1、双液系的气液平衡相图孙滢智/2013011968 材 31（张泽文）实验日期：2014.12.5提交报告日期：2014.12.10带实验的老师：陈巧梅1 引言1.1 实验目的1.1.1 用沸点仪测定在常压下环已烷乙醇的气液平衡相图。1.1.2 掌握阿贝折射仪的使用方法。1.2 实验原理将两种蒸气压不同的挥发性液体混合，溶液的组成与其平衡气相的组成不同。在压力保持一定，二组分系统气液达到平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时组成关系的相图，称为沸点和组成(T-x) 图。沸点和组成(T-x)的关系有下列三种：(1)理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其液体混合物的沸点介于两纯物质沸点之间见图
2、 1(a)；(2)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差，其溶液有最高恒沸点见图 1(b)；(3)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，其溶液有最低恒沸点见图 1(c)。第 (2)、(3)两类溶液在最高或最低恒沸点时的气液两相组成相同，加热蒸发的结果只使气相总量增加，气液相组成及溶液沸点保持不变，这时的温度称恒沸点，相应的组成称恒沸组成。 图 1 沸点组成图为了测定二元液系的 T-x 图，需在气液达到平衡后，同时测定溶液的沸点、气相和液相组成。本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷乙醇双液系的 T-x 图。方法是用沸点仪(图 2)直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度(即沸点)，并收集少
3、量馏出液(即气相冷凝液)及吸取少量溶液(即液相) ，分别用阿贝折射仅测定其折射率。为了求出相应的组成，必须先测定已知组成的溶液的折射率，作出折射率对组成的工作曲线，在此曲线上即可查得对应于样品折射率的组成。图 2 沸点仪2. 实验操作2.1 实验用品沸点仪、调压器、阿贝折射仪、超级恒温槽、110温度计、酒精温度计、滴管、放大镜。环己烷(AR) 、无水乙醇 (AR)、各种浓度的环已烷 乙醇混合溶液（已注入各沸点仪中） 。2.2 实验环境室温：T 0= 19.8 相对湿度：12%大气压：p 0= 100.87 kPa。2.3 实验步骤2.3.1 测定溶液的折射率。用阿贝折射仪测定环己烷、无水乙醇以
4、及由环已烷乙醇组成的标准溶液的折射率，作折射率对组成的工作曲线。2.3.2 检查待测样品的浓度。在通电加热之前，检查沸点仪内的待测样品的浓度是否合适。若浓度不符合要求，则加环己烷或乙醇调正。2.3.3 测定液相和气相组成。分别测定质量百分数为0、10、30、69.5、90、96、100的环已烷乙醇溶液在沸点下的液相和气相的组成。测定方法如下：接通电源，通冷却水，按要求调节调压器，加热溶液至沸腾。待其温度计上所指示的温度保持恒定后，读下该温度值，同时停止加热，并立即在小泡中取气相冷凝液，迅速测定其折射率，冷却液相，然后用滴管将溶液搅均后取少量液相测定其折射率。若认为数据不可靠，重复上述操作。注意
5、：每次测量折射率后，要将折射仪的棱镜打开，用吸耳球吹干，以备下次测定用。 （本次试验使用数字显示温度计，无需校正）2.3.4 绘图。2.4 注意事项2.4.1 加热电阻丝的电压不得超过 40 V。2.4.2 一定要使体系达到气液平衡即温度稳定后才能取样分析。2.4.3 取样后的滴管不能倒置。2.4.4 取气相冷凝液的同时，停止加热。待被测液相溶液冷却后测其折射率。2.4.5 使用阿贝折射仪时，棱镜行不能触及硬物（特别是滴管） 。棱镜上加入被测溶液后立即关闭镜头。实验中必须使用同一台阿贝折射仪。2.4.6 实验过程中必须在沸点仪的冷凝管中通入冷却水，使气相全部冷凝。3 结果与讨论3.1 原始实验
6、数据表 1 环己烷乙醇标准溶液及其对应折射率溶液号 空瓶质量/g 加入环己烷后总质量/g 再加入乙醇后总质量/g 溶液环己烷 百分数/% 折射率1 - - - 0 1.36302 31.1876 36.4302 35.6480 14.9 1.37203 29.1675 30.7052 33.8736 32.7 1.38124 30.7410 33.1172 35.4824 50.1 1.39235 31.9434 35.3020 36.7257 70.2 1.40526 35.5798 39.3969 40.1729 83.1 1.41457 - - - 100 1.4274表 2 待测的环己
