大学化学实验Ⅱ实验报告

（物理化学部分）

（贵州大学化学与化工学院——大学化学教学与示范中心）

班级专业：

姓 名： 岳凡耀

学 号： 0908100121

指导教师： 谭 蕾

实验成绩：

实验编号： 十四 实验项目名称：完全互溶双液系统气-液平衡相图的绘制

报告人：岳凡耀 同组人：赵安娜、赵芳、吴红、陈彦霖、孙腾 实验时间： 20xx年4 月 28 日

一、 实验目的：

1. 掌握阿贝折射仪的使用方法通过测定混合物的折射率确定其组成。

2. 学习常压下完全互溶双液系统气-液平衡相图的测绘方法，加深对相律、恒

沸点的理解。

二、 实验原理：

相图是描述相平衡系统温度、压力、组成之间关系的图形，可以通过实验测定相平衡系

统的组成来绘制。

两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。若两液体能以任意比例互溶，称其为

完全互溶双液系统；若两液体只能部分互溶，称其为部分互溶双液系统。当纯液体或液态混

合物的蒸气压与外压相等时，液体就会沸腾，此时气-液两相呈平衡，所对应的温度就是沸

点。双液系统的沸点不仅取决于压力，还与液体的组成有关。表示定压下双液系统气-液两

相平衡时温度与组成关系的图称为T-XB 图或沸点-组成图。

恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气-液平衡相图（T-X），根据体系对乌拉尔定律

的偏差情况，可分为三类：

（1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯-苯体系，如图1（а）

所示。

（2）最大负偏差：混合物存在着最高沸点，如盐酸-水体系，如图1（b）所示。

（3）最大正偏差：混合物存在着最低沸点，如正丙醇-水体系，如图1（c）所示。

图1 完全互溶双液系统的气-液平衡相图

在最高沸点和最低沸点处，气相线与液相线相交，对应于此点组成的溶液，达到气-液

两相平衡时，气相与液相组成相同，沸腾的结果只使气相量增加、液相量减少，沸腾过程中

温度保持不变，这时的温度叫恒沸点，相应的组成叫恒沸组成。压力不同，同一双液系统的

相图不同，恒沸点及恒沸组成也不同。

本实验采用回流冷凝的方法绘制乙醇-环己醇体系的T-XB图。该体系属于上述第三种类

型，在沸点仪中蒸馏不同组成的混合物，测定气沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出

T-X相图。

本实验中两相的成分分析均采用折光率法。

折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，溶液的浓度、组成不同，

折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成的溶液，在恒定温度下测其折光率，作出折光

率-组成工作曲线，便可通过测折光率的大小在工作曲线上找出未知溶液的组成。

三、 实验仪器和试剂：

仪器：WAY型阿贝折射仪1台；超级循环恒温水浴1台；带有冷凝管的沸点仪1台；电加热套1个；数字式温度计1台；长、短胶头滴管若干；环己烷的体积分数为3%、15%、30%、50%、60%、80%、92%、97%、100%的1-9号乙醇-环己烷标准溶液。

试剂：乙醇（AR）；环己醇（AR）

四、 实验步骤与数据记录：

1. 乙醇-环己烷溶液折光率与组成工作曲线的测定

将阿贝折射仪与超级恒温水浴相连，打开恒温水浴电源开关，调节水浴温度至28℃。测定乙醇-环己烷标准溶液的折光率与组成关系，绘制工作曲线。

2. 测定乙醇-环己烷体系的沸点与组成的关系

（1）安装好沸点仪，打开冷却水，由进样口加入待测溶液，用电加热套供热，使沸点仪中溶液沸腾，并通过调整沸点仪与电加热套的距离控制适宜的回流高度。最初冷凝管下段袋状部的冷凝液不能代表平衡时的气相组成。将袋状部的最初冷凝液倾回蒸馏器，并反复2-3次，待溶液沸腾且回流正常，温度读数基本恒定后，记录溶液沸点。

