双液系气-液平衡相图的绘制

一、实验目的、要求

1. 测定常压下环己烷-乙醇二元系统的汽液平衡数据，绘制101325Pa下的沸点-组成的相图。

2. 掌握阿贝折射仪的原理和使用方法。

二、实验原理

液体混合物中各组分在同一温度下具有不同的挥发能力。因而，经过汽液见相变达到平衡后，各组分在汽、液两相中的浓度是不相同的。根据这个特点，使二元混合物在精馏塔中进行反复蒸馏，就可分离得到各纯组分。为了得到预期的分离效果，设计精馏装置必须掌握精确的汽液平衡数据，也就是平衡时的汽、液两相的组成与温度、压力见的依赖关系。大量工业上重要的系统的平衡数据，很难由理论计算，必须由实验直接测定，即在恒压（或恒温）下测定平衡的蒸汽与液体的各组分。其中，恒压数据应用更广，测定方法也较简便。

本实验测定的恒压下环己烷-乙醇二元汽液平衡相图。图中横坐标表示二元系的组成（以B的摩尔分数表示），纵坐标为温度。用不同组成的溶液进行测定，可得一系列数据，据此画出一张由液相线与汽相线组成的完整相图。

分析汽液两相组成的方法很多，有化学方法和物理方法。本实验用阿贝折射仪测定溶液的折射率以确定其组成。预先测定一定温度下一系列已知组成的溶液的折射率，得到折射率-组成对照表。以后即可根据待测溶液的折射率，由此表确定其组成。

三、使用仪器、材料

沸点仪1套，阿贝折射仪，移液管，环己烷，无水乙醇

四、实验步骤

1、测定折射率与组成的关系，绘制工作曲线

将9支小试管编号，依次移入0.1 ml, 0.2 ml, …, 0.9 ml的环己烷，然后依次移入0.9 ml, 0.8 ml,…, 0.1 ml的无水乙醇，配成9份已知浓度的溶液，用阿贝折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和纯无水乙醇的折射率，以折射率对浓度作图。

2、测定环己烷-乙醇体系的沸点与组成的关系

(1) 右半部沸点-组成关系的测定 取20 ml无水乙醇加入沸点仪中，然后依次加入环己烷0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 4.0, 14.0 ml，测定溶液沸点，及气、液组分折射率n。完成后，将溶液倒入回收瓶。

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二组分系统气液平衡相图的绘制

一 实验目的

1.确定不同组成的环己烷——乙醇溶液的沸点及气、液两相的平衡浓度，由此绘制其沸点组成图。

2.掌握阿贝折射仪的原理及使用方法。

二 实验原理

本实验用回流冷凝法测定不同浓度的环己烷——乙醇溶液的沸点和气、液两相的组成，从而绘制T----x图。

下图为环己烷——乙醇的沸点组成图的大致形状，ADC和BEC为气相线，AD´C和BE´C为液相线。体系总组成为x的溶液开始沸腾时，气象组成为y ，继续蒸馏，气相量增加，液相量减少（总量不变），溶液温度上升，回流作用，控制了两相的量一定，沸点一定。此时，气相组成为y´，与其平衡的液相组成为x´，体系的平衡沸点为t_沸，此时气液两相服从杠杆原理。

当压力一定时，对两相共存区进行相律分析：独立组分K=2，相数P=2，则自由度

f=K－P＋1=2－2＋1=1 

即有，体系温度一定，则气液两相成分确定。总量一定时，亮相的量也一定。在一实验装置中，控制气液两相的相对量一定，使体系温度一定，则气液组成一定。

用精密温度计可以测出平衡温度，取出气液两相样品测定其折射率可以求出其组成。折射率和组成有一一对应关系，可以通过测定仪系列已知组成的样品折射率，绘出工作曲线。测出样品就可以从工作曲线上找到未知样品的组成。                          

三 仪器与药品

仪器：阿贝折射仪、超级恒温槽、蒸馏瓶、调压                                               

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完全互溶双液系气液平衡相图的绘制

一．实验目的

1．测定常压下环己烷－乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点－组成相图。

2．掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。

3．掌握阿贝折射仪的使用方法。

二．实验原理

两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。 恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T－x），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为3类：

（1）一在工作曲线上找出未知溶液的组成。

三．仪器与试剂

沸点仪，阿贝折射仪，调压变压器，超级恒温水浴，温度测定仪，长短取样管。环己烷物质的量分数x环己烷为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的环己烷－乙醇标准溶液，已知101.325kPa下，纯环己烷的沸点为80.1℃，乙醇的沸点为78.4℃。25℃时，纯环己烷的折光率为1.4264，乙醇的折光率为1.3593。

