物理化学实验报告 - 二元体系沸点-组成图测绘
物化实验——双液系沸点-组成图的绘制
实验五双液系沸点-组成图的绘制、实验目的1. 测定100 kPa下乙醇一乙酸乙酯体系的气液平衡相图。
2. 使用数字阿贝折射仪测定液体、气体的组成。
一、基本原理从完全互溶双液系的t-x 图中可清楚地看到系统在达到沸腾时的温度，以及达到气液平衡时气、液两相的组成。
t-x 图对于了解系统的行为，系统的分馏过程很有实用价值。
理想的双液系在全部组成范围内符合拉乌尔定律，有少数系统能近似符合理想溶液的行为，但大多数系统在p-x 图中有正或负的偏差。
本实验采用的系统是对拉乌尔定律产生正偏差的系统。
在一定压力下完全互溶双液系的沸点与组成的关系有三种情况：1. 溶液沸点介于二纯组分的沸点之间，如正丙醇一乙醇、苯一甲苯。
2. 溶液具有最高恒沸点如氯化氢一水、硝酸一水。
3. 溶液具有最低恒沸点如苯一乙醇、乙醇一水、乙醇一乙酸乙酯。
上述情况的t-x 图如图5-1 所示。
从相律分析，对于双液系，当压力恒定时，在气液相平衡共存区域内，自由度等于1（F = C –P + 1 = 2 –2 + 1 = 1），当温度一定，气液二相的组成也一定。
反之，溶液的组成一定，气液平衡时系统温度恒定。
将某组成的双液系置于沸点仪中，加热至沸腾，在气液两相达平衡，测定其沸点为t1，同时测定达到平衡时的气相组成和液相组成分别为y1 和x1（如图5-1左）。
若换一种x B稍小的物系，加热蒸馏达到新的平衡，沸点t2 对应气相组成和液相组成为y1'、x1'。
待二相平衡以后，取出二相样品，用物理方法或化学的方法分析二相的组成，在t-x 图中画出该温度下二相平衡时各相组成的坐标点（可用·表示气相点，用×表示液相点）。
不断改变系统的组成，再按上法测出一对对坐标点。
分别将气相点和液相点连成气相线和液相线，就得到完全互溶双液系的t-x 相图。
仪器装置如图5-2 所示；整个装置分为加热部分与冷凝部分，加热部分由电热丝和电源组成（220 V 电压变至0 V～15 V ，视需要而定）。
二组分溶液沸点一组成图的绘制
二组分溶液沸点一组成图的绘制一内容提要本实验采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平衡浓度，绘制沸点—组成图，并从图上确定体系的最低恒沸物及其相应的组成。
二目的要求1.掌握沸点一组成图的绘制方法。
2.掌握阿贝折光仪及超级恒温槽的使用方法。
三实验关键1．在测定工作曲线步骤中，配制液体时要求使用移液管准确移液，从而保证绘制工作曲线的准确性。
每种浓度样品其沸腾状态应尽量一致，即以气泡“连续”、“均匀”冒出为好，不要过于激烈也不要过于缓慢。
2.由于液体的折射率受温度影响很大，折射仪采和用温槽恒温，恒温水在回路中要保持循环畅通。
用阿贝折光仪测液体折射率时，用滴管滴数滴液体于棱镜上，待整个镜面浸润后再进行观察。
3.蒸馏瓶中电热丝一定要被溶液浸没后方能通电加热，否则电热丝易烧断或燃烧着火。
四预备知识1．杠杆原则．当组成以物质的量分数(x)表示时，两相的物质的量反比于系统点的两个相点线段的长度。
2．在恒定压力下，实验测定一系列不同组成液体的沸腾温度及平衡时气液两相的组成，即可绘出该压力下的温度-组成图。
最大正偏差系统的温度-组成图上出现最低点，在此点气相线和液相线相切，由于对应于此点组成的液相在指定压力下沸腾时产生气相与液相组成相同，故沸腾时温度恒定，且这一温度又是液态混合物的最低温度，故称之为最低恒沸点，与此类似，最大负偏差系统的温度—组成图上出现最高点，即为最高恒沸点。
恒沸混合的组成取决于压力，压力一定，恒沸混合物的组成一定；压力改变，恒沸混合物的组成改变，甚至恒沸点可以消失，这证明恒沸混合物不是一种化合物。
五实验原理在恒压下完全互溶的二组分溶液体系的沸点一组成图可分三类：1.理想的二组分溶液，其沸点介于两组分沸点之间，如苯-甲醇体系。
2.对拉乌尔定律发生负偏差的溶液，其溶液有最高恒沸点，如丙酮—氯仿、硝酸—水体系。
3．对拉乌尔定律发生正偏差的溶液，其溶液有最低恒沸点，如苯—乙醇、乙醇—水体系。
二元液系相图实验
二元液系相图实验目的：1.采用回流冷凝法测定不同浓度的乙醇-环己烷系统的沸点组成图（T-x图），并确定其恒沸点及恒沸组成。
2.掌握阿贝折光仪及超级恒温槽的使用方法。