7、烷乙醇溶液的沸点及沸点下的液相和气相的组成溶液环己烷百分数/% 气相折射率 液相折射率 沸点t/ oC0（纯乙醇） 1.3630 1.3630 78.2410 1.3680 1.3642 77.1630 1.3979 1.3762 68.2969.5 1.4041 1.3950 64.8790 1.4078 1.4172 65.1496 1.4210 1.4270 75.86100（纯环己烷） 1.4273 1.4274 80.703.2 计算的数据、结果根据表 1 中数据绘制组成折射率曲线如下：图 3 组成- 折射率图环己烷质量分数（x/%）与溶液折射率（n）的关系拟合式为：x= -4891
8、.71609n2+ 15211.15619n -11645.62353；r 2= 0.99963由工作曲线的拟合式计算，得到待测的环己烷乙醇溶液在沸点下的气相和液相组成。表 3.待测溶液气相液相组成溶液环己烷百分数纯乙醇 10% 30% 69.5% 90% 96%纯环己烷气相组成 /% -0.496 8.763 59.03 68.36 73.75 91.88 99.93液相组成 /% -0.496 1.748 23.42 54.54 86.83 99.55 100.05作环己烷乙醇体系 T-x 相图作环己烷 乙醇体系 T-x 相图 :图 3 环己烷乙醇体系沸点组成相图从图中读出，环己烷乙醇体系
9、有一最低恒沸点，该点温度为 64.9，对应组成为环己烷质量分数 x=71%。3.3 讨论分析3.3.1 误差分析经过查表得，乙醇环己烷体系的最低恒沸点为 64.8，环己烷的质量分数为 70.77%。由此可以看出通过实验测出的恒沸点和组成与文献值相差很小，相对误差分别为 0.15%和 0.32%，实验的准确性较高。本实验的误差可能来源于以下几个方面： 实验中，取液相时，由于没有等到其完全冷却，此时温度较高，溶液的蒸发仍较快，而乙醇和环己烷的蒸汽压不同，蒸汽组成也与液相不同，蒸发的速率不同，导致实际测量时液相的组成与刚取出时有差异，造成结果的误差。 液体沸腾时过于剧烈，使得喷嘴喷出的液体过于频繁地
10、进入冷凝液小泡，若气相冷凝液没有在停止加热前及时将液相液体排出，则会导致液相组成测定出现误差。 液体的折射率会随温度的变化而改变，理论上应该在恒温的条件下对折射率进行测量。但实际测量的过程中室温是会发生变化的，而且对液相的折射率进行测量时液相也未完全冷却到室温，引入误差。 此外还有读数，仪器等引起的误差。3.3.2 注意事项 注意调节沸腾的剧烈程度，不要使喷出液过于猛烈使得液相进入冷凝的小泡内过于频繁，也不要使喷淋温度计的间隔过久，放置散热过多造成测量的温度会偏低。 测定折射率时要尽快，防止蒸发引起所测液体组分发生变化引起的误差。 在即将达到沸腾温度时，温度计测量的温度升高较为缓慢，应等待足够
11、长的时间待其稳定后再进行测量。4 结论由实验数据和相图可知，乙醇双环己烷体系，为具有最低恒沸点的双液系，在最低恒沸点时的气相和液相组成相同。此双液系非理想液体混合物，对拉乌尔定律有负偏差。最低恒沸点为 64.9，环己烷质量分数为 71%。5 参考文献1.贺德华,麻 英,张连庆.基础物理化学实验M.北京:高等教育出版社,2008:36-382朱文涛，王军民，陈琳.简明物理化学.北京:清华大学出版社,2008.6 附录思考题：1.使用阿贝折射仪时要注意些什么问题？如何正确的使用才能测准数据？答：使用阿贝折射仪时应注意的问题和准确测量数据的方法如下：1 在棱镜上不能触及硬物，尤其要注意滴液时不要将滴
12、管的头部触碰到棱镜2 棱镜上加入被测溶液后立即关闭镜头，防止液体蒸发。3 打开恒温仪，尽量保证在恒温下测量折射率。4 使用之前先校正仪器，调节黑色线的清晰度，使得黑色边界分明。5 测量时候使黑色线超过十字线交点后再返回和交点重合，这样可以消除旋钮造成的仪器系统误差。6 读数要注意读两边的数，最后取小数点后四位。2.收集气相冷凝液的小泡体积太大，对测量有什么影响？答：当液体沸腾时液相有时会喷入小泡，若气相冷凝液的小泡体积太大，则冷凝管产生的气相冷凝液不能及时将液相液体排出小泡，部分液相液体会残留于小泡中，从而导致小泡中液体的组成向液相液体的方向产生偏差，引入误差。3.平衡时，气液两相温度应不应该一样？实际是否一样？怎样防止温度的差异？答：两相平衡是温度应该是一样的。实际上二者的温度会有微小的差别，不完全一样。为了防止此差异，应该保持沸腾数分钟，再在停止加热之后放置半分钟到一分钟，然后迅速测量折射率。4.溶液沸腾之后，如何控制条件使温度稳定？答：沸腾之后，应把加热电压控制在合适的值，在本次实验中将电压控制在 30V 左右，可以在实验温度范围 6480内使体系温度基本保持稳定，需要注意的是若要调节电压应缓慢调高，不宜突增，一方面是考虑到温度的反应有一定延后性，另一方面避免液体发生暴沸。
