``实验2 双液系的气液平衡相图唐盛昌2006011835 分6同组实验者：徐培实验日期：2008-10-9，提交报告日期：2008-10-23带实验助教：尚培华1 引言（简明的实验目的/原理）实验目的：1．用沸点仪测定在常压下环已烷—乙醇的气液平衡相图。

2．掌握阿贝折射仪的使用方法。

实验原理：将两种挥发性液体混合，若该二组分的蒸气压不同，则溶液的组成与其平衡气相的组成不同。

在压力保持一定，二组分系统气液达到平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时组成关系的相图，称为沸点和组成(T-x)图。

沸点和组成(T-x)的关系有下列三种：(1)理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其液体混合物的沸点介于两纯物质沸点之间见图5—1(a)；(2)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差，其溶液有最高恒沸点见图5—1(b)；(3)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，其溶液有最低恒沸点见图5—1(c)。

第(2)、(3)两类溶液在最高或最低恒沸点时的气液两相组成相同，加热蒸发的结果只使气相总量增加，气液相组成及溶液沸点保持不变，这时的温度称恒沸点，相应的组成称恒沸组成。

第一类混合物可用一般精馏法分离出这两种纯物质，第(2)、(3)类混合物用一般精馏方法只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。

图1 沸点组成图为了测定二元液系的T-x图，需在气液达到平衡后，同时测定溶液的沸点、气相和液相组成。

本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷—乙醇双液系的T-x图。

方法是用沸点仪(图2)直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度(即沸点)，并收集少量馏出液(即气相冷凝液)及吸取少量溶液(即液相)，分别用阿贝折射仅测定其折射率。

为了求出相应的组成，必须先测定已知组成的溶液的折射率，作出折射率对组成的工作曲线，在此曲线上即可查得对应于样品折射率的组成。

2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验药品和仪器：沸点仪、调压器、阿贝折射仪、超级恒温槽、1／10℃温度计、酒精温度计、滴管、放大镜。

环己烷、无水乙醇(分析纯)、各种浓度的环已烷—乙醇混合溶液。

测试装置示意图：图2所示是一种带有电阻丝加热的沸点仪。

沸腾的溶液由喷嘴喷向温度计，因此可以测得蒸气与液相平衡的温度。

气相经冷凝后贮存在小泡内。

图2 沸点仪2.2 实验条件（实验温度、湿度、压力等）实验温度：17.9°C 大气压：101.77kPa 湿度：52%2.3 实验操作步骤及方法要点操作步骤：1．测定溶液的折射率打开超级恒温器，使阿贝折射仪的工作温度维持在20°C ，以保证前后测定的温度相同。

用阿贝折射仪测定纯环己烷、无水乙醇以及由环已烷—乙醇组成的标准溶液的折射率。

2．测定液相和气相组成1 水冷却入口2 气相冷凝液贮存小泡3 温度计4 喷嘴5 电炉丝6 调压器分别测定质量百分数为10％、30％、69.5％、92％、97.5、100％的环已烷—乙醇溶液在沸点下的液相和气相的组成。

测定方法如下：接通电源，通冷却水，调节调压器电压在20V左右，加热溶液至沸腾。

待其温度计上所指示的温度保持恒定后，读下该温度值，读下器外度数及辅助温度计的读数，同时停止加热，并立即在小泡中取气相冷凝液，迅速测定其折射率，冷却液相，然后用滴管将溶液搅均后取少量液相测定其折射率。

每次测量折射率后，要将折射仪的棱镜打开，用洗耳球轻吹镜面，晾干，以备下次测定用。

注意事项：1．加热电阻丝的电压不得超过40V。

2．一定要使体系达到气液平衡即温度稳定后才能取样分析。

3．取样后的滴管不能倒置。

4．取气相冷凝液的同时，停止加热。

待被测液相溶液冷却后测其折射率。

5．使用阿贝折射仪时，棱镜行不能触及硬物（特别是滴管）。

棱镜上加入被测溶液后立即关闭镜头。

实验中必须使用同一台阿贝折射仪。

6．实验过程中必须在沸点仪的冷凝管中通入冷却水，使气相全部冷凝。

3 结果与讨论3.1 原始实验数据表1 环己烷-乙醇标准溶液组成与对应的折射率环己烷浓度（%）0 13.5 28.5 48.6 69.2 83.6 100 折射率 1.3615 1.3701 1.3780 1.3892 1.4040 1.4149 1.4265表2 环已烷-乙醇双液系气液两相平衡时温度及气相液相折射率变化环己烷浓度（%）平衡沸点t*（°C）器外度数n（°C）辅助温度计读数st（°C）气相折射率液相折射率0 78.1 29.1 22.0 1.3613 1.361110 71.3 21.3 19.6 1.3859 1.367830 66.2 18.2 19.8 1.4000 1.379069.5 64.4 13.7 21.4 1.4045 1.403890 65.3 23.9 22.0 1.4056 1.417596 67.7 19.7 23.0 1.4092 1.4240100 80.5 31.0 23.0 1.4265 1.4263*注：测定平衡沸点时使用的是十分之一温度计，但是读数时没有估读到下一位，对精度造成了影响。

但是考虑本次实验的精度要求，精度的减小不大。

3.2计算的数据、结果3.2.1 双液系组成-折射率工作曲线的绘制：根据标准溶液测得结果，进行数学上三次样条插值计算，得到下面的工作曲线：图3 双液系组成-折射率工作曲线3.2.2 水银-玻璃温度计的露茎校正：根据公式)('s t t Kn t t -+=进行校正。