四．实验步骤：

1．环己烷－乙醇溶液折光率与组成工作曲线的测定

调节恒温槽温度并使其稳定，阿贝折射仪上的温度稳定在某一定值，测量环己烷－乙醇标准溶液的折光率。为了适应季节的变化，可选择若干温度测量，一般可选25℃、30℃、35℃三个温度。

2. 无水乙醇沸点的测定

将干燥的沸点仪安装好。从侧管加入约20mL无水乙醇于蒸馏瓶内，并使传感器（温度计）浸入液体内。冷凝管接通冷凝水。按恒流源操作使用说明，将稳流电源调至1.8-2.0A，使加热丝将液体加热至缓慢沸腾。液体沸腾后，待测温温度计的读数稳定后应再维持3～5min以使体系达到平衡。在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶。记下温度计的读数，即为无水乙醇的沸点，同时记录大气压力。

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双液系气—液平衡相图绘制

实验目的：

①  用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成，绘制双液系相图。找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度。

②  掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的测定方法。

③  了解阿贝折射计的构造原理，熟悉掌握阿贝折射计的使用方法。

实验原理：

液体的沸点是液体饱和蒸气压和外压相等时的温度，在外压一定时，纯液体的沸点有一个确定值。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。理想的二组分体系在全部浓度范围内符合拉乌尔定律。结构相似，性质相近的组分间可以形成近似的理想体系，这样可以形成简单的T-x(y)图。大多数情况下，曲线将出现或正或负的偏差。当这一偏差足够大时，在T-x(y)曲线上将出现极大点（负偏差）或极小点（正偏差）。这种最高和最低沸点称为恒沸点，所对应的溶液称为恒沸混合物。考虑综合因素，实验选择具有最低恒沸点的乙醇—乙酸乙酯双液系。根据相平衡原理，对二组分体系，当压力恒定时，在气液平衡两相区，体系的自由度为1.当温度一定时，则气液两相的组成也随之而定。当气液两相的相对量一定，则体系的温度也随之而定。沸点测定仪就是根据这一原理设计的，它利用回流的方法保持气液两相相对量一定，测量体系温度不发生改变时，即两相平衡后，取两相的样品，用阿贝折射计测定气液平衡气相、液相的折射率，再通过预先测定的折射率—组成工作曲线来确定平衡时气相、液相的组成（即该温度下气液两相平衡成分的坐标点。）改变体系总成分，再如上法找出另一对坐标点。这样得若干对坐标点后，分别按气相点和液相点连成气相线和液相线，即得T-x平衡图。

仪器与试剂：

沸点仪   一套                                调压变压器      一台

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大学化学基础实验Ⅱ

学    院：  酿酒与食品工程学院                   

专    业：    食品科学与工程                      

 年    级：     食科141                    

学    号：        1400940106    1400940107

                  1400940108                        

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实验报告

课程名称：       大学化学实验（P）       指导老师：    成绩：_______________

实验名称： 二组分完全互溶双液系气-液平衡相图  实验类型：  物性测试  同组学生姓名：        

【实验目的】

1.         学习测定气-液平衡数据及绘制二组分系统相图的方法，加深理解相律和相图等概念。

2.         掌握正确测量纯液体和液体混合物沸点的方法。

3.         熟悉阿贝折光仪的原理及操作，熟练掌握超级恒温超的使用和液体折射率的测定。

4.         了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。

【实验原理】

两种液态物质若能以任意比例混合，则称为二组分完全互溶液态混合物系统。当纯液体或液态混合物的蒸气压与外压相等时就会沸腾，此时的温度就是沸点。在一定外压下，纯液体的沸点有确定值，通常说的液体沸点指101.3kPa下的沸点。对于完全互溶的混合物系统，沸点不仅与外压有关，还与系统的组成有关。

在一定压力下，二组分完全互溶液态混合物系统的沸点与组成的关系可分为三类：（1）液态混合物的沸点介于两纯组分的沸点之间，如苯-甲苯系统；（2）液态混合物有沸点极大值，如丙酮-氯仿系统；（3）液态混合物有沸点极小值，如水-乙醇系统、苯-乙醇系统。

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实验四 完全互溶双液系气液平衡相图的绘制

姓名：吴春明                            学号：10031010516

班级：工艺5班

一、实验目的

1、测定常压下环己烷－乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点－组成相图；

2、掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理；

3、掌握阿贝折射仪的使用方法。

二、实验原理

两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。

恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T－x），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，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(a)所示。

（2）最大负偏差：存在一个最小蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都小，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：存在一个最大蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都大，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  二组分真实液态混合物气-液平衡相图（T－x图）

后两种情况为具有恒沸点的双液系相图。它们在最低或最高恒沸点时的气相和液相组成相同，因而不能象第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离，而只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。

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