双液系的气—液平衡相图
一、实验目的
1.绘制在Pθ环已烷—乙醇的气液平衡相图，了解相图和相律基本概念；
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的组成方法。
二、实验原理
液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有确定值。
但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。
根据相律：
自由度=组分数-相数+2
因此，一个气—液共存的二组分体系，其自由度为2。
只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。
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。
图1. 沸点和组成（T-x）图
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（如图2所示）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），分别用阿贝折光仪测定其折光率。
根据已知组成的溶液折光率，作出一定温度下（25℃）该溶液的折光率—组成工作曲线，然后根据测得的样品溶液的气液两相的折光率，在此曲线上即可按描法得到待测未知样品溶液的组成。
图2. 沸点测定仪示意图
三、仪器与药品
沸点测定仪1只丙酮（分析纯）
水银温度计（50~100℃，分度值0.1℃）1支超级恒温水浴1台玻璃温度计（0~100℃，分度值1℃）1支称量瓶（高型）10只
调压变压器（0.5kVA）1只25mL移液管
数字式Abbbe折光仪（棱镜恒温）1台长滴管10支带玻璃磨口塞试管（5mL）4支无水乙醇（分析纯）
烧杯（50ml，250ml）各1支环己烷（分析纯）
玻璃漏斗（直径5cm）1只重蒸馏水，冰
四、实验步骤
1.调节超级恒温水浴温度，使阿贝折光仪上的温度计读数保持在25℃。
2.接通沸点测定仪电源，通冷却水，按要求调节调压器，加热溶液至沸腾。
待其温度保持恒定后，读下该温度值，同时停止加热，并立即在小泡中取气相冷凝液，迅速测定其折光率，冷却液相，然后用滴管将溶液搅拌均匀后取少量液相测定其折光率。
重复上述操作三次，取其平均值。
注意：每次测量折光率后，要将折射仪的棱镜打开晾干，以备下次测定用。
3.按此方法分别测定摩尔分数为0.05，0.15，0.30，0.45，0.55，0.65，
0.80，0.90的环已烷—乙醇溶液的折光率。
五、数据记录与处理
1.25℃条件下标准溶液数据处理。
表1. 环己烷—乙醇标准溶液折射率—组成数据
根据表1数据作图如下：
2.双液系平衡温度及气—液相组成的测定数据记录与处理。
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气相和液相的X环己烷可通过上面作出的环己烷—乙醇体系的折光率—组成工作曲线所得工作曲线方程：y = 0.0586x + 1.3674求得。
把气液两相平衡时测得的折光率带入曲线方程求得其相应的X环己烷，结果汇总如表2所示：
表2. 实验数据记录与处理表格
根据表2所得数据，作出环己烷—乙醇体系的沸点—组成图如下（已去除误差较大的点）：
根据作出的环己烷—乙醇体系的温度—组成图，可求得：
最低恒沸点约为64.49℃，相应的恒沸混合物的组成X环己烷约为0.5103。
六、误差分析
1.在给双液体系加热而产生的液相的组成并不固定，而是视加热的时间长短而定，因造成测定的折光率产生误差；
2.在测量过程中，虽然采用恒温槽使得阿贝折射仪的棱镜处于恒温状态，但其他仪器的实验条件很可能出现改变。
这其中包括环境温度和气压的改变导致沸点仪所处环境的改变；
3.在实验数据的处理过程中认为测量体系的组成没有变化，但是在实际情况下，很可能由于操作原因改变测量体系的组成。
具体而言，在从沸点仪取样的过程中，以及进行折射率测量时，体系会有微量蒸发，从而使得体系的组成发生变化，即所测得的组成与液相和气相的实际组成不完全一致；
4.测量过程中使用了刻度尺（测器外度数）和阿贝折射仪，温度计等仪器。
由于系统误差，测得数据与实际可能有所差异，导致测量结果的误差。
七、思考题
1.在测定恒沸点时，溶液过热或出现分流现象将使绘处的相图图形发生什么变化？
答：当溶液出现过热或出现分馏现象,会使测沸点偏高,所以绘出的相图图形向上偏移。
2.为什么工业上常生产95%酒精？只用精馏含水酒精的方法是否可能获得无水酒精？
答：因为蒸馏酒精时，酒精-水这个系统生成一个最低恒温混合物，蒸馏所得的产物只能是95%的酒精。
不可能。
95%时就形成了乙醇-水共沸物，再蒸馏只能蒸出95%的酒精而不是水，因此不能只用精馏含水酒精的方法获得无水乙醇。
工业上常在此基础上加入一定的苯，再进行蒸馏。
3.试设计其它方法用以测定气、液两相组成，并讨论其优缺点。
答：一般有化学分析法、气相色谱法、电化学法等等，但他们也有也有缺点。
化学法较麻烦，结果准确；仪器分析法所需仪器昂贵，电化学法较难。