（2）将沸点仪从电加热套上移开，用长吸管从气相冷凝管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。

（3）将阿贝折射仪镜面用洗耳球吹干，用另一支短吸管从沸点仪进样口吸取一滴溶液，测其折射率nl。

按照上述方法依次测定1-9号溶液的沸点和气-液平衡时的气、液相折光率。

五、实验结果与数据处理：

表1乙醇-环己烷标准溶液的折光率

表2乙醇-环己烷混合液测定数据

六、实验讨论及误差分析：

1，测定折光率，动作应迅速，以避免样品中易挥发成分损失

2，一定要先加溶液在加热，应注意切断加热丝电源

3实验中可通过调节电加热套的温度，或调整沸点仪的高程，回流速度的快慢

4使用阿贝折射仪时，不能触及硬物，用完用洗耳球吹干

七、实验思考题：

1、作出工作曲线的目的是什么？

答：可以更清楚明了地知道液相、气相的折射率与组成直接的关系，两种的温度需要保持一致，否则对折射率会有较大影响。

2、在连续测定法实验中，样品的加入量必须十分精确吗？为什么？

答：因为实验的目的就是测定其折射率和组分的关系，只有样品足够纯，不一定使加入量必须十分精确，其结果不受影响。

3、为何测定纯物质沸点时要求蒸馏瓶必须是干的，而测混合液沸点和组成时则

可不必要求蒸馏瓶是干的？

答：测定纯样时，如沸点仪不干净，所测沸点就不是纯样的沸点。测定混合样时，其沸点和气、液组成都是实验直接测定的，绘制图像时只需要这几个数据，并不需要测试样的准确组成，也跟试样的量无关。

八、 指导教师评语及意见：

教师签名： 谭蕾 年 月 日

 

第二篇：二组分完全互溶双液系气-液平衡相图

实验报告

课程名称：       大学化学实验（P）       姓名：       学号：     成绩：

实验名称： 二组分完全互溶双液系气-液平衡相图  实验类型：  物性测试  

【实验目的】

1.         学习测定气-液平衡数据及绘制二组分系统相图的方法，加深理解相律和相图等概念。

2.         掌握正确测量纯液体和液体混合物沸点的方法。

3.         熟悉阿贝折光仪的原理及操作，熟练掌握超级恒温超的使用和液体折射率的测定。

4.         了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。

【实验原理】

两种液态物质若能以任意比例混合，则称为二组分完全互溶液态混合物系统。当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时就会沸腾，此时的温度就是沸点。在一定外压下，纯液体的沸点有确定值，通常说的液体沸点指101.3kPa下的沸点。对于完全互溶的混合物系统，沸点不仅与外压有关，还与系统的组成有关。

在一定压力下，二组分完全互溶液态混合物系统的沸点与组成的关系可分为三类：（1）液态混合物的沸点介于两纯组分的沸点之间，如苯-甲苯系统；（2）液态混合物有沸点极大值，如丙酮-氯仿系统；（3）液态混合物有沸点极小值，如水-乙醇系统、苯-乙醇系统。

对于第（1）类，在系统处于沸点时，气液两相的组成不相同，可以通过精馏使系统的两个组分完全分离。第（2）、（3）类是由实际系统与拉乌尔定律产生严重偏差导致。正偏差很大的系统，如第（3）类，在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时，如第（2）类，则会出现极大值。相图中出现极致的那一点，称为恒沸点，恒沸点温度和组成都是非常重要的平衡数据。具有恒沸点组成的二组分混合物，在蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，整个蒸馏过程中沸点恒定不变，因此称为恒沸混合物，如要获得两纯组分，则需采取其他方法。

液态混合物组成的分析是相平衡实验的关键。组分分析常采用折射率法、密度法等物理方法和色谱分析法等。本实验采用折射率法。在一定温度下的折射率是物质的一个特征参数，液态混合物的折射率与组成有关，一般呈简单的函数关系。因此，测定一系列已知浓度的液态混合物在某一温度下的折射率，作出该液态混合物的折射率-组成工作曲线，根据未知液态混合物的折射率值，可按内插法得到这种未知液态混合物的组成。

折射率是温度的函数，测定时必须严格控制温度。本实验采用配置超级恒温槽的阿贝折光仪来测量平衡气、液相的组成。

【试剂与仪器】

仪器  沸点仪、阿贝折光仪、超级恒温槽、电子天平各1台；调压变压器1只；温度计（50~100℃，1/10℃）1支；普通温度计（1~100℃）1支；250mL烧杯1只；针筒2只；电吹风1只；滴管若干只；擦镜纸。

