景德镇陶瓷学院物理化学实验
挥发性双液系T~X图的绘制数据处理
第二篇：挥发性双液系T～X图的绘制
实验六 挥发性双液系T～X图的绘制
一、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（环已烷～异丙醇的T～X图）。并找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度。
2．了解阿贝折光仪的构造原理，熟悉掌握阿贝折光仪的使用。
二、实验原理
单组分液体在一定的外压下沸点为一定值，把两种完全互溶的挥发性液体（组分A和B）混合后，在一定的温度下，平衡共存的气、液两相组成通常并不相同。因此结果在恒压下将溶液蒸馏，测定馏出物（气相）和蒸馏液（液相）的组成，就能找出平衡时气、液两相的成分并绘出T～X图。
完全互溶的双液系T～X图可分为三类：①液体与拉乌尔定律的偏差不大在T～X图上溶液的沸点介于A、B两纯物质沸点之间如图Ⅱ-5-1（a）所示，如苯～甲苯体系。②实际溶液由于A、B两组分相互影响，常与拉乌尔定律有较大负偏差，在T～X图上出现最高点，如图Ⅱ-5-1（b）所示，如盐酸～水体系；丙酮～氯仿体系等。③A、B两组分混合物后与拉乌尔定律有较大的正偏差，在T～X图上出现最低点如图Ⅱ-5-1（c ）所示，如水～乙醇、苯～乙醇等体系。②③类溶液在最高点或最低点时气～液两相组成相同，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，恒沸点混合物靠蒸馏无法改变其组成。
平衡时气～液两相组成的分析，使用折射仪测定，因为溶液的折射率与组成有关。
图Ⅱ-5-11完全互溶双液系的T～X图
三、仪器与药品
1. 蒸馏器 1只
2. 阿贝折光仪 1台
3. 温度计（50℃～100℃，最小分度1/10℃） 1支
4. 稳流电源（2A） 1台
5. 超级恒温槽 1台
6. 吸液管（干燥） 20根
7. 小玻璃漏斗 1只
8. 环已烷（化学纯）
9. 异丙醇（化学纯）
四、实验步骤：
1．配制含异丙醇约5%，10%，25%，35%，50%，75%，85%，90%，95%质量的环已烷溶液。
2．温度计校正 将蒸馏器（见图Ⅱ-5-2）洗净、烘干后（以后每次测定是否都需要先把蒸馏器烘干？）用漏斗从加料口加入异丙醇约25mL，使温度计水银球的位置一半浸入溶液中，一半露在蒸气中，通电加热使溶液沸腾（电流不超过2A）待温度恒定后，记录所得温度和室内大气压力。停止通电，倾出异丙醇到原瓶中。
3． 在蒸馏器中加入25mL含有异丙醇约为5%的环已烷溶液，打开冷却水，同法加热使溶液沸腾。最初在冷凝管下端袋状部的液体不能代表平衡时气相的组成（为什么？），为加速达到平衡可将袋状部内最初冷凝的液体倾回蒸馏器底部，并反复2～3次，待温度读数恒定后记下沸点并停止加热。随即在冷凝管上口插入长吸液管吸取袋状部的蒸出液，迅速测其折光率。再用另一根短的吸液管，从蒸馏器的加料口吸出液体迅速测其折光率。迅速测定是防止由于蒸发而改变成分。每份样品需读数三次，取其平均值。实验完毕，将蒸馏器中溶液倒回原瓶。 图Ⅱ-5-2 蒸馏器的结构图
同法用含有异丙醇约为10%，25%，35%，50%，75%， 1．温度计； 2．加料； 3．加热丝；
85%，90%，95%的环乙烷溶液进行实验，各次实验后的溶液均 4．蒸出液取样口； 5．袋状部
倒回原瓶中。实验过程中应注意室内气压的读数。
五、数据记录与处理
1．溶液的沸点与大气压有关。应用特鲁顿（Trouton）规则及克劳修斯-克莱贝龙公式可得溶液沸点随大气压变化而变化的近似式：
Tb＝T0b＋
式中T0b为在标准大气压（p0＝101325Pa）下的正常沸点。异丙醇为355.5K；Tb为在实验时大气压p的沸点。
计算纯异丙醇在实验时的大气压下沸点，与实验时温度计上读得的沸点相比较，求出温度计本身误差的改正值。并逐一改正各不同浓度溶液的沸点。
2．已知293.2K时环已烷与异丙醇混合液的浓度与折光率n
的数据如表Ⅱ-5-1所示。
表Ⅱ-5-1
注：摘自Jean Timmermans：《The Physico-Chemical Constants of Binary Systems》Vol.2，p.37（Wiley-Interscience,New York,1959～1960）.
