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二组分气液平衡相图二组分气液平衡相图 实验三实验三 二组份气液平衡相图二组份气液平衡相图 一、目的一、目的 1、用沸点仪测定和绘制乙醇和环己烷的二组份气液平衡相图； 2、用阿贝折射仪测定液体的组成，了解液体折射率的测量原理及方法 二、基本原理二、基本原理 两种液态物质混合而成的二组份系统称为双液系二液体若能按任意比例互相溶解，称完全互溶双液系；若只能在一定比例范围内互相溶解，则称部分互溶双液系例如水－乙醇双液系、苯－甲苯双液系都是完全互溶双液系，苯－水双液系则是部分互溶双液系 液体的沸点是指液体的蒸汽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的值，但对于双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与双液系的组成有关，即和双液系中两种液体的相对含量有关通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相、液相的组成作图，即得二组份气液平衡相图，它表明溶液在各种沸点的液相组成和与之成平衡的气相组成的关系 在恒压下，二组份完全互溶双液系的沸点组成图可分为三类： (1)溶液的沸点介于两纯组份沸点之间，如苯和甲苯、水和甲醇等 • 1 • 工科基础化学实验系列教材工科基础化学实验系列教材 物理化学实验物理化学实验 (2)溶液有最高沸点，如氯化氢与水、硝酸和水、丙酮与氯仿等。

(3)溶液有最低沸点，如水和乙醇、苯和乙醇、乙醇和环已烷等 这三种类型的相图如下图所示 图图4-1 二组份气液平衡相图的三种类型二组份气液平衡相图的三种类型 图中、T分别表示纯A纯B的沸点图中两曲线包围的区域为气－液两相平衡共存区它的上方G代表气相区，下方L为液相区C和C'分别表示最高和最低恒沸物的沸点和组成 TA* B*测绘这类相图时，要求同时测定溶液的沸点及气液平衡时两相的组成本实验用回流冷凝法测定环己烷－乙醇溶液在不同组成时的沸点所用沸点仪如图4-2所示，是一只带有回流冷凝管的长颈园底烧瓶，冷凝管底部有一球形小室D，用以收集冷凝下来的气相样品，液相样品则通过烧瓶上的支管L抽取，图中E• 2 • 二组分气液平衡相图二组分气液平衡相图 是一根电热丝，直接浸在溶液中加热溶液 溶液的组成用测定其折射率确定折射率是物质的一个特征数值溶液的折射率与组成有关，因此测得一系列已知浓度的溶液折射率，作出该溶液的折射率－浓度工作曲线，就可按内插法求得具有某折射率的溶液组成 物质的折射率与温度有关,大多数液态有机化合物折射率的温度系数为-0.0004，因此在测定时应将温度控制在指定值的±0.2℃范围内，才能将这些液体样品的折射率测准到小数点后4位。

对挥发性溶液，加样品动作要迅速，以防挥发影响测定结果 图图4-2 沸点仪沸点仪 A-盛液容器;B-测量温度计; C-小玻管;D-小球;E-电热丝; L-支管;G-温度计;F-冷凝管 三、仪器及药品三、仪器及药品 沸点仪1套； 超级恒温槽1套； 阿贝折射仪1台； 调压变压器1只； 温度计(50-100℃，最小分度0.1℃)1支； 温度计(0-100℃，最小分度1℃)1支； 无水乙醇(AR)； 丙酮； 环己烷(AR)； 滴管两只 四、实验步骤四、实验步骤 1、将超级恒温槽的进出水管和阿贝折射仪的进出水管连接• 3 • 工科基础化学实验系列教材工科基础化学实验系列教材 物理化学实验物理化学实验 好，接通恒温槽电源，调节水温至30℃，调节方法见实验一 2、用阿贝折射仪测定纯乙醇和纯环己烷的折射率，阿贝折射仪的使用方法见附录4-1 3、测定标准乙醇－环己烷溶液的折射率此项由教师事先作好，供给数据) 4、在干燥的沸点仪中放入30cm3纯乙醇, 按图4－2安装好检查带有温度计的木塞是否塞紧, 加热用的电热丝要靠近容器A的底部中心温度计水银球的位置至少高于电热丝1cm, 温度计水银球下部包以滤纸,滤纸下端不要浸人溶液内。

