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（环己烷～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，两种完全互溶的挥发性液体（A和B）组成的体系在一定温度下平衡时其气、液两相组成通常并不相同。实验中在恒压下将溶液加热至沸腾，记录沸点并分别测出气相和液相的平衡组成，就可绘出T～X图，用以表征二组分气液两相平衡体系。

实际体系大多与拉乌尔定律有一定的偏差，是非理想溶液。对于两组分体系，根据正负偏差的大小它们的T～X图可分三类：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两物质之间（图a），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（图b），如盐酸～水体系；丙酮～氯仿体系；③由于A、B两组分混合后与拉乌尔定律有较大正偏差，在T～X图上出现最低点（图c），如水～乙醇体系；苯～乙醇等体系；②、③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，恒沸点混合物蒸馏无法改变其组成。

平衡时气～液两相组成的分析，使用阿贝折射仪测定折射率。因为溶液的折射率与其组成有关，所以可从工作曲线获得组成数据。。

提问：(1)何谓相图？你在以往的学习中认识了几种相图？何谓非理想溶液？

      (2)气液两相平衡的热力学判据是什么？实验中如何判定？

三.   实验用品

1. 仪器：蒸馏器1只，阿贝折光仪1台，温度计(最小分度0.1℃)1支，稳流电源(2A)1台，超级恒温槽1台，吸液管（干燥）20根，小玻璃漏斗1只

2. 药品：环己烷（化学纯）、异丙醇（化学纯）

四.   实验步骤

1. 配制含异丙醇约5%、10%、15%、25%、35%、50%、75%、85%、90%、95%质量的环己烷溶液。（实际已配制）

2. 温度计校正：将蒸馏器用丙酮洗净并用电吹风干燥后，用漏斗从加料口处加入异丙醇约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，通电加热时溶液沸腾（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。

教学内容

1. 干燥蒸馏器

提问：以后是不是每次加新的溶液之前都要干燥？为什么？

2.温度计校正

方法：通过测定纯异丙醇的沸点与实际理论沸点相比较得到温度计误差。

用漏斗从加料口向蒸馏器中加入异丙醇，需要浸没温度感应器的末端；加热丝一定要完全浸没，否则通电加热会引起有机液体燃烧。溶液加入后才能通电加热，调节电流不超过仪器所标定的数值。夹子要夹在光滑的地方。如果加热时没发现有气泡，可能电热丝不通电，用砂纸擦擦。温度稳定后读数，停止加热，溶液倒回原瓶。记录室内气压，利用书后公式

计算异丙醇理论沸点，校正热敏电阻温度计的系统误差。

提问：用纯物作温度计校正要注意什么？

3. 在蒸馏器中加入25ml含有异丙醇约为5%的环己烷溶液，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组成，为加速达到平衡可将袋状部倾回蒸馏器底部，并反复2—3次，待温度示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管吸取袋状部的蒸出液，迅速测定其折光率。再用另一根短的吸液管，从蒸馏器的加料口处吸出液体测定其折光率。迅速测定是防止由于蒸发而改变成分。每分样品只需读数3次。完毕，将蒸馏器中溶液倒回原瓶。

教学内容

3．阿贝折光仪的使用及校正（结合仪器操作讲解）

阿贝折光仪主要部分是由两个直角棱镜构成，其中斜面粗糙的是辅助棱镜，而光滑的是测量棱镜，使用时用滴管滴入2-3滴待测液体于辅助棱镜的毛玻璃上，合上棱镜，扭紧闭合旋钮。调节反射镜使入射光进入棱镜，同时调节目镜的焦距，使目镜中十字线清晰明亮，再调节读数旋钮，使目镜中呈半明半暗状态，并且明暗界面恰好落在十字线的交叉处。望远镜中有两组数据，右边0-1.7的是折光率，左边代表蔗糖的浓度。我们只需读出折光率就可以了。每个样品折光率需重复读数三次。温度由温度计读出。阿贝折光仪使用之前要用纯水进行校正，温度对液体的折射率有影响，25⁰C时水的折光率为1.3325，温度每升高1⁰C，水的折光率降低110^-4，有机物通常降低410^-4。阿贝折光仪还可以用于固体折光率的测定。

  （1）如果棱镜表面不清洁，可滴几滴丙酮，用擦镜纸沿单一方向轻擦镜面。

（2）测试完后棱镜镜面再用丙酮清洗一下，最后用擦镜纸夹在两镜面，以防镜面损坏。

（3）有腐蚀性的液体如强酸强碱以及氟化物，不能使用阿贝折光仪进行测定。阿贝折光仪仪器使用前要先用纯水校正，用丙酮清洗

（4）测折光率动作要快，尽可能减小因为蒸发改变组成。

   提问：阿贝折光仪的使用要注意什么？折光率的测定及数据的使用要作什么校正？如何校正？

4. 同法用含有异丙醇约为10%、15%、25%、35%、50%、75%、85%、90%、95%的环己烷溶液进行实验，各次实验后的溶液均倒回原瓶。实验过程中应注意室内气压的读数。

教学内容

4．测定溶液的气、液相平衡组成（结合操作讲解）

本实验一定要记录室温和气压，数据处理时需要。

最初在冷凝管下端袋状部的液体不能代表平衡时气相组成，为加速达到平衡可将袋状部倾回蒸馏器底部，并反复2—3次，待温度示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管吸取袋状部的蒸出液，迅速测定其折光率。再用另一根短的吸液管，从蒸馏器的加料口处吸出液体测定其折光率。迅速测定是防止由于蒸发而改变成分。每分样品只需读数3次。完毕，将蒸馏器中溶液倒回原瓶。

