液平衡相图
试剂和仪器
沸点测定仪 各种沸点测定仪的具体构造虽然各有 特点,但其设计思想都集中于如何正确测 定沸点和气液相的组成,便于取样分析, 防止过热及避免分馏等方面。
蒸汽冷凝部分的设计是关键之一。若收集 冷凝液的凹形半球容积过大,在客观上即 造成溶液得分馏;而过小则回因取太少而 给测定带来一定困难。 连接冷凝和圆底烧瓶之间的连接管过短或 位置过低,沸腾的液体就有可能溅入小球 内;相反,则易导致沸点较高的组分先被 冷凝下来,这样一来,气相样品组成将有 偏差。
本实验所用沸点仪如图所示:这是 一只带回流凝管的长颈园底烧瓶。 冷凝管底部有一半球形小室,用于 收集冷凝下来的气相样品。电流经 变压器和粗导线通过浸于溶液中的 电热丝。这样既可减少溶液沸腾时 的过热现象,还能防止暴沸。
沸点测定仪 1只 阿贝折射仪 1台 调压变压器 1只 烧杯500ml 1只 玻璃水银温度计(50-100℃最小分度值 0.1℃) 1 支 吸液管(1ml) 2只,(2ml) 1只, (5ml) 2只 环己烷(分析纯) 无水醇(分析纯)
实验步骤
1、工作曲线绘制 本实验可用折光率-组成工作曲线来测 得平衡体系的两相组成。根据教材中所列 的环己烷-无水乙醇组成 / 折光率表,绘制 环己烷-无水乙醇组成/折光率曲线。
安装沸点仪 将烘干的沸点仪按装好,检查带有温度 计的软木塞是否塞紧,电热丝要靠近烧瓶 底部的中心,温度计银球的位置应处在支 管之下,但和加热丝之间要有一定距离。
取样并测定折光率 切断电源,停止加热,用盛冷水的烧杯 套在沸点仪底部使体系冷却。用一只干燥的 滴管自冷凝管中取出小球内的全部冷凝液, 用另一只干燥的滴管由支管吸取烧瓶内的溶 液 1ml 左右,上述样品可分别作为平衡时的 气相样品和液相样品,用阿贝折光仪测其折 光率。最后将溶液倒入指定的储液瓶。
注意事项
加热电热丝一定要被欲测液体浸没,否则通 电加热时会引起有机溶液的燃烧或烧断加热 丝,所加电压不能太大,加热丝上有小气泡 逸出即可,温度计水银球不要直接碰到加热 丝。
一定要使体系达到平衡,即温度计读数稳定, 先停止通电加热再取样分析。 使用折光仪时,棱镜上不能触及硬物(如滴 管)。
记录完毕后,再向蒸馏瓶内再加入0.5cm3乙 醇,按前述方法测定沸点及气液两相的折射率。 再依次加入2,3cm3乙醇,作同样实验。 上述实验结束后,将母液放入回收瓶内。用少 量乙醇洗涤蒸馏瓶。待其冷却至室温后,注入 30cm3乙醇,然后按前述方法测定依次测定加入 0.5,2,3,5cm3环己烷,测定其沸点。分别测定 它们的沸点及气液相样品的折射率。
操作要点
由于沸点及气液两相折光率的测定需要气液平衡 的条件下测定,因此应注意以下几个操作要点:
变压器调节电压时,应由零开始逐渐加大电压使溶液 缓慢加热。每种浓度样品其沸腾状态应尽量一致。即 气泡连续、均匀冒出为好,不要过于激烈也不要过于 慢。 蒸气在冷凝管中的高度应保持在2cm左右,温度计读 数稳定后体系达到平衡,(温度保持恒定,证明气液相 达到平衡,一般约10分钟) 最初收集在球形凹槽内的冷凝液常不能代表平衡时的 气相的组成。因此需将最初的冷凝液倾倒回烧瓶2~3次。
校正后溶液的正常沸点为 t沸=t测+△t压+△t露 作出折光率-组成标准曲线。根据所得蒸 出液和蒸馏液的折光率,在标准曲线上找 出对应的成分。
作环己烷-乙醇的T-x图。并从图中确定 出最低恒沸点和恒沸物组成。
数据处理
沸点温度校正 (1) 正常沸点。在标准大气压下测得的沸点 称为正常沸点。通常外界压力并不恰好等 于 101.325KPa,因此,应对实验测得值作 压力校正。应用特鲁顿规则及克劳修斯- 克拉见龙公式校正。
△t压=(273.15+ t测)/10· (101325-P)/101325
温度露茎校正 在作精密的温度测量时,需对温度计读数 校正。根据玻璃与水银膨胀系数的差异, 校正计算式为: △t露=1.6×10-4· n· (tA-tB) 式中 tA、tB 为露茎部位的温度值, n 为露出 在体系外的水银柱长度。即图4中温度计的 观测值与沸点仪软木塞处温度计读数之差, 并以温度差值作为长度单位。
测定沸点 在已洗净烘干的蒸馏瓶内加入30cm3环 己烷,向蒸馏瓶内加入0.5cm3乙醇,其液面 应在温度计水银球的中部,电热丝应完全浸 没于溶液中,打开冷却水,接通电源。用调 压变压器调节电压,由零开始逐渐加大电压 使溶液缓慢加热,观查电热丝上是否有小气 泡逸出。
调节电压和冷却水流量,使蒸气能在冷 凝管中的高度保持在2cm左右。至温度计的读 数稳定后再维持3~5min,使体系达到平衡, 在这过程中,不时将小球中凝聚的液体倾入 烧瓶,记录温度计读数和露茎的温度及大气 压力。(温度保持恒定,证明气液相达到平衡, 一般约10分钟)
液体的沸点 是指液体的蒸气压与外界压力相等时的 温度。在一定的外压下,纯液体的沸点有其 确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关, 而且还与两种液的相对含量有关。根据相律, 自由度=组分数-相数+2,因此,一个以 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。在一 定温度下,可以画出体系的压力 P 和组分 x 的关系图,如体系的压力确定,则可作温 度 T 对 x 的关系图。在 T-x 相图上,还有温 度、液相组成和气相组成三个变量,则其 它两个变量必须有相应的确定值。
双液系的气-液平衡相图
实验目的与要求
绘制在常压下环己烷-乙醇双液系的气液 平衡相图,了解相图和相律的基本概念。 掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的 方法。 掌握用折射率确定二元液体组成的方法。
实验原理
气-液相图 两种液态物质混合而成的二组分体系 称为双液系,两个组分若能以任意比例相 互溶解,称为完全互溶双液系。两个组分 若只能在一定比例范围内相互溶解,称为 部分互溶双液系。