   试剂  环己烷（AR）；无水乙醇（AR）。

【实验步骤】

1.       制作环己烷-乙醇液态混合物的折射率-组成工作曲线（实验室完成）。

2.       安装沸点仪：将干燥的沸点仪安装好，检查带有温度计的软木塞是否塞紧及温度计的位置。加热用的电热丝要靠近容器底部的中心。

3.       测定沸点：自液体取样口加入乙醇200~25mL，开冷却水，接通电源，缓慢加热，使沸腾时玻璃提升管喷溢的沸腾液能不断冲在水银球上，且蒸气能在冷凝管中凝聚。如此沸腾一段时间，使冷凝液不断淋洗小球中的液体，知道温度计读数稳定为止。分别记录温度计和辅助温度计的读数。

4.       取样分析：切断电源，停止加热，用250mL烧杯盛冷水套在沸点仪底部，冷却容器内液体，用干燥管吸取蒸汽冷凝液和残留液，供测定折射光率用。

5.       测定折射率：调节通入阿贝折光仪的超级恒温槽水温与制作工作曲线的温度一致（30.0℃），然后分别测定蒸汽冷凝液和残留液的折射率。每个样品要平行测定3次折射率值。测毕后由加料口逐次加入1mL、3mL、3mL、5mL、…环己烷，重复试验，分别测定其沸点和折射率，至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止，停止加入环己烷。

6.       然后将沸腾夜混合物倒入回收瓶中，吹干仪器，再加入30mL环己烷。如前操作，不过逐次加入0.2mL、0.3mL、0.5mL、1mL、1mL、3mL、3mL、…直至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止。

*本次试验步骤6由同组成员完成

【数据记录与处理】

室温：27.1℃，大气压：101kPa。

1.       25mL乙醇中加入环己烷实验。

              温度计露茎校正（测量温度计至52℃以上部分露出）。

              校正公式t = t1 + 0.000156 h（ t1- t2 ）

              t1为测量温度计读数；t2为辅助温度计读数；h为测量温度计露出部分高度（以℃表示）

              h= t1 – 52℃；  0.000156为水银相对玻璃的膨胀系数。

表1 环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（一）

2.       30mL环己烷中加入乙醇实验。

温度计露茎校正（测量温度计至60℃以上部分露出）。

校正公式t = t1 + 0.000156 （t1-60）（t1- t2）

表2 环己烷-乙醇液态混合物的气-液平衡数据（二）

3.       绘制环己烷-乙醇二组分系统的沸点组成图

图1环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图

4.       根据图1的相图可以得到，环己烷-乙醇二组分系统的恒沸点约为64.78℃，

恒沸混合物的组成为环己烷摩尔分数0.554。

5.       文献理论值：恒沸温度为64.90℃，恒沸组成为0.550

组成偏差为0.04,

恒沸温度相对误差为| 64.90 – 64.78 | / 64.90 = 0.18%

【分析与讨论】

1.       误差分析

实验得到的环己烷-乙醇二组分完全互溶双液系气-液平衡相图基本符合我们的实验结果，恒沸温度与恒沸组成的偏差很小，可能产生误差的原因有：

（1）溶液沸点与外界压强有关，实验测量气压并非标准气压，实验室气压也未进行校正，所以得到的实验结果会存在较小偏差。

（2）测量样品折射率过程中，低沸点样品可能有挥发，影响组成判断。

（3）使用阿贝折光仪读数时，存在视差对折射率造成影响。

（4）取样工具未完全干燥，残余试剂会影响样品组成。

2.       实验中需要注意的问题分析

（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。

（2）电热丝一定要被溶液浸没后方可通电加热，否则电热丝易烧断，还可能会引起有机物燃烧，所以电压不能过大，加热丝上有小气泡逸出即可。

（3）注意一定要先加溶液，再加热，取样时，应注意切断加热丝电源，及时冷却。

（4）每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。

（5）阿贝折射仪的棱镜不能用硬物触及（如滴管），擦拭棱镜需用擦镜纸。

思考题：

1.       沸点仪中盛气相冷凝液的小球体积过大或过小，对测量有何影响？

答：小球的体积过大会导致冷凝液对其淋洗不充分，与烧瓶中进行物质交换的就只有小 球表面的一层液体，深层的液体则无法充分交换，这就导致测量的冷凝液组成并不是实 际组成，或者说在客观上造成了溶液的分馏，给实验结果造成误差；如果小球的体积过 小则会使聚集的冷凝液量较少，测量折射率时不能进行多次测量取平均值，增大了偶然 误差给实验造成的影响。

