双液系气液平衡相图的绘制实验报告.doc

双液系沸点-组成图测绘实验报告实验时间：2015年4月15日学号：1120132970一、目得要求 1测定相应组成时得沸点并制作常压下环已烷无水乙醇双液系得平衡相图。 2从沸点组成图了解分馏原理。 3了解沸点得测定技术，掌握两组分液体沸点得测定方法。 4掌握折光率与组成得关系及阿贝折光仪得测量原理与使用方法。二实验原理1、由液态物质混合而成得二组分系统称为双液系统。若两液体能以任意比例互溶，称其为完全互溶双液系，若两液体只能部分互溶，称其为部分互溶双液系。 一个完全互溶得二元体系，两个纯液体组分在所有组成范围内完全互溶。在定压下，完全互溶得二元体系得沸点组成图可分为三类，如图C7、1所示。 a、溶液得沸点介于两纯组分沸点之间，如苯一甲苯体系； b、溶液有最低恒沸点，如环己烷-乙醇体系；c、溶液有最高恒沸点，如丙酮氯仿体系。 下面以a为例，简单说明绘制沸点-组成图得原理。加热总组成为x1得溶液，体系得温度上升，达液相线上1点时溶液开始沸腾，组成为x2得气相开始生成，但气相量很少，趋于0，x1、x2二点代表达到平衡时液、气两相组成。继续加热，气相量逐渐增多，沸点继续上升，气、液二相组成分别在气相线与液相线上变化，当达某温度（如2点）并维持温度不变时，则x3、x4为该温度下液、气两相组成，气相、液相得量之比按杠杆规则确定。从相律f = c - p +2可知：当外压恒定时，在气、液两相共存区域自由度等于1；当温度一定时，则气、液两相得组成也就确定，总组成一定，由杠杆规则可知两相得量之比也已确定。因此，在一定得实验装置中，全回流得加热溶液，在总组成、总量不变时，当气相得量与液相得量之比也不变时（达气-液平衡），则体系得温度也就恒定。分别取出气、液两相得样品，分析其组成，得到该温度下气、液两相平衡时各相得组成。改变溶液总组成，得到另一温度下气、液两相平衡时各相得组成。测得溶液若干总组成下得气液平衡温度及气、液相组成，分别将气相点用线连接即为气相线，将液相点用线连接即为液相线，得到沸点-组成图。 气相、液相得成份分析采用折光率法：折光率就是物质得一个特征数值，它与物质得浓度及温度有关，因此在测量物质得折光率时要求温度恒定。溶液得浓度不同、组成不同，折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成得溶液，绘出折光率-组成（n-x）得等温线，方法就是在定温下测定已知各种组成（x）得折光率(n)，绘出n-x等温线。对于未知组成得样品，取出各相样品后，迅速测出该温度下得折光率(n)，便可以从n-x线查出其相应组成。2、阿贝折光仪得原理它得主要部分为两块直角棱镜PI，PII，棱镜PI得粗糙表面 与PII得光学平面镜AD之间约有0、1到0、15mm得空隙，用于装待测液体并使在PI、PII间铺成一簿层。光线从反射镜射入棱镜PI后，由于 面就是粗糙得毛玻璃而发生漫射，从各种角度透过缝隙得被测液体；进入棱镜PII中，由前所知，从各个方向进入棱镜PII得光线均产生折射，而其折射角都落在临界角rc之内（因为棱镜得折射率大于液体得折射率，因此人射角从 到 得全部光线都能通过棱镜而发生折射）。具有临界角rc得光线穿出棱镜PII后射于目镜上，此时若将目镜得十字线调节到适当位置，则会见到目镜上半明半暗。从几何光学原理可以证明，缝隙中液体得折射率n液与rc间得关系为：n液=sinB ，B对一定得棱镜为一常数，n棱镜在定温下也就是个定值。所以液体得折射率n液就是角rc得函数。由rc可计算液体折射率。折光仪上已经把读数rc换算成n液得值，可直接读出n液得值。