完全互溶双液系统气-液平衡相图的绘制(2) 误差分析

大学化学实验Ⅱ实验报告

（物理化学部分）

（贵州大学化学与化工学院——大学化学教学与示范中心）

班级专业： 环境科学091

姓 名： 岳凡耀

学 号： 0908100121

指导教师： 谭 蕾

实验成绩：

实验编号： 十四 实验项目名称：完全互溶双液系统气-液平衡相图的绘制

报告人：岳凡耀 同组人：赵安娜、赵芳、吴红、陈彦霖、孙腾 实验时间： 2011年4 月 28 日

一、 实验目的：

1. 掌握阿贝折射仪的使用方法通过测定混合物的折射率确定其组成。

2. 学习常压下完全互溶双液系统气-液平衡相图的测绘方法，加深对相律、恒沸点的理解。

二、 实验原理：

相图是描述相平衡系统温度、压力、组成之间关系的图形，可以通过实验测定相平衡系统的组成来绘制。

两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。若两液体能以任意比例互溶，称其为完全互溶双液系统；若两液体只能部分互溶，称其为部分互溶双液系统。当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时，液体就会沸腾，此时气-液两相呈平衡，所对应的温度就是沸点。双液系统的沸点不仅取决于压力，还与液体的组成有关。表示定压下双液系统气-液两相平衡时温度与组成关系的图称为T-XB 图或沸点-组成图。

恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气-液平衡相图（T-X），根据体系对乌拉尔定律的偏差情况，可分为三类：

（1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯-苯体系，如图1（а） 所示。

（2）最大负偏差：混合物存在着最高沸点，如盐酸-水体系，如图1（b）所示。 （3）最大正偏差：混合物存在着最低沸点，如正丙醇-水体系，如图1（c）所示。

图1 完全互溶双液系统的气-液平衡相图

在最高沸点和最低沸点处，气相线与液相线相交，对应于此点组成的溶液，达到气-液两相平衡时，气相与液相组成相同，沸腾的结果只使气相量增加、液相量减少，沸腾过程中温度保持不变，这时的温度叫恒沸点，相应的组成叫恒沸组成。压力不同，同一双液系统的相图不同，恒沸点及恒沸组成也不同。

本实验采用回流冷凝的方法绘制乙醇-环己醇体系的T-XB图。该体系属于上述第三种类型，在沸点仪中蒸馏不同组成的混合物，测定气沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出T-X相图。

本实验中两相的成分分析均采用折光率法。

折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，溶液的浓度、组成不同，折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成的溶液，在恒定温度下测其折光率，作出折光率-组成工作曲线，便可通过测折光率的大小在工作曲线上找出未知溶液的组成。

三、 实验仪器和试剂：

仪器：WAY型阿贝折射仪1台；超级循环恒温水浴1台；带有冷凝管的沸点仪1台；

电加热套1个；数字式温度计1台；长、短胶头滴管若干；环己烷的体积分数为3%、15%、30%、50%、60%、80%、92%、97%、100%的1-9号乙醇-环己烷标准溶液。

试剂：乙醇（AR）；环己醇（AR） 四、 实验步骤与数据记录：

1. 乙醇-环己烷溶液折光率与组成工作曲线的测定

将阿贝折射仪与超级恒温水浴相连，打开恒温水浴电源开关，调节水浴温度至28℃。测定乙醇-环己烷标准溶液的折光率与组成关系，绘制工作曲线。 2. 测定乙醇-环己烷体系的沸点与组成的关系

（1）安装好沸点仪，打开冷却水，由进样口加入待测溶液，用电加热套供热，使沸点仪中溶液沸腾，并通过调整沸点仪与电加热套的距离控制适宜的回流高度。最初冷凝管下段袋状部的冷凝液不能代表平衡时的气相组成。将袋状部的最初冷凝液倾回蒸馏器，并反复2-3次，待溶液沸腾且回流正常，温度读数基本恒定后，记录溶液沸点。

（2）将沸点仪从电加热套上移开，用长吸管从气相冷凝管取样口吸取气相样品，把所取的样品迅速滴入阿贝折射仪中，测其折射率ng。

（3）将阿贝折射仪镜面用洗耳球吹干，用另一支短吸管从沸点仪进样口吸取一滴溶液，测其折射率nl。

按照上述方法依次测定1-9号溶液的沸点和气-液平衡时的气、液相折光率。 五、实验结果与数据处理：

表1乙醇-环己烷标准溶液的折光率

X环己烷 0.9 0 1.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 折光率 1.3590 1.3669 1.3747 1.3827 1.3906 1.3970 1.4030 1.4084 1.4139 1.4200 1.4250 表2乙醇-环己烷混合液测定数据 序号 加入样品 T（沸点） 液相 /℃ nl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3% 15% 30% 50% 60% 80% 92% 97% 100% 75.26 64.81 61.92 60.82 62.03 62.53 75.80 76.92 75.96 气相 x环己烷 ng y环己烷 1.3655 0.067 1.3650 0.049 1.3685 0.099 1.3795 0.265 1.3781 0.257 1.4017 0.600 1.3993 0.562 1.3977 0.542 1.4071 0.600 1.4085 0.702 1.4210 0.900 1.4056 0.662 1.4237 0.939 1.4213 0.909 1.4255 0.971 1.4242 0.947 1.4247 0.955 1.4247 0.955

六、实验讨论及误差分析：

1，测定折光率，动作应迅速，以避免样品中易挥发成分损失 2，一定要先加溶液在加热，应注意切断加热丝电源

3实验中可通过调节电加热套的温度，或调整沸点仪的高程，回流速度的快慢

4使用阿贝折射仪时，不能触及硬物，用完用洗耳球吹干

七、实验思考题：

1、作出工作曲线的目的是什么？

答：可以更清楚明了地知道液相、气相的折射率与组成直接的关系，两种的温度需要保持一致，否则对折射率会有较大影响。

2、在连续测定法实验中，样品的加入量必须十分精确吗？为什么？

答：因为实验的目的就是测定其折射率和组分的关系，只有样品足够纯，不一定使加入量必须十分精确，其结果不受影响。

3、为何测定纯物质沸点时要求蒸馏瓶必须是干的，而测混合液沸点和组成时则

可不必要求蒸馏瓶是干的？ 答：测定纯样时，如沸点仪不干净，所测沸点就不是纯样的沸点。测定混合样时，其沸点和气、液组成都是实验直接测定的，绘制图像时只需要这几个数据，并不需要测试样的准确组成，也跟试样的量无关。

八、 指导教师评语及意见：

教师签名： 谭蕾 年 月 日