实验原理：1. 一个完全互溶双液体系的沸点-组成图，表明在气液两相平衡时，沸点与气液两相组成的关系；它对于了解这一体系的性质及精馏过程都有很大的实用价值。
2. 在恒压下完全互溶的双液体系T~X 有下列三种情况：（1）所有组成溶液沸点介于二纯组分沸点之间，如苯与甲苯(图1-A)。
（2）有最高恒沸点，如卤化氢和水(图1-B)。
（3）有最低恒沸点，如苯和乙醇(图1-C)。
图1 二元液系相图在图1-C 中，绘制沸点~组成图的原理说明如下：当总组成为X 的溶液加热时，体系的温度沿着虚线上升，当温度达到T 时(即和液相线相交时)溶液开始沸腾，此时平衡的气相组成为y，液相组成为X.温度升至Ti，气相组成为yi，液相组成为xi，在此相区f＝C - P + 2，式中：f 为自由度；P 为相数；C 为组分数。
3.在本实验中C＝2，在二相区(气、液二相)，P ＝2，所以f＝2，由于压力指定(实验在恒压下进行)所以在二相区内f＝l，因此，若指定温度则气液相浓度就不可改变，此时气、液两相的相对量亦不可变(服从杠杆原理);反之，若指定了气液相的相对量从而气液相组成一定则沸点也确定了。
4.本实验采用气液沸点仪（见图2）在一定压力下（常在大气压力下），测定不同总组成（即加入平衡沸点仪溶液的组成）的环己烷和乙醇构成的溶液达到气液平衡时的温度及气、液组成。
再根据测得数据作出该系统在此压力下的沸点-组成图。
相图与压力有关，作图时必须注明平衡压力值。
1-温度计；2-电热丝；3-冷凝管；4-液相取样冷凝口；5气相取样冷凝口；6-空气排出口；7-变压器接头两种纯液体构成理想混合物时，其中各组分的气相平衡分压在所有浓度范围内都符合拉乌尔定律：p1=p1*x1p2=p2*x2（1）式中：p1、p2为两组分气液平衡时气相分压；x1、x2为平衡时两组分的液相物质的摩尔分数；p1*、p2*为两组分纯液体在平衡温度下的饱和蒸汽压。
二组分溶液沸点—组成图的绘制
学号：21成绩：基础物理化学实验报告实验名称：二组分溶液沸点—组成图的绘制应用化学二班级3 组号实验人姓名：xx同组人姓名：xx指导老师：周崇松实验日期：2013.9湘南学院化学与生命科学系一．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．实验原理在一定的外压下，纯液体的沸点是恒定的，但对于完全互溶双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与其组成有关，并且在沸点时，平衡的气-液两相组成往往不同。
根据相律：F=C-P+2，一个气液共存的二组分体系，其自由度为2，只需再任意确定一个变量，其自由度就减为1，整个体系的存在状态就可以用二维图来描述。
本实验中采用在一定压力下，作出体系的温度T 和组分x 的关系图，即T-x 图。
完全互溶体系的T-x 图可分为三类：①液体与Raoult 定律的偏差不大，在T-x 图上，溶液的沸点介于两种纯液体的沸点之间（图1.a ），如苯-甲苯系统；②由于两组分的相互作用，溶液与Raoult 定律有较大的负偏差，在T-x 图上存在最高沸点（图1.c ），如卤化氢-水系统；③ 溶液与Raoult 定律有较大的正偏差，在T-x 图上存在最低沸点（图1.b ），如乙醇-水系统。
②和③类溶液，在最高或最低沸点时的气-液两相组成相同，这些点称为恒沸点，此浓度的溶液称为恒沸点混合物，相应的温度称为恒沸温度，相应的组成称为恒沸组成。
本实验所要测绘的环己烷-乙醇体系即属于第二类溶液。
对于一个组成恒定的封闭系统，当系统达到气液平衡温度时，气液两相的组成和温度恒定不变，以此便能得到该温度下的平衡气-液两相组成的一对坐标。
依次改变系统的组成就能得到一系列的平衡气-液两相组成坐标点，用光滑曲线连接即成相图。
实验所用的沸点仪结构如图2，冷凝管底部的小球用以收集冷凝下来的气相样品。
电热丝直接浸入溶液中加热可避免暴沸现象，温度计外的小玻璃罩有利于降低周围环境可能造成的温度计读数波动。
物理化学实验报告 - 二元体系沸点-组成图测绘
C7二元体系沸点-组成图测绘——实验日期：2014年4月日姓名：马玉仁学号：1120122488 班级：10011202一、实验目的（一）在大气压下，测定环己烷-乙醇体系气、液平衡相图（沸点-组成图）。
（二）掌握阿贝折光仪的测量原理和使用方法。
二、原理及实验公式一个完全互溶的二元体系，两个纯液体组分，在所有组成范围内完全互溶。
