完全互溶双液系的平衡相图

实验二完全互溶双液系的平衡相图一实验目的和要求学习并掌握用折射率确定二元液体组成的方法。绘制在常压下环己烷－乙醇双液系的气液平衡相图，确定其恒沸组成及恒沸温度,了解相图和相律的基本概念。掌握阿贝折光仪的原理及使用方法。二实验原理常温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。若两液体能按任意比例相互溶解，则称完全互溶双液体系；若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。双液系的沸点与外压有关，还与两种液的相对含量有关。根据相律，自由度＝组分数－相数＋2，因此，一个以气－液共存的二组分体系，其自由度为2。只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。例如，在一定温度下，可以画出体系的压力P和组分x的关系图，如体系的压力确定，则可作温度T对x的关系图。这就是相图。恒压下将完全互溶双液体系蒸馏，测定馏出物(气相)和蒸馏液(液相)的组成，就能找出平衡时气、液两相的成分并绘出T-X图。二实验原理通常，如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，在T-X图上溶液的沸点介于A、B二纯液体的沸点之间见图(a)。而实际溶液由于A、B二组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大偏差，在T-x图上就会有最高或最低点出现，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，如图(b)、(c)所示。恒沸点混合物蒸馏时，所得的气相与液相组成相同，因此通过蒸馏无法改变其组成。二实验原理本实验采用回流冷凝的方法绘制环己烷-乙醇体系的T-x图。其方法是用阿贝折射仪测定不同组分的体系在沸点温度时气相、液相的折射率，再从折射率-组成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制T-x图。三仪器试剂及装置图恒温槽1台；阿贝折射仪1台；沸点仪1套；移液管(1mL2支、10mL1支)；具塞小试管9支。环己烷(A.R.)；无水乙醇(A.R.)沸点仪原理图1-温度计；2-进样口；3-加热丝；4-气相冷凝液取样口5-气相冷凝液四实验步骤1.调节恒温槽温度比室温高5℃，通恒温水于阿贝折射仪中。2.测定折射率与组成的关系，绘制工作曲线。将9支干燥小试管编号，依次移入0.10mL、0.20mL、…、0.90mL的环己烷，然后依次移入0.90mL、0.80mL、…、0.10mL的无水乙醇，轻轻摇动，混合均匀，配成9份已知浓度的溶液。用阿贝折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和纯无水乙醇的折射率。以折射率对浓度作图(按纯样品的密度，换算成质量百分浓度)，即得工作曲线。3.测定环己烷-乙醇体系的沸点与组成的关系如前图所示。安装好沸点仪，打开冷却水，加热使沸点仪中溶液沸腾。将袋状部的最初冷凝液体倾回蒸馏器，并反复2～3次，待溶液沸腾且回流正常，温度读数恒定后，记录溶液沸点。用毛细滴管从气相冷凝液取样口吸取气相样品，把所取的样品迅速滴入阿贝折射仪中，测其折射率ng。再用另一支滴管吸取沸点仪中的溶液，测其折射率nL。四实验步骤本实验是以恒沸点为界，把相图分成左右两半支，分两次来绘制相图。具体方法如下：(1)右半支沸点-组成关系的测定取20mL无水乙醇加入沸点仪中，然后依次加入环己烷0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、4.0mL、14.0mL。用前述方法分别测定溶液沸点及气相组分折射率ng、液相组分折射率nL。实验完毕，将溶液倒入回收瓶中。四实验步骤(2)左半支沸点-组成关系的测定取25mL环己烷加入沸点仪中，然后依次加入无水乙醇0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、1.0mL、5.0mL。用前述方法分别测定溶液沸点及气相组分折射率ng、液相组分折射率nL。四实验步骤五注意事项实验中可调节加热电压不可过大，能使待测液体沸腾即可。加热丝不能与温度计接触，不能露出液面，一定要被待测液体浸没。在每一份样品的蒸馏过程中，正常回流1～2min后，即可取样测定，不宜等待时间过长。每次取样量不宜过多，取样时毛细滴管一定要干燥，不能留有上次的残液，并且气相部分的样品要取干净。使用阿贝折光仪时，棱镜上不能触及硬物（如滴管）。六数据处理1.将测得的折射率-组成数据列表，并绘制成工作曲线。2.将实验中测得的沸点-折射率数据列表，并从工作曲线上查得相应的组成，获得沸点与组成的关系。3.绘制环己烷-乙醇体系的T-X图，并标明最低恒沸点和组成。七阿贝折射仪的使用及说明1-底座；2-棱镜转动手轮；3-圆盘组（内有刻度板）；4-小反光镜；5-支架；6-读数镜筒；7-目镜；8-望远镜筒；9-示值调节螺钉；10-阿米西棱镜手轮；11-色散值刻度圈；12-棱镜锁紧扳手；13-棱镜组；14-温度计座；15-恒温器接头；16-保护罩；17-主轴；18-反光镜阿贝折射仪是一种精密的光学仪器，使用时注意以下几点：☻使用时要注意保护棱镜，清洗时只能用擦镜纸而不能用滤纸等。加试样时不能将滴管口触及镜面。对于酸碱等腐蚀性液体不得用阿贝折射仪。☻每次测定时，试样不可加地太多，一般加需加2－3滴即可。☻要注意保持仪器清洁，保护刻度盘。每次试验完毕，要在镜面上加几滴丙酮，并用擦镜纸擦干。最后用两层擦镜纸加在两棱镜镜面之间，以免镜面埙坏。☻读数时，有时在目镜中观察不到清晰的明暗分界线，而是畸形的，这是由于棱镜间未充满液体；若出现弧形光环，则可能时由于光线未经过棱镜而直接照射到聚光透镜上。☻若待测试样折射率不在1.3－1.7范围内，阿贝折射仪不能测定，也看不到明暗分界。八实验讨论1.间歇法测定完全互溶双液体系的T-X图测定沸点与组成的关系时，也可以用间歇方法测定。先配好不同质量百分数的溶液，按顺序依次测定其沸点及气相、液相的折射率。将配好的第一份溶液加入沸点仪中加热，待沸腾稳定后，读取沸点温度，立即停止加热。取气相冷凝液和液相液体分别测其折射率。用滴管取尽沸点仪中的测定液，放回原试剂瓶中。在沸点仪中再加入新的待测液，用上述方法同样依次测定。(注意：更换溶液时，务必用滴管取尽沸点仪中的测定液，以免带来误差。)2.具有最低恒沸点的完全互溶双液体系很多，除了上面叙述的环己烷-乙醇体系外，再介绍一个环己烷-异丙醇体系。实验中这两个体系的工作曲线及T-X图的绘制方法完全相同，只是样品的加入量有所区别，现介绍如下：右半分支：先加入20mL异丙醇，然后依次加入1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、6.0mL、25.0mL环己烷。左半分支：加入50mL环己烷，依次加入0.3mL、0.5mL、0.7mL、1.0mL、2.5mL、5.0mL、12.0mL的异丙醇。八实验讨论九思考题1.该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测定样品时折射仪的恒温温度是否需要保持一致？为什么？2.过热现象对实验产生什么影响？如何在实验中尽可能避免？3.在连续测定法实验中，样品的加入量应十分精确吗？为什么？