用坐标纸绘出n与质量百分数的关系曲线，根据实验测定的结果，从图上查出馏出液及蒸馏液的成分（如在实验测定折光率时的温度不是20℃，则应另找一条在该温度的标准曲线，或者近似地以温度每升高1℃，折光率降低4×10-4，改正到20℃后再在图上找出相应成分），列于表Ⅱ-5-2中。
表Ⅱ-5-2
室温 大气压
3．用以上所得数据绘制其T～X图，从图求出环已烷～异丙醇体系的最低恒沸点组成及其温度。环已烷的正常沸点为353.4K。
六、讨论
1．具有最低恒沸点的双液体系很多，如环已烷～乙醇体系，苯～乙醇体系以及本实验的环已烷～异丙醇体系。上述体系中苯～乙醇体系可以精确绘制出T～X图。其余体系液相线较为平坦，T～X图欠佳，但苯有毒，故未选用。
2．本实验所用蒸馏器是较简单的一种，它利用电阻丝在溶液内部加热，这样比较均匀，可减少爆沸。所用电阻丝是26#镍铬丝，长度约14cm，绕成约3mm直径的螺旋圈，再焊接于14#铜丝上，然后把铜丝穿过包有锡纸的木塞（铜丝勿与锡纸接触，用锡纸包木塞可防止蒸馏时木塞中的杂质进入溶液中）。最好是用带有二孔的玻璃塞来替代木塞，把铜丝用火漆或环氧树脂固定在玻璃塞的孔上。
3．蒸馏气体到达冷凝管前，常会有部分沸点较高的组分被冷凝，因而所测得气相成分可能并不代表真正的气相成分，为减小由此引入的误差，蒸馏器中的支管位置不宜太高，沸腾液体的液面与支管上袋状部间的距离不应过远，最好在仪器外再加棉套之类的保温层，以减少蒸气先行冷凝。
4．本实验中，水银温度计大部分是在蒸馏器内部，露出器外的部分较少，故对温度计的露丝校正可忽略。
5．如果已知溶液的密度与组成的关系曲线也可以由测定密度来定出其组成。但这种方法往往需较多的溶液量，而且费时，而使用测定折射率的方法，简便且液体用量少，但它要求组成体系的两组分的折射率有一定差值。
七、注意事项
1．电阻丝不能露出液面，一定要被欲测液体浸没，否则通电加热会引起有机液体燃烧。通过电流不能太大（在本实验所用电阻丝时），只要能使欲测液体沸腾即可，过大会引起欲测液体（有机化合物）的燃烧或烧断电阻丝。
2．一定要使体系达到气、液平衡，即温度读数恒定不变。
3．只能在停止通电加热后才能取样分析。
4．使用阿贝折光仪时，棱镜上不能触及硬物（如滴管），擦棱镜时需用擦镜纸。
5．实验过程中必须在冷凝管中通入冷却水，以使气相全部冷凝。
八、思考题
1．蒸馏器中收集气相冷凝液的袋状部的大小对结果有何影响？
2．蒸馏时因仪器保温条件欠佳，在气相到达袋状部前，沸点较高的组成会发生部分冷凝，这样它们的T～X图将怎样变化？
3．你认为本实验所用的蒸馏器尚有哪些缺点？如何改进？
4．试估计哪些因素是本实验误差的主要来源？
5．试推导沸点校正公式：Tb＝T0b＋
。