三组分体系相图绘制.doc

实验八 三组分体系等温相图的绘制
一、目的要求
1. 熟悉相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。
2.  掌握用溶解度法绘制相图的基本原理。
二、实验原理
对于三组分体系，当处于恒温恒压条件时，根据相律，其自由度f*为：f*＝3－Φ式中，Φ为体系的相数。体系最大条件自由度f*max＝3－1＝2，因此，浓度变量最多只有两个，可用平面图表示体系状态和组成间的关系，通常是用等边三角形坐标表示，称之为三元相图。如图2-8-1所示。
等边三角形的三个顶点分别表示纯物A、B、C，三条边AB、BC、CA分别表示A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成，三角形内任何一点都表示三组分体系的组成。图2-8-1中， P点的组成表示如下：
经P点作平行于三角形三边的直线，并交三边于a、b、c三点。若将三边均分成100等份，则P点的A、B、C组成分别为：A％=Pa=Cb，B％=Pb=Ac，C％=Pc=Ba。
苯-醋酸-水是属于具有一对共轭溶液的三液体体系，即三组分中二对液体A和B，A和C完全互溶，而另一对液体B和C只能有限度的混溶，其相图如图2-8-2所示。

  图2-8-1 等边三角形法表示三元相图 图2-8-2 共轭溶液的三元相图
图2-8-2中，E、K2、K1、P、L1、L2、F点构成溶解度曲线，K1L1和K2L2是连结线。溶解度曲线内是两相区，即一层是苯在水中的饱和溶液，另一层是水在苯中的饱和溶液。曲线外是单相区。因此，利用体系在相变化时出现的清浊现象，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。一般来说，溶液由清变浑时，肉眼较易分辨。所以本实验是用向均相的苯-醋酸体系中滴加水使之变成二相混合物的方法，确定二相间的相互溶解度。
三、仪器试剂
具塞锥形瓶(100mL，2只、25mL，4只)；酸式滴定管(20mL，1支)；碱式滴定管(50mL，1支)； 移液管(1mL，1支、2mL，1支)；刻度移液管(10mL，1支、20mL，1支)；锥形瓶(150mL，2只)。
冰醋酸(A.R.)；苯(A.R.)；NaOH (0.2000mo1·dm-3)；酚酞指示剂。
四、实验步骤
1. 测定互溶度曲线
在洁净的酸式滴定管内装水。
用移液管移取10.00mL苯及4.00mL醋酸，置于干燥的100mL具塞锥形瓶中，然后在不停地摇动下慢慢地滴加水，至溶液由清变浑时，即为终点，记下水的体积。向此瓶中再加入5.00mL醋酸，使体系成为均相，继续用水滴定至终点。然后依次用同样方法加入8.00mL、8.00mL醋酸，分别再用水滴至终点，记录每次各组分的用量。最后一次加入10.00mL苯和20.00mL水，加塞摇动，并每间隔5min摇动一次，30min后用此溶液测连结线。另取一只干燥的100mL具塞锥形瓶，用移液管移入1.00mL苯及2.00mL醋酸，用水滴至终点。之后依次加入1.00mL、1.00mL、1.00mL、1.00mL、2.00mL、10.00mL醋酸，分别用水滴定至终点，并记录每次各组分的用量。最后加入15.00mL苯和20.00mL水，加塞摇动，每隔5min摇一次，30min后用于测定另一条连结线。
五、数据处理
温度：24摄氏度；气压：101.3千帕。
1. 从附录中查得实验温度时苯、醋酸和水的密度。
T/℃
P/kPa
p
苯
乙酸
水
25.1
101.37
0.876
1.044
0.997

2. 溶解度曲线的绘制
根据实验数据及试剂的密度，算出各组分的质量百分含量。图2-8-2中E、F两点数据如下：

编号
醋酸
苯
水
总重量/g
质量百分数/%
v/mL
w/g
v/mL
w/g
v/mL
w/g
醋酸
苯
水
1
4.00
4.176
10.00
8.76
0.4
0.4
13.336
0.313
0.657
0.03
2
9.00
9.396
10.00
8.76
1.12
1.12
19.267
0.488
0.454
0.058
3
17.00
17.748
10.00
8.76
3.27
3.27
29.778
0.596
0.294
0.11
4
25.00
26.1
10.00
8.76
5.67
5.67
40.53
0.644
0.216
0.15
5
2.00
2.088
1.00
0.876
0.5
0.5
3.464
0.603
0.252
0.145
6
3.00
3.132
1.00
0.876
0.95
0.95
4.949
0.633
0.177
0.19
7
4.00
4.176
1.00
0.876
1.45
1.45
6.502
0.642
0.135
0.223
8
5.00
5.22
1.00
0.876
2.05
2.05
8.146
0.641
0.107
0.252
9
6.00
6.264
1.00
0.876
2.75
2.75
9.89
0.633
0.088
0.278
10
8.00
8.352
1.00
0.876
4.47
4.47
13.698
0.610
0.064
0.326
11
18.00
18.792
1.00
0.876
17.87
17.87
37.468
0.500
0.023
0.477

水—苯—醋酸三元相图
六、注意事项
1.因所测体系含有水的成分，故玻璃器皿均需干燥。
2.在滴加水的过程中须一滴一滴地加入，且需不停地摇动锥形瓶，由于分散的“油珠”颗粒能散射光线，所以体系出现浑浊，如在2～3min内仍不消失，即到终点。当体系醋酸含量少时要特别注意慢滴，含量多时开始可快些，接近终点时仍然要逐滴加入。
3.在实验过程中注意防止或尽可能减少苯和醋酸的挥发，测定连结线时取样要迅速。
4.用水滴定如超过终点，可加入1.00mL醋酸，使体系由浑变清，再用水继续滴定。

七、思 考 题
1. 为什么根据体系由清变浑的现象即可测定相界？
答：因为体系浑说明不是均相，当由清变浑时体系正由均相变为非均相，所以可以测定相界。