)的讀數(shù)。取樣分析：切斷電源，停頓加熱，用250mL燒杯盛冷水套在沸點(diǎn)儀底部，冷卻容器內(nèi)液體，用枯燥管吸取蒸汽冷凝液和殘留液，供測定折射光率用。測定折射率：調(diào)整通入阿貝折光儀的超級恒溫槽水溫與制作工作曲線的溫度全都〔然后分別測定蒸汽冷凝液和殘留液的折射率。每個(gè)樣品要平行測定3次折射率值。測畢后由加1mL、3mL、3mL、5mL沸點(diǎn)幾乎不再下降以及冷凝液和殘留液的折射率近似相等為止，停頓參加環(huán)己烷。然后將沸騰夜混合物倒入回收瓶中，吹干儀器，再參加30mL環(huán)己烷。如前操作，不過逐次參加0.2mL、0.3mL、0.5mL、1mL、1mL、3mL、3mL、…直至沸點(diǎn)幾乎不再下降以及冷凝液和殘留液的折射率近似相等為止。*6由同組成員完成【數(shù)據(jù)記錄與處理】室溫：27.1℃，大氣壓：101kPa。25mL乙醇中參加環(huán)己烷試驗(yàn)。溫度計(jì)露莖校正〔測量溫度計(jì)至52℃以上局部露出〕。校正公式t=t+0.000156h〔t-t 〕1 1 21 t為測量溫度計(jì)讀數(shù)；t為關(guān)心溫度計(jì)讀數(shù)；h1 1h=t52℃；0.000156為水銀相對玻璃的膨脹系數(shù)。11環(huán)己烷-乙醇液態(tài)混合物的氣-液平衡數(shù)據(jù)〔一〕環(huán)己烷參加量/mL

混合物沸點(diǎn)/℃

關(guān)心溫度/℃

校正后沸點(diǎn)/℃

氣相〔冷凝液〕折射率 組成

液相〔殘留液〕折射率 組成078.1027.878.30078.1027.878.301.35760.0071.35760.007175.7228.575.891.36450.0861.35940.028370.8028.570.921.38320.3171.36460.087368.0028.368.101.38960.4111.36790.125566.0128.066.091.39520.5021.36910.138565.2527.865.331.39660.5251.38340.320764.9128.064.981.39710.5341.38900.402764.7227.764.791.39800.5501.39410.484764.7026.964.771.39820.5531.39720.536764.7127.164.781.39830.5551.39980.581溫度計(jì)露莖校正〔測量溫度計(jì)至60℃以上局部露出〕。校正公式t=t+0.000156〔t-60〕〔t-t〕1 1 1 22環(huán)己烷-乙醇液態(tài)混合物的氣-液平衡數(shù)據(jù)〔二〕乙醇參加量

混合物沸

關(guān)心溫度

校正后沸

氣相〔冷凝液〕

液相〔殘留液〕/mL點(diǎn)/℃/℃點(diǎn)/℃折射率組成折射率組成080.3027.580.471.41990.9931.42010.9950.279.6027.579.761.41990.9931.41950.9810.377.202577.341.41850.9591.41920.9750.570.302470.371.40340.6451.41820.952166.102766.141.39950.5811.41580.901165.202665.231.39830.5531.41240.825364.702864.731.39790.5481.40690.714364.602864.631.39740.5381.39900.567364.602864.631.39720.5361.39400.482繪制環(huán)己烷-乙醇二組分系統(tǒng)的沸點(diǎn)組成圖1164.78℃，恒沸混合物的組成為環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)0.554。64.90℃，恒沸組成為0.5500.04,恒沸溫度相對誤差為|64.90–64.78|/64.90=0.18%【分析與爭論】誤差分析試驗(yàn)得到的環(huán)己烷-乙醇二組分完全互溶雙液系氣-液平衡相圖根本符合我們的試驗(yàn)結(jié)果，恒沸溫度與恒沸組成的偏差很小，可能產(chǎn)生誤差的緣由有：溶液沸點(diǎn)與外界壓強(qiáng)有關(guān)，試驗(yàn)測量氣壓并非標(biāo)準(zhǔn)氣壓，試驗(yàn)室氣壓也未進(jìn)展校正，所以得到的試驗(yàn)結(jié)果會存在較小偏差。測量樣品折射率過程中，低沸點(diǎn)樣品可能有揮發(fā)，影響組成推斷。使用阿貝折光儀讀數(shù)時(shí)，存在視差對折射率造成影響。取樣工具未完全枯燥，剩余試劑會影響樣品組成。試驗(yàn)中需要留意的問題分析測定折光率時(shí)，動作要快速，以避開樣品中易揮發(fā)組分損失，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。電熱絲肯定要被溶液浸沒前方可通電加熱，否則電熱絲易燒斷，還可能會引起有機(jī)物燃燒，所以電壓不能過大，加熱絲上有小氣泡逸出即可。留意肯定要先加溶液，再加熱，取樣時(shí)，應(yīng)留意切斷加熱絲電源，準(zhǔn)時(shí)冷卻。每次取樣量不宜過多，取樣管肯定要枯燥，不能留有上次的殘液，氣相局部的樣品要取干凈。阿貝折射儀的棱鏡不能用硬物觸及〔如滴管思考題：沸點(diǎn)儀中盛氣相冷凝液的小球體積過大或過小，對測量有何影響？答：小球的體積過大會導(dǎo)致冷凝液對其淋洗不充分，與燒瓶中進(jìn)展物質(zhì)交換的就只有小球外表的試驗(yàn)時(shí)，假設(shè)所吸取的氣相冷凝液揮發(fā)掉了，是否需要重配制溶液？答：不需要重配制溶液，只需要再次加熱混合液讓其沸騰，保持一段時(shí)間后冷凝液就會重產(chǎn)生。測定純環(huán)己烷或純乙醇的沸點(diǎn)時(shí)，為什么必需將沸點(diǎn)儀吹干，而測定混合物的沸點(diǎn)和組成時(shí)不必將沸點(diǎn)儀進(jìn)展枯燥？答：測定純環(huán)己烷或純乙醇的沸點(diǎn)時(shí)，必需保證所測定的體系中不能有任何雜質(zhì)才能獲得準(zhǔn)確的測定純組分的沸點(diǎn)時(shí)，蒸汽冷凝液和殘留液的折射率是否應(yīng)當(dāng)相等？假設(shè)不等，說明什么問題？應(yīng)怎樣處理？答：測定純組分的沸點(diǎn)時(shí)，蒸汽冷凝液和殘留液的折射率應(yīng)當(dāng)相等。假設(shè)不等，則說明該組分不是嚴(yán)格的純組分，其中混有雜質(zhì)。消滅這種狀況，一般有兩種可能性：①沸點(diǎn)儀沒有吹干，內(nèi)壁附有雜說明試劑本身不純，需要更換試劑。該系統(tǒng)用一般蒸餾方法能否同時(shí)得到兩種純組分？為什么？Raoult定律有較大正偏差，某一純組分和恒沸混合物，無法得到兩種純組分。試驗(yàn)過程中，你覺察液態(tài)混合物的沸點(diǎn)、組成、折射率變化有什么規(guī)律？答：只考慮液態(tài)混合物即殘留液的狀況下，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的相圖可以看出，一開頭隨環(huán)己烷在射率的數(shù)值持續(xù)增大；到達(dá)恒沸組成時(shí)，沸點(diǎn)降至最低；連續(xù)增加環(huán)己烷的比率，混