3、阿贝折光仪使用方法 （1）将棱镜打开，用擦镜纸将镜面拭洁后，在镜面上滴少量待测液体，并使其铺满整个镜面，关上棱镜。（2）调节反射镜使入射光线达到最强，然后转动棱镜使目镜出现半明半暗，分界线位于十字线得交叉点，这时从放大镜即可在标尺上读出液体得折射率。（3）如出现彩色光带，调节消色补偿器，使彩色光带消失，明暗界面清晰。（4）测完之后，打开棱镜并用丙酮洗净镜面，也可用吸耳球吹干镜面，实验结束后，除必须使镜面清洁外，尚需夹上两层擦镜纸才能扭紧两棱镜得闭合螺丝，以防镜面受损。三仪器与试剂沸点仪 阿贝折射仪温度计（数字式） 移液管恒温槽 镜头纸 电热套 橡皮塞 洗耳球 吸管锥形瓶（具塞） 量筒 环乙烷（A、R、） 无水乙醇（A、R、） 已知101、325kPa下，纯环己烷得沸点为80、1，乙醇得沸点为78、4。25时，纯环己烷得折光率为1、4264，乙醇得折光率为1、3593。四实验步骤本实验绘制环己烷-乙醇二元体系得沸点一组成图。一般精确测定气、液平衡温度就是相当困难得，因液相易发生过热现象，气相中又有冷凝过程。采用沸点仪就是减少这些误差得方法之一。沸点仪种类很多，如图所示，就是一支带有回流冷凝管得长颈圆底烧瓶。冷凝管底部有一凹槽，用以收集气相冷凝下来得样品。液相样品则通过烧瓶上得支管抽取。用电热套加热，用数字温度计测温。 实验中改换不同组成得溶液得方法一般有三种：一种就是使用10个磨口塞锥形瓶与1个沸点仪，首先配制组成大致平均分布得10种溶液，存于磨口塞锥形瓶中，依次将每种溶液倒入沸点仪进行测量，然后全部倒出，再更换另一种溶液，使用过得溶液其她组同学还可以继续使用，或继续使用前对组成进行调整；第二种方法就是使用10个沸点仪，首先配制组成大致平均分布得10种溶液，存于沸点仪中，分别安装温度计放入沸点仪中进行测量。沸点仪中得溶液被使用几次后应对其组成进行调整；第三种方法就是使用一个沸点仪，首先装入某一纯组分，然后逐步取出少许，添加另一组份。下面以第一种方法为例介绍其操作步骤。 1) 调节恒温槽至20、0或25、0。熟悉折光仪得使用方法。在本实验中，因为用折光仪测量得样品就是无水乙醇与环己烷，均易挥发，测量一种样品后，用洗耳球将测量棱镜处留下得液体吹干净，而不须用其它溶剂去清洗。 2) 熟悉实验装置及加热电源得使用方法。 3) 在10个干燥洁净得具塞锥形瓶中分别配制不同组成得溶液，溶液组成比例如表1所示。4）在沸点仪中加入约30ml得第一组液体，放入沸石。装好温度计与电热套。5) 确认冷却水已通入沸点仪冷凝管中。 6) 沸点仪冷凝管上端口不能加塞子，因为要保证饱与蒸汽压与大气压相等，此时得温度才就是沸点，如果加塞子，会导致沸点仪中压力太大而炸裂，或者溶液汽化后会将塞子冲开，导致塞子掉落摔碎。烧瓶上端口与取样支管口要塞紧塞子，防止漏气。 7)将电热套电源打开，调节加热功率，开始加热样品。注意加热速度不要太快，以免出现危险。沸点仪冷凝管中得冷却水要充足，不能让蒸气溢出。8) 注意观察温度变化及液体沸腾前后情况。当冷凝管下端凹槽内馏液充满后溢出，且温度稳定数分钟不变时，记下温度，即为沸点。停止加热。将电热套从沸点仪得下部移开。9）用一支比较长得吸管从冷凝管上端伸入凹槽取馏液，另一支吸管从烧瓶支管取母液样品，立即分别进行折光率测定。 10) 将沸点仪内液体用移液管取出，装入原锥形瓶中，不得废弃。11）将另一组成得液体加入沸点仪中。参照上面步骤进行操作，测定馏液与母液得折光率。更换样品时，对温度计探头与沸点仪内残留得液体不需进行吹干处理，因为各种溶液得组分本来就就是大概值，我们需要通过测定折光率来具体得判断组分。 12) 同样得方法，测定其它组成溶液沸点、冷凝液与液相液体得折光率。