冷凝管内通入冷水接通电热丝电源,用调压器调节电压约10V,(不能超过15V!)将液体缓缓加热, 待液体微沸约2分钟后, 温度恒定不变时记下温度计B和G的读数, 按附录3-1进行温度计外露部分的校正, 校正后的温度即为纯乙醇的沸点 5、停止加热让液体冷却后，用移液管吸取3.0cm3的环己烷从支管L处加入容器A中加热溶液到沸腾调节冷凝管F中冷却水的流量以控制蒸汽在冷凝管中回流高度不宜太高,以2cm较合适，以防蒸汽逸出如此沸腾一段时间，使冷凝液不断淋洗小球D中的液体，直到温度计的读数稳定为止 6、停止加热用长滴管吸取小球D处的冷凝液，用阿贝折射仪测定其折射率；打开L支管的磨塞，迅速用滴管吸取残馏液测定其折射率取样滴管要清洁干燥在样品转移、测量过程中要迅速而仔细每次使用折射仪前要用乙醚(或丙酮)淋洗棱镜面，干燥后再加样测定 7、再依次加入3.0、4.5、5.5、7.0、10.0cm3的纯环己烷，• 4 • 二组分气液平衡相图二组分气液平衡相图 按前述方法测定溶液的沸点和气液两相的折射率 8、上述实验结束后，把沸点仪中的溶液倒人废液回收瓶中，用电吹风吹干沸点仪注入30cm3环己烷，测定沸点；依次加入0.5、1.0、2.0、5.0cm3的纯乙醇,分别测定它们的沸点和气、液两相的折射率。

五、数据记录和结果处理五、数据记录和结果处理 1、根据各样品的折射率由折射率－组成的工作曲线查得相应组成，列表 • 5 • 工科基础化学实验系列教材工科基础化学实验系列教材 物理化学实验物理化学实验 30cm3乙醇中加入环己烷的毫升数 沸点温度 气 相 液 相 加量 总量 TrTsn 校正值 折射率 浓度 折射率浓度0 3.0 4.5 5.5 7.0 10.0 0 3.0 7.5 13.0 20.0 30.0 30cm3环己烷中加入乙醇的毫升数 0 0.5 1.0 2.0 5.0 0 0.5 1.5 3.5 8.5 2、作乙醇－环己烷的气液平衡相图 六、思考题六、思考题 1、沸点仪中的小球D体积过大或过小，对测量有何影响? • 6 • 二组分气液平衡相图二组分气液平衡相图 2、在测定时，有过热现象产生，将会使相图图形产生什么变化? • 7 • 工科基础化学实验系列教材工科基础化学实验系列教材 物理化学实验物理化学实验 附录附录4-1：阿贝折射仪：阿贝折射仪 1、折射率测定的基本原理、折射率测定的基本原理 当一束光从一种介质A进入另一种介质B时，在界面上会发生折射现象，如图4-3所示。

根据史耐尔(Snell)定律，波长一定的单色光在温度、压力不变的条件下，其入射角i和折射角γ与这两种介质的折射率n(A)、n(B)有下列关系 ( ) ( )( ) ( )sinsini ABn Bn Aγ= 图图4-3 光在不同的介质中的折射光在不同的介质中的折射 如果介质A是真空，因规定n(真空)＝1，因此 ( )() ( )n BiB=sinsin真空γ• 8 • 二组分气液平衡相图二组分气液平衡相图 n称为介质B的绝对折射率，如果介质A为空气，n(空气)＝1.0027(空气的绝对折射率)则 () ( )( ) ()( )( )sinsin.iBn Bnn Bn B空气空气γ===′10027n' 称为介质B对空气的相对折射率，又称常用折射率因n与n' 相差很小，通常就把常用折射率替代绝对折射率 折射率以n表示，由于n与波长有关，因此在其右下角注以字母表示测定时所用的单色光的波长，D、F、G、C……分别表示钠的D(黄)线、氢的F(篮)线、G(紫)线、C(红)线等另外折射率又与介质的温度有关，因而在n的右上角注明测量时介质的温度例如n表示20℃时该介质对钠光D线的折射率大气压对折射率的影响极微，可不考虑。