式中：'t 是校正后的沸点；t 是气液平衡时温度计的读数；s t 是露出体系外水银的平均温度；n 是器外度数；K 是水银对玻璃的相对膨胀系数，实验中，000157.0=K 。

3.2.3 利用工作曲线根据测得的折射率分别求取气相液相的组成。

表3 环已烷-乙醇双液系气液两相修正后平衡时温度及气相液相折射率-组成变化 环己烷浓度 （%）修正后平衡沸点't * （°C ）气相折射率 气相组成 （%） 液相折射率 液相组成 （%） 0 78.4 1.3613 0.0 1.3611 0.0 10 71.5 1.3859 43.2 1.3678 9.5 30 66.3 1.4000 63.9 1.3790 30.6 69.564.51.404569.91.403869.190 65.5 1.4056 71.3 1.4175 87.1 96 67.8 1.4092 76.0 1.4240 96.4 10080.81.4265100.01.4263100.0*注：由于测定温度时没有估读的原因，根据有效数字运算规则，仍然取小数点后一位。

3.2.4 环己烷-乙醇体系的沸点-组成图根据表3得到的数据，绘制环己烷-乙醇双液系气液平衡相图图4 环己烷-乙醇双液系气液平衡相图 （测定前后大气压平均值为101.77kPa ）3.2.5 最低恒沸点及相应的恒沸物的组成在沸点组成图中找出最低恒沸点，为64.4 °C 。

恒沸物的组成：环己烷质量浓度为69.6%。

3.3讨论分析环己烷-乙醇体系的相关物性文献值[3]：物质 沸点 （°C ） 环己烷80.74乙醇78.5恒沸点：64.6°C，横沸组成，环己烷70%，乙醇30% 。

测定压力101.325kPa。

总体说来，实验结果与文献值比较相符，结果比较可信，分析其误差来源，主要有以下几个方面：1．恒沸点和恒沸组成会随着压力而变化。

本实验中压力和标准压力十分接近，所以测定的结果与文献值也能较好吻合。

2．阿贝折射仪的误差，不可避免地带来误差。

3．实验操作者操作阿贝折射仪带来的误差。

加样时的挥发、操作者各人不同习惯，都会产生误差。

4．从曲线上查组成比时带来的误差，由于使用的是插值数据，所以无法完全跟实际相符，也会产生误差；5．温度计在读数过程中产生的误差，消除温度计的露出误差时，需要估读无刻度处的值，也会造成误差。

而且实验中没有正确使用好十分之一温度计，人为错误使得误差增加，这一点以后实验需要更加注意。

4 结论环己烷-乙醇体系是非理想溶液，各组分的蒸汽压对Raoult定律产生很大的正偏差，即环己烷-乙醇间的分子间作用力小于各自纯溶液的分子间作用力，该溶液具有最低恒沸点。

在实验条件下（测定前后大气压平均值为101.77kPa），恒沸点为64.4 °C。

恒沸物的组成：环己烷质量浓度为69.6%。

5 参考文献1.朱文涛编著物理化学清华大学出版社2.清华大学化学系物理化学实验编写组. 物理化学实验。

北京：清华大学出版社.19913.Robert C.Wcast Handbook of Chemistry and Physics. 58th ed. Ohio: CRC Press.6 附录-思考题1．使用阿贝折射仪时要注意些什么问题？如何正确使用才能测准数据？阿贝折射仪是一种精密的光学仪器，使用时应注意以下几点：(1)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使用阿贝折射仪。

(2)每次测定时，试样不可加得太多，一般只需加2～3滴即可。

(3)要注意保持仪器清洁，保护刻度盘。

每次实验完毕，要在镜面上加几滴丙酮，并用擦镜纸擦干。

最后用两层擦镜纸夹在两棱镜镜面之间，以免镜面损坏。

(4)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，则可能是由于光线未经过棱镜而直接照射到聚光透镜上。

(5)若待测试样折射率不在1.3～1.7范围内，则阿贝折射仪不能测定，也看不到明暗分界线。

使用阿贝折射仪时要注意及时的观察数据，因为待测液易挥发，折射一种的液体减少的很快，这样，所测结果随着时间的推移会越来越不准确，这样可以在涂抹待测液时适当的多加一点。

并且要涂抹均匀，这样可以使明暗分界线清晰，提高判断准度。

测定前，必须将沸点仪洗净并充分干燥。

用滴定管时勿使管尖碰撞镜面。

而在环己烷含量较高的几组中，数据变化不大，所以可能会造成较大的误差，应该根据估计值反复测量（本次实验局碰到了这种情况，致使开始的工作曲线不能满足要求），直至接近合理。

2．收集气相冷凝液的小泡D的体积太大，对测量有何影响？收集气相的小泡D体积太大，会使冷凝液聚集过多，里面不全是平衡时气相凝结组成，由于含有平衡之前的组成，会使测量冷凝液组分时产生误差。

3．平衡时，气液两相温度应该不应该一样？实际是否一样？怎样防止温度的差异？理论上应该一样，但是在实际操作中，由于气相距离热源较远等因素影响传热，气液两项温度有一定的差异。

为了降低温度的差异，连接冷凝管和圆底烧瓶之间的连管不能过短或位置过低，并且可以在仪器外包裹一层保温物质。