五.   实验记录及数据处理

1. 温度计校正：

实际大气压p=100.3kPa，p₀=101.325kPa，异丙醇沸点T_ob=355.5K

根据公式 ，得出T_b=82.0℃

实验测得为80.2℃，则温度校正为1.8℃。

2. 折光率校正：

室温为13.4℃；此时纯水折光率为1.33300

实验测定值：1.3335，1.3337，1.3336平均为1.3336

折光率仪器零点校正：-0.0006     测定温度折对工作曲线温度的校正为+2.7*10^-3。

3.标准工作曲线的绘制：

表1 与异丙醇质量百分数关系

4. 数据记录

表2  实验数据表（均为经仪器零点及温度校正过的数据）

5. 绘制T~X相图

表3   T～X数据

环己烷~异丙醇双液系相图

由上图可知，体系最低共沸点为68.4℃，此时异丙醇的质量分数为36.0%。

六、实验注意事项：

1) 电阻丝不能露出液面，一定要被欲测液体浸没，通电电流也不能太大，能使欲测液体沸腾即可。

2) 一定要使体系达到气、液平衡，即温度读数恒定不变。

3) 实验过程中必须先通冷却水，以使气相全部冷凝。

4) 使用阿贝折光仪时，如果棱镜表面不清洁，可滴几滴丙酮，用擦镜纸沿单一方向轻擦镜面。 测试完后镜面再用丙酮清洗一下，最后用擦镜纸夹在两镜面，以防镜面损坏。有腐蚀性的液体如强酸强碱以及氟化物，不能使用阿贝折光仪进行测定

5) 测折光率时速度要快，防止因为蒸发改变组成，导致误差。

6）取样测折光率前先关加热电源，否则再抽去气相组成后，蒸馏瓶内液体会重新分配达到新的气液平衡，这就给液相组成测量带来了误差。

七、思考题

1. 蒸馏其中收集气相冷凝液的袋状部的大小对结果有何影响？

答：袋状部不能够太大，太大收集的液体就是一段很长时间内蒸馏所得的液体的总和，含有较多非平衡时的气相冷凝液，偏离平衡时气相组成。袋状部太小，就无法够收集足够的气相冷凝液。

2. 蒸馏时因仪器保温条件欠佳，T~X图将怎样变化？

答：可以认为保温欠佳是从蒸气离开液面开始。液相点基本不变，而气相点会向恒沸点方向移动（恒沸点两侧情况相同），从而引起整个T~X图图形变胖。恒沸点只与外压有关，所以保温不好理论上不会改变恒沸点，但实验中不可能直接测定恒沸物，所以数据及作图误差可能改变恒沸点。

3. 你认为本实验所用的蒸馏器尚有哪些缺点？如何改进？

答：（1）装置的整体保温效果不佳，在烧瓶的上部可以加上保温套，否则会在这一空间形成温度梯度，造成进入袋状部分的液体不是平衡时候气相部分的组成。

（2）在直形冷凝管得上部有可能造成气相部分的挥发，导致袋状部分的平衡组成改变，也会带来误差，可以加长直形冷凝管。

4. 试估计哪些因素是本实验误差的主要来源。

答：（1）溶液恒温回流过程做得不好是本实验最主要误差所在。袋状部分的组成可能由于回流不够，或者未达到平衡温度，而不能够代表平衡温度下的气相组成。

（2）室温的读数误差，此误差将影响校正值的大小。

（3）折光率测量偏差，因为有机液体易挥发，测定的速度必须很快，否则就会引入误差。

5.试推导沸点校正公式：。（4）

答：根据公式：（克劳修斯-克拉贝龙方程）和（特鲁顿法则），得：

   即 

所以： 

 移项即可得所求的公式。

第二篇：挥发性双液系T~X图的绘制

              挥发性双液系T~X图的绘制

一．实验目的及要求

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(环己烷～异丙醇的T～X图)。并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1(b)所示，如盐酸～水体系；丙酮～氯仿体系等。③A、B两组分混合后与拉乌尔定律有较大的正偏差，在丁～X图上出现最低点如图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1    完全互溶双液系的T～X图

三．仪器与药品

   仪器： 蒸馏器1只，阿贝折光仪1台，温度计（50~100℃，最小分度1/10℃）1支，稳流电源(2A)1台，超级恒温槽1台，吸液管(干燥)长短各1根，小玻璃漏斗1只

药品：环己烷(化学纯)，异丙醇(化学纯)。

四．实验步骤

1．配制含异丙醇约5％，l0％，25％，35％，50％，75％，85％，90％，95％质量的环己烷溶液。

2．温度计校正  将蒸馏器（见下图）洗净、烘干后，用漏斗从加料口加入异丙醇约25mL，使温度水银球的位子一半浸如溶液中，一半露在蒸汽中，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%的环己烷溶液，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，待温度读数恒定再维持3-5min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。

    同法用含有异丙醇约为10％，25％，35％，50％，75％，85％，90％，95％的环已烷溶液进行实验，各次实验后的溶液均倒回原瓶中。实验过程中应注意室内气压的读数

已知293.2K时环已烷与异丙醇混合液的浓度与折光率n²⁰_D的数据如表1所示：

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)，探棱镜时需甩擦镜纸。

  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。