D20阿贝折射仪是根据临界折射现象设计的在图4-3中若B为棱镜、A为样品、而棱镜折射率大于样品的折射率：n(B)＞n(A)若入射光1正好沿着棱镜与试样的界面射入，其折射光为1'，入射角i1＝90°，折射角为rc , 此即为临界角，因为再没有比rc 更大的折射角了大于临界角处构成暗区，小于rc 处构成亮区因此rc 具有特征意义而且有 ( )( )( )n An Brn Brc c=°=sin sinsin90显然，如果已知棱镜B的折射率n(B)，测定临界角nc就能算出被测试的折射率 2、阿贝折射仪的结构、阿贝折射仪的结构 • 9 • 工科基础化学实验系列教材工科基础化学实验系列教材 物理化学实验物理化学实验 图4-4为阿贝折射仪的光程和外形示意图仪器的中心部件是由两块直角棱镜组成的棱镜组下面一块是可以启闭的辅助棱镜Q，且其斜面是磨砂的液体试样夹在辅助棱镜与测量棱镜P之间，展开成一薄层光由光源经反射镜M放射到辅助棱镜，磨砂的斜面发生漫射，因此从液体试样层进入测量棱镜P的光线各个方向都有，从P直角边上方可观察到临界折射现象转动棱镜组转轴A的手柄R,调整棱镜组的角度，使临界线对准测量望远镜视野V中的X形准线的交点。

由于刻度盘SC与棱镜组同轴为A，因此试样的折射率可通过临界角在刻度盘上反映出来刻度盘上的示值有两行、右边一行是折射率n(从1.3000到1.7000)、左边另一行是0—95%、专门测定糖水溶液中糖的重量百分数 D为了方便，阿贝折射仪的光源采用日光，而不是单色光，日光通过棱镜时产生色散，使临界线模糊，因而在测量望远镜的镜筒下面设计了一套消色散棱镜Am(amici棱镜)，旋转消色散手柄K，就可消除色散现象 • 10 • 二组分气液平衡相图二组分气液平衡相图 图图4-4 阿贝折射仪的构造及外形阿贝折射仪的构造及外形 3、折射仪的使用方法、折射仪的使用方法 ⑴安装 将折射仪置于靠窗的桌上或普通白炽灯前，将温度计拧入棱镜外套上温度插座内用橡皮管将棱镜夹套的进出水口与超级恒温槽串接起来，恒温温度以折射仪上的温度计读数为准，一般选用20±0.1℃或30±0.1℃ • 11 • 工科基础化学实验系列教材工科基础化学实验系列教材 物理化学实验物理化学实验 ⑵加样 松开锁钮，开启辅助棱镜，使其磨砂的斜面处于水平位置，用滴管加少量丙酮清洗镜面，促使难挥发的玷污物逸走，用滴管时注意勿使管口碰触镜面必要时可用揩镜纸轻轻揩试镜面，但切勿使用滤纸。

待镜面干燥后滴加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上，闭合辅助棱镜，旋紧锁钮 ⑶对光 转动手柄R，使刻度盘标尺上的示值为最小，调节反射镜，使放射光进入棱镜组，从测量望远镜中观察使视场最亮调节目镜，使视场准线最清晰 ⑷粗调 转动手柄，使刻度盘标尺上的示值逐渐增大，直到视场中出现彩色光带或黑白临界线 ⑸消色散 转动消色散手柄K，使视场内出现一清晰的明暗临界线 ⑹精调 转动手柄R，使临界线正好在X形准线交点上若此时又呈现微色散，必须重调色散手柄K，使临界线明暗清晰 ⑺读数 打开刻度盘罩壳上的小窗，调节小窗角度使光线射入，然后从读数望远镜中读出标尺上相应的示值转动手柄R,连续读数三次，相差小于0.0002，然后取其平均值同一试样应重复测量一次 ⑻校正(学生不作) 折射仪刻度上的零点读数有时会发生移动，须加以校正一般使用二次蒸馏水，转动R使读数等于实验温度时水的折射率(可查表得到，例如n(水)＝1.3325)然后转动测量望远镜筒上的示值调节螺钉，使临界线与X形准线的交点吻合即可 D20• 12 • 二组分气液平衡相图二组分气液平衡相图 4、折射仪的保养、折射仪的保养 ⑴切勿将滴管或其它硬物触碰镜面，滴管嘴要烧光滑。

使用擦镜纸时，要轻轻擦试转动棱镜要轻、慢，要注意不要超出测量范围 ⑵不得测试腐蚀性液体，如酸、碱等 ⑶使用完毕后，要拆下温度计，流尽棱镜夹套中的水放入箱内，箱内应有干燥剂 ⑷使用和搬动折射仪时要小心轻放，避免强烈振动和撞击 ⑸仪器应置于干燥、通风之室内，防止受潮，亦不宜直接在日光下暴晒 • 13 • 。