完全互溶双液系的平衡相图

燃烧热的测定

一、目的要求

1、绘制常压下环己烷-乙醇双液系的气液平衡相图(TX图),了解相图和相律的基本概念;

2、 掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法;

3、 掌握用折光率确定二元液体组成的方法。

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。双液体系的沸点不仅与外压有关,还与双液体系的组成有关。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TX图。

通常,如果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二纯液体的沸点之间见图1 (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TX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1(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。

图1  完全互溶双液系的相图

本实验采用回流冷凝的方法绘制环己烷-乙醇体系的TX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TX图。

、仪器与试剂

四、实验步骤

1、开启超级恒温槽的电源,调节温度至25.0℃,开启循环泵使折光率仪恒温,若水温高于25℃,可用冰块降温。

    2、用干燥量筒量取无水乙醇20毫升,用漏斗倒入干燥的沸点测定仪中。开通冷却水。开启电源,缓慢调节加热电压至约15V,温度开始上升,不久仪器内液体沸腾,调节电压为约10V,回流至温度不再升高和气相冷凝液充满D球,读取沸点。缓慢调节加热电压至0V。用玻璃研钵盛水冷却沸点仪3分钟。用干燥滴管吸取D球中的气相冷凝液,测其折光率。再用另一干净滴管吸取沸点仪中的液体,测其折光率。测毕,将乙醇倒入乙醇专用回收瓶。

3、以同样的方法,顺序测定含环己烷为0.1-0.95的各溶液的沸点及气相液相组分的折光率。测毕,将溶液倒回原试剂瓶。

4、用少量环己烷涮洗沸点仪2次,将环己烷倒入环己烷专用回收瓶。加入纯环己烷,测其沸点及气相液相组分的折光率。

注意事项

? 实验中可调节加热电压来控制回流速度的快慢,电压不可过大,能使待测液体沸腾即可。电阻丝不能露出液面,一定要被待测液体浸没。

? 在每一份样品的蒸馏过程中,由于整个体系的成分不可能保持恒定,因此平衡温度会略有变化,特别是当溶液中两种组成的量相差较大时,变化更为明显。为此每加入一次样品后,只要待溶液沸腾,正常回流1min~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干净和干燥。

? 整个实验过程中,通过折射仪的水温要恒定。使用折射仪时,棱镜不能触及硬物(如滴管),擦拭棱镜用擦镜纸。

五、数据记录及其处理

数据分析:最低恒沸物的沸点为65.10℃,组成是环己烷%=0.58。T-X相图有最低恒沸点,但是不是很明显。原因是在测量过程中,冷却气相与液相的温度没有相同,阿贝折射仪的工作温度没有绝对恒定。温度对其影响较大。

附:25℃时,环己烷浓度与折光率的关系

25℃时,环己烷浓度——折光率关系工作曲线和拟合方程

六、思考与讨论

1、实验中,为什么要准确测量气、液两种液体的折光率?并且要在恒温下测量?

答:因为实验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TX图,再根据TX图读出最低恒沸点及组成,所以要准确读出折光率。因为折光率是温度函数,即使很小的温度变化也对其造成很大变化,故要在恒温下测量,减少误差。

2、为什么工业上常生产95%的乙醇?只用精馏含水乙醇的方法是否可能获得无水乙醇?

答:因为乙醇与水是完全互溶双液系,会形成恒沸物,恒沸点为78.15℃,而乙醇的沸点78.3℃,两者非常接近,所以在常压下,用常规的方法分离乙醇-水溶液,最高只能得到浓度为95.57%(wt%)的乙醇。只用精馏含水乙醇的方法不能获得无水乙醇,需要加入恒沸剂,用恒沸精馏才能得到无水乙醇。成本较高,所以工业上常生产95%的乙醇。

3、讨论本实验的主要误差来源。

答:①测量过程中,温度在25℃上下波动,很难保证恒温下测量,对折光率测量有影响。

②取样时毛细滴管没有干燥,混入了杂质。

③由于整个体系并非绝对恒温,气、液两相的温度会有少许差别。

④电压的控制不当,产生过热现象。

⑤折光率读数会有视差。

 

第二篇:完全互溶双液系统气-液平衡相图的绘制(2) 误差分析

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。

完全互溶双液系统气液平衡相图的绘制2误差分析

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

完全互溶双液系统气液平衡相图的绘制2误差分析

表2乙醇-环己烷混合液测定数据

完全互溶双液系统气液平衡相图的绘制2误差分析

完全互溶双液系统气液平衡相图的绘制2误差分析

完全互溶双液系统气液平衡相图的绘制2误差分析

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

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