五数据处理与分析阿贝折射仪温度： 25、0 大气压： 100、17 kPa表1 环己烷乙醇混与液测定数据编号体积比沸点/气相冷凝液分析液相分析环乙烷乙醇折光率组成折光率 组成1010076、91、359701、35970299174、9 1、37640、190 1、36090、015 3247671、8 1、38470、310 1、36270、036 4445665、3 1、39820、510 1、37850、215 5604064、1 1、40040、534 1、39340、424 6693161、7 1、40590、642 1、40580、6407772362、6 1、40810、688 1、40990、718 8881268、9 1、41770、867 1、42270、986 997377、81、42220、9641、42310、97910100079、01、42970、9881,43010、994以组成为横轴，沸点为纵轴，绘出气相与液相得沸点组成(T-x)平衡相图。由图知：恒沸点为61、7，恒沸点组成为x环己烷/x环己烷+x乙醇= 0、641可能引起误差得原因有一下几点：1、 在转移溶液时，由于环己烷与乙醇都就是易挥发得液体，而且两者得挥发程度不相等，容易造成一部分溶液配比不准确；2、 在利用数字式折光仪测定折射率时，由于人眼对于敏感变化得交界线，识别不准、对于折光率值把握不准等一系列系统误差，对于本次实验得精确度与准确度有很大影响，误差不可避免；3、 循环水温度在实验过程中稍有变动，在 24、925、1 之间变动，所以从图像中读出得组分数有偏差。4、 由于在沸腾前凹槽内便开始积累液体，所以凹槽内得液体与实际得气相组成有区别。六注意事项1、 测定折光率时，动作要迅速，以避免样品中易挥发组分损失，确保数据准确。在测定其气相冷凝液与液相得折射率时要保持温度一致。2、 注意一定要先加溶液，再加热，取样时，应注意切断电热套电源。避免沸点仪破裂，乙醇泄露，引起火灾。3每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥，不能留有上次得残液，气相部分得样品要取干净。4阿贝折射仪得棱镜不能用硬物触及（如滴管），擦拭棱镜需用擦镜纸。5、 10个沸点仪中得液体都测完后，如果发现10个样品得组成分布不均匀，不便作图，可以改变某个沸点仪中液体组成，多测几组样品。 6、 冷凝管上端塞子必须打开，冷却水量要够，烧瓶上端及支管塞子要塞紧，以防止漏气，否则两相不易达平衡，使温度不稳定。 7、 温度计探头得位置应按照要求装好，否则温度指示不准。8、 一定要待温度稳定后即体系达气、液平衡后才能取样分析。七思考题(一) 本实验过程中，如何判断气、液相就是否已达平衡？ 答：当液体沸腾时及温度不再变化稳定时气-液已达平衡态。(二) 本实验体系中，恒沸组成得蒸气压比拉乌尔定律所预测得蒸气压大还就是小？答：恒沸组成得蒸气压比拉乌尔定律所预测得蒸气压大。具有最低恒沸温度，T-x 有负偏差，那么 p-x 有正偏差。所以恒沸组成得蒸气压比拉乌尔定律所预测得蒸气压大。(三) 收集气相冷凝液得凹槽得大小对实验结果有无影响？答：有影响。如果凹槽太小，则不易收集气相冷凝液。收集液体太少会对折光率得测量有影响。但就是凹槽小使得凹槽内得液体更新快，使得凹槽内得液体更接近于气相组成，这样得话实验结果更加精确。如果凹槽太大，就容易遗留馏出得液体在里面，不易吹干，影响下一次测量折光率。(四) 蒸馏就是一次分离环己烷-乙醇得有效方法吗？为什么？答：蒸馏分离两个溶液需要两种纯液体得溶沸点相差较大。环己烷与乙醇得溶沸点相差太近。因此不能用蒸馏得方法来分离。另外由于最低恒沸点得存在，一次分离得到得就是环己烷或者乙醇与恒沸物。