1、实验五 挥发性双液系 TX 相图的绘制一、实验目的1 了解相图和相律的基本概念。2 用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成，绘制双液系(环己烷乙醇) 的 TX 图。并找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度。3 了解阿贝折光仪的构造原理，熟悉掌握阿贝折光仪的使用。二、实验原理液体的沸点是指液体的饱和蒸汽压和外压相等时的温度。在一定外压下，单组分液体的沸点有确定的值。但对于完全互溶的双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与双液系的组成有关。把两种完全互溶的挥发性液体(组分 A 和 B)混合后，在一定的温度下，平衡共存的气、液两相组成通常并不相同。因此，在恒压下将溶液蒸馏，测定馏出物(气相)和蒸馏液(液相
2、) 的组成，就能找出平衡时气、液两相的成分并绘出 TX 图。完全互溶的双液系 TX 图可分为三类：液体与拉乌尔定律的偏差不大在TX 图上溶液的沸点介于 A、B 两纯物质沸点之间如图-5-1(a)所示，如苯甲苯体系。实际溶液由于 A、B 两组分相互影响，常与拉乌尔定律有较大负偏差，在 T一 X 图上出现最高点，如图 II-5-1(b)所示，如盐酸水体系；丙酮氯仿体系等。A、B 两组分混合后与拉乌尔定律有较大的正偏差，在 TX 图上出现最低点如图-5-1(c)所示，如水乙醇、苯乙醇等体系。类溶液在最高点或最低点时气液两相组成相同，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，恒沸点混合物靠蒸馏无
3、法改其组成。平衡时气液两相组成的分析，使用阿贝折光仪测定，因为溶液的折射率与组成有关。三、实验仪器和试剂蒸馏器 1 只，阿贝折光仪 1 台，温度计(50一 100，最小分度 110)1 支，稳流电源(2A)1 台，超级恒温槽 1 台，吸液管(长短各一根 )，电吹风一只，小玻璃漏斗 1 只，环己烷(化学纯)，乙醇( 化学纯)，丙酮（分析纯） 。 0.789; 0.779乙 醇环 己 烷四、实验步骤1按照表 1 提供的环己烷-乙醇标准体系，室温下用阿贝折射仪测定其折射率， 。每一样品要加样三次，取其平均值，最后绘制折射率-组成工作曲线。注：每次加样前需先将折光仪的棱镜面用挥发性溶剂如丙酮淋洗，再用
4、擦镜纸轻轻地吸去残留溶剂） 。2. 温度计校正 将蒸馏器( 见图-5-2) 洗净、烘干后( 以后每次测定是否都需要先把蒸馏器烘干?) 用漏斗从加料口加入乙醇约 20mL，使温度计水银球的位置一半浸入溶液中，一半露在蒸气中，通电加热使溶液沸腾(电流不超过 2A)待温度恒定后，记录所得温度和室内大气压力。停止通电，倾出乙醇到回收瓶中。 3在蒸馏器中加入某种 20mL 环己烷- 乙醇混合溶液，打开冷却水，同法加热使溶液沸腾。最初在冷凝管下端袋状部的液体不能代表平衡时气相的组成(为什么?) ，为加速达到平衡可将袋状部内最初冷凝的液体倾回蒸馏器底部，并反复 23 次，待温度读数恒定后记下沸点并停止加热。
5、随即在冷凝管上口插入长吸液管吸取袋状部的蒸出液，迅速测其折光率。再用另一根短的吸液管，从蒸馏器的加料口吸出液体迅速测其折光率。迅速测定是防止由于蒸发而改变成分。每份样品需读数三次，取其平均值。实验完毕，将蒸馏器中溶液倒回原瓶。同法用表 1 中其他环己烷-乙醇进行实验，各次实验后的溶液均倒到回收中。实验过程中应注意室内气压的读数。表 1 环己烷- 乙醇标准体系的折射率-组成关系.NO环 己 烷乙 醇 V/乙 醇x环 己 烷x.trDn1 10 : 0 1.00 0.002345678910119 : 18 : 27 : 36 : 45 : 54 : 63 : 72 : 81 : 90 : 100