2.       实验时，若所吸取的气相冷凝液挥发掉了，是否需要重新配制溶液？

答：不需要重新配制溶液，只需要再次加热混合液让其沸腾，保持一段时间后冷凝液就 会重新产生。

3.       测定纯环己烷或纯乙醇的沸点时，为什么必须将沸点仪吹干，而测定混合物的沸点和 组成时不必将沸点仪进行干燥？

答：测定纯环己烷或纯乙醇的沸点时，必须保证所测定的体系中不能有任何杂质才能获 得准确的数据，故必须把沸点仪吹干；而测定混合物的沸点和组成时因为每次的加入值 是不准确的，其组成是根据折射率到工作曲线上查得的，故单一组分在系统中的多少是 不影响实验的最终结果的。

4.测定纯组分的沸点时，蒸汽冷凝液和残留液的折射率是否应该相等？若不等，说明什 么问题？应怎样处理？

答：测定纯组分的沸点时，蒸汽冷凝液和残留液的折射率应该相等。若不等，则说明该 组分不是严格的纯组分，其中混有杂质。出现这种情况，一般有两种可能性：①沸点仪 没有吹干，内壁附有杂质，若是这种情况则把沸点仪吹干后再测定一次即可；②若再次 测定时二者的折射率还是不相等，则说明试剂本身不纯，需要更换试剂。

5.该系统用普通蒸馏方法能否同时得到两种纯组分？为什么？

答：该系统用普通蒸馏方法不能同时得到两种纯组分。因为此系统与Raoult 定律有较大 正偏差，混合液体有恒沸点，在恒沸点时其蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，因 此简单蒸馏时只能获得某一纯组分和恒沸混合物，无法得到两种纯组分。

6.实验过程中，你发现液态混合物的沸点、组成、折射率变化有什么规律？

答：只考虑液态混合物即残留液的情况下，从实验数据得到的相图可以看出，一开始随 环己烷在体系中的比例逐渐加大，混合物的沸点从接近纯乙醇沸点的温度逐渐降低，折 射率则从接近纯乙醇折射率的数值持续增大；到达恒沸组成时，沸点降至最低；继续增 加环己烷的比率，混合物的沸点又再升高，不断接近纯环己烷的沸点，折射率则继续增 大，不断接近纯环己烷折射率的数值。

7.为了保证取样分析正确，应注意哪些环节？

答：为了保证取样分析正确，每次测定时应让混合物沸腾一定的时间，使气相的冷凝液 充分淋洗冷凝液小球；调节冷却水的流速及变压器的电压大小，使冷凝管中的蒸汽高度 保持在1-2cm 左右，测定前应让混合物冷却，包括冷凝管底部的小球也应用适当方法将 其冷却；测定时应动作迅速，避免试样中低沸点成分挥发掉；阿贝折光仪的测量温度应 保持恒定，尽量保证所有的样品在同样的温度下测定；每次在折光仪滴加样品前都应洗 净镜面；每次测量之后都应将吸取冷凝液和残留液的滴管用电吹风吹干，避免前一次的 试样残留对后一次的试样造成污染。

8.使用折射率仪应注意哪些问题？

答：使用折射率仪时，开合棱镜要小心，使用时不能将滴管或其他硬物碰到镜面；每次 滴加样品前，都应洗净镜面，使用完毕后应用丙酮或乙醚洗净镜面并干燥；擦洗镜面时 只能用擦镜纸或专用的棉巾，镜面上不能积有灰尘；强酸、强碱及氟化物等腐蚀性液体 不能用折光仪测量，以免腐蚀棱镜；避免强烈振动或撞击折光仪，以防止光学零件损坏。