8.雙液系的氣－液平衡相圖一.目的要求1.繪制在p?下環(huán)己烷-乙醇雙液系的氣-液平衡相圖,了解相圖和相律的基本概念。2.掌握測定雙組分液體的沸點及正常沸點的方法3.掌握用折光率確定二元液體組成的方法二.基本原理1.氣-液相圖兩種液態(tài)物質(zhì)混合而成的二組分體系稱為雙液系。根據(jù)兩組分間溶解度的不同，可分為完全互溶、部分互溶和完全不互溶三種情況。兩個組分若能按任意比例互相融解，稱為完全互溶雙液系。液體的沸點是指液體的蒸汽壓與外界壓力相等時的溫度。在一定的外壓下，純液體的沸點有其確定值。但雙液系的沸點不僅與外壓有關，而且還與兩種液體的相對含量有關。根據(jù)定律，自由度＝組分數(shù)－相數(shù)＋2因此，一個以氣-液共存的二組分體系，其自由度為2。只要任意再確定一個變量，整個體系的存在狀態(tài)就可以用二維圖形來描述。例如，在一定溫度下，可以畫出體系的壓力p和組分x的關系圖。這就是p-x相圖。在一定壓力下，可以畫出體系的溫度t和組分x的關系圖。這就是T-x相圖。在T-x相圖上，還有溫度、液相組成和氣相組成三個變量，但只有一個自由度。圖8.1完全互溶雙液系的沸點—組成圖1.混合物的沸點介于兩種純組分之間（圖8.1(a)）；2.混合物存在著最高沸點（圖8.1(b)）；3.混合物存在著最低沸點（圖8.1(c).本實驗測定的環(huán)己烷-乙醇雙液系相圖屬于具有最低恒沸點的體系。方法是利用沸點儀(圖8.2)在大氣壓下直接測定一系列不同組成混合物的氣液平衡溫度(沸點),并收集少量氣相和液相冷凝液,分別用阿貝折光率儀測定其折射率,根據(jù)折射率與標樣濃度之間的關系,查得所對應的氣相、液相組成。圖8.2沸點儀結(jié)構(gòu)圖

2.沸點測定儀

本實驗所用沸點儀如圖8.2所示.這是一只帶回流冷凝管的長頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一半球形小室,用以收集冷凝下來的氣相樣品。電流經(jīng)變壓器和粗導線通過浸于溶液中的電熱絲。這樣既可以減少溶液沸騰時的過熱現(xiàn)象,還能防止暴沸。溫度計外套的小玻璃管有利于降低周圍環(huán)境對溫度計讀數(shù)可能造成的波動。通常,測定一系列不同配比溶液的沸點及氣、液兩相的組成,就可以繪制氣-液體系的相圖。壓力不同時,雙液系相圖將略有差異。本實驗要求將外壓校正到標準壓力。3.組成分析本實驗選用的環(huán)己烷和乙醇，兩者折光率相差頗大,二折光率測定又只需要少量樣品,所以,可用折光率-組成工作曲線來測得平衡體系中兩相的組成。(1)調(diào)節(jié)超級恒溫水浴溫度在室溫5℃以上,以適應季節(jié)的變化,但所選溫度應易于獲得試樣的密度數(shù)據(jù)。環(huán)己烷和乙醇分別恒溫10min,根據(jù)配制混合物所需的體積,用移液管精確量取,配制環(huán)己烷摩爾分數(shù)為0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70，0.80，0.90的環(huán)己烷-乙醇溶液各10ml。為避免樣品的揮發(fā)帶來的誤差,配制應盡可能迅速。(2)用盡可能短的軟管將阿貝折光儀連接在前述調(diào)好的恒溫水浴上,以保持折光儀棱鏡處于恒定溫度。測量上述9個溶液以及無水乙醇和純環(huán)己烷的折光率。將兩套精密數(shù)字溫度溫差儀的探頭同時放入恒溫水浴中，測定溫度的差值,以其中一套的讀數(shù)為基準,對另一套精密數(shù)字溫度溫差儀讀數(shù)進行校正。并作好標記！2.精密數(shù)字溫度溫差儀溫度的校正4.分別測定無水乙醇和環(huán)己烷的沸點如將第一套沸點儀洗凈、烘干，由支管加入無水乙醇使液面達到溫度計探頭的中部。注意電熱絲應完全浸沒于溶液中。打開冷卻水，接通電源。用調(diào)壓變壓器由零開始逐漸加大電壓,使溶液緩慢加熱。液體沸騰后,再調(diào)節(jié)電壓大小,使蒸汽在冷凝管中回流的高度保持在1.5～2cm左右。待測溫溫度計的讀數(shù)穩(wěn)定后再維持3～5min以使體系達到平衡。記錄溫度計和大氣壓計的讀數(shù)。采用相同方法用第二套沸點儀測定環(huán)己烷的沸點。5.取樣并測定切斷第一套沸點儀電源,停止加熱。從沸點儀的支管處倒出乙醇。由支管加入環(huán)己烷摩爾分數(shù)為0.05混合物樣品使液面達到溫度計探頭的中部(距探頭頂1cm處)。注意電熱絲應完全浸沒于溶液中。打開冷卻水,接通電源。用調(diào)壓變壓器由零開始逐漸加大電壓,使溶液緩慢加熱。液體沸騰后,再調(diào)電壓大小,使蒸汽在冷凝管中回流的高度保持在1.5～2cm左右。待測溫溫度計的讀數(shù)穩(wěn)定后,再維持3～5min以使體系達到平衡。記錄溫度計和大氣壓計的讀數(shù)。切斷測定乙醇沸點的沸點儀的電源,停止加熱。用干燥、潔凈的吸管分別從冷凝管上端和蒸餾瓶支管處取氣相和液相冷凝液,用阿貝折光儀測定其折射率。每個樣品測定三次。試樣轉(zhuǎn)移要迅速,將樣品直接滴在折光儀毛玻璃上進行測定。最后,將溶液倒入指定的貯液瓶。按上述相同的步驟,用第二套沸點儀測定環(huán)己烷摩爾分數(shù)為0.90的環(huán)己烷-乙醇溶液的沸點以及氣相和液相的折射率測定。7.繪圖用所測實驗原始數(shù)據(jù)繪制沸點-組成草圖，與文獻值比較決定是否有必要重新測定某些數(shù)據(jù)。注意事項

1.測定折光率時,動作應迅速,以避免樣品中易揮發(fā)組元損失,確保數(shù)據(jù)準確；2.電熱絲一定要被溶液浸沒后方可通電加熱,否則電熱絲易燒斷或燃燒著火；3.注意一定要先加溶液,再加熱；取樣時,應注意切斷加熱絲電