6、.90110.80200.70270.60310.50320.40310.30270.20200.10120.000.09890.19800.29730.39690.49680.59690.69730.79800.89881.00五、数据记录及处理1溶液的沸点与大气压有关。应用特鲁顿(Trouton)规则及克劳修斯 克莱贝龙公式可得溶液沸点随大气压变化而变化的近似式：10325)(pTobb式中 Tob 为在标准大气压(P 0：101325Pa) 下的正常沸点。查出乙醇、环己烷的正常沸点，T b 为在实验时大气压p 的沸点。计算纯乙醇或环己烷在实验时的大气压下沸点，与实验时温度计上读得的沸点相
7、比较，求出温度计本身误差的改正值。并逐一改正各不同浓度溶液的沸点。1 已知 298.2K 时环己烷与乙醇混合液的组成与折光率 的数据如下表所示。25Dn乙 醇x环 己 烷x25Dn1.00 0.0 1.359350.8992 0.1008 1.368670.7948 0.2052 1.377660.7089 0.2911 1.384120.5941 0.4059 1.392160.4983 0.5017 1.398360.4016 0.5984 1.403420.2987 0.7013 1.408900.2050 0.7950 1.413560.1030 0.8970 1.418550.00
8、1.00 1.42338绘出与 质量百分数的关系曲线( 见下图 1),根据实验测定的结果，从图上查出馏出液及蒸馏液的成分(如在实25Dn验测定折光率时的温度不是 25，则应另找一条在该温度的标准曲线，或者近似地以温度每升高 1，折光率降低 4 10-4，改正到 25后再在图上找出相应成分) ，列于下表中。表 2 环己烷-乙醇标准体系的沸点和气液相组成气相组成 液相组成样品 沸点折射率 环 己 烷x折射率 环 己 烷x5% 60.1 1.3741 0.1512 1.4223 0.970310% 61.6 1.3787 0.2191 1.4183 0.899420% 62.4 1.3822 0.2
9、512 1.4100 0.732130% 63.8 1.3857 0.3025 1.4052 0.645240% 65.5 1.3924 0.3995 1.3887 0.36852用以上所得数据绘制环己烷-乙醇体系的温度- 组成，即 TX 相图，从图求出环己烷乙醇体系的最低恒沸点组成及其温度。环已烷的正常沸点为 353.4K。六、思考与讨论 1蒸馏器中收集气相冷凝液的袋状部的大小对结果有何影响?袋状部不宜过大，否则冷凝的气相液不易回流到液相中。2. 蒸馏时因仪器保温条件欠佳，在气相到达袋状部前，沸点较高的组成会发生部分冷凝，这样它们的TX 图将怎样变化?此类误差使所测得的气相组分可能并不代表真
10、正的气相成分，使气相成分的质量分数降低。3你认为本实验所用的蒸馏器尚有哪些缺点?如何改进?蒸馏气体到达冷凝管前，常有部分沸点较高的组分被冷凝，为减小此类误差，蒸馏气中的支管位置不宜太高，沸腾液体的液面与支管上袋状部间的距离不应过远，最好在仪器外在加棉套之类的保温层，以减少蒸汽先行冷凝；螺旋圈状的电阻丝容易短路，造成温度上升不了，电阻丝应加以固定。4试估计哪些因素是本实验误差的主要来源?袋状部冷凝的气相液不易回流，以及高沸点的组分未到达袋状部已经冷凝。气相液的含量少且易挥发，不易观察折射率。5试推导沸点校正公式： 。10325)(pTobb七、实验注意事项1电阻丝不能露出液面，一定要被欲测液体浸没，否则通电加热会引起有机液体燃烧。通过电流不能太大(在本实验所用电阻丝时)，只要能使欲测液体沸腾即可，过大会引起欲测液体( 有机化合物)的燃烧或烧断电阻丝。2一定要使体系达到气、液平衡，即温度读数恒定不变。3只能在停止通电加热后才能取样分析。4使用阿贝折光仪时，棱镜上不能触及硬物(如滴管) ，擦棱镜时需用擦镜纸。5实验过程中必须在冷凝管中通入冷却水，以使气相全部冷凝。