在定压下，完全互溶的二元体系的沸点—组成图可分为三类，如图C7.1所示。
a.溶液的沸点介于两纯组分沸点之间，如苯一甲苯体系；b.溶液有最低恒沸点，如环己烷－乙醇体系；c.溶液有最高恒沸点，如丙酮—氯仿体系。
b、c两类溶液在最高或最低恒沸点时气、液两相组成相同，加热蒸发只能使气相总量增加，气、液相组成及溶液沸点保持不变，此温度称恒沸点，相应组成称恒沸组成。
图C7.1 二元体系T-x图下面以a为例，简单说明绘制沸点-组成图的原理。
加热总组成为x1的溶液，体系的温度上升，达液相线上1点时溶液开始沸腾，组成为x2的气相开始生成，但气相量很少（趋于0），x1、x2二点代表达到平衡时液、气两相组成。
继续加热，气相量逐渐增多，沸点继续上升，气、液二相组成分别在气相线和液相线上变化，当达某温度（如2点），并维持温度不变时，则x3、x4为该温度下液、气两相组成，气相、液相的量之比按杠杆规则确定。
从相律f = c - p +2可知，当外压恒定时，在气、液两相共存区域自由度等于1，当温度一定时，则气、液两相的组成也就确定，总组成一定，由杠杆规则可知两相的量之比也已确定。
因此，在一定的实验装置中，全回流的加热溶液，在总组成、总量不变时，当气相的量与液相的量之比也不变时（达气-液平衡），则体系的温度也就恒定。
分别取出气、液两相的样品，分析其组成，得到该温度下，气、液两相平衡时各相的组成。
改变溶液总组成，得到另一温度下，气、液两相平衡时各相的组成。
测得溶液若干总组成下的气液平衡温度及气、液相组成，分别将气相点用线连接即为气相线，将液相点用线连接即为液相线，得到沸点-组成图。
二组分溶液沸点—组成图的绘制实验报告
实验名称：二组分溶液沸点——组成图的绘制班级：09级应化一班学号：200914120120报告人：裴哲民同组人：匡江梅，李琪瑶，潘齐常，陈斌，梁细莲实验时间：2011年9月16日辅导老师：李传华一．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。
二．基本原理在一定的外压下，纯液体的沸点是恒定的，但对于完全互溶双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与其组成有关，并且在沸点时，平衡的气-液两相组成往往不同。
根据相律：F=C-P+2，一个气液共存的二组分体系，其自由度为2，只需再任意确定一个变量，其自由度就减为1，整个体系的存在状态就可以用二维图来描述。
本实验中采用在一定压力下，作出体系的温度T和组分x的关系图，即T-x图。
完全互溶体系的T-x图可分为三类：①液体与Raoult定律的偏差不大，在T-x图上，溶液的沸点介于两种纯液体的沸点之间（图1.a），如苯-甲苯系统；②由于两组分的相互作用，溶液与Raoult定律有较大的负偏差，在T-x图上存在最高沸点（图1.c），如卤化氢-水系统；③溶液与Raoult定律有较大的正偏差，在T-x图上存在最低沸点（图1.b），如乙醇-水系统。
②和③类溶液，在最高或最低沸点时的气-液两相组成相同，这些点称为恒沸点，此浓度的溶液称为恒沸点混合物，相应的温度称为恒沸温度，相应的组成称为恒沸组成。
本实验所要测绘的环己烷-乙醇体系即属于第二类溶液。
对于一个组成恒定的封闭系统，当系统达到气液平衡温度时，气液两相的组成和温度恒定不变，以此便能得到该温度下的平衡气-液两相组成的一对坐标。
依次改变系统的组成就能得到一系列的平衡气-液两相组成坐标点，用光滑曲线连接即成相图。
实验所用的沸点仪结构如图2，冷凝管底部的小球用以收集冷凝下来的气相样品。
电热丝直接浸入溶液中加热可避免暴沸现象，温度计外的小玻璃罩有利于降低周围环境可能造成的温度计读数波动。
二组分溶液沸点—组成图的绘制实验报告
实验名称：二组分溶液沸点——组成图的绘制班级：09级应化一班 学号：0120 报告人：裴哲民同组人：匡江梅，李琪瑶，潘齐常，陈斌，梁细莲 实验时间：2011年9月16日 辅导老师：李传华 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。
二． 基本原理在一定的外压下，纯液体的沸点是恒定的，但对于完全互溶双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与其组成有关，并且在沸点时，平衡的气-液两相组成往往不同。
根据相律：F=C-P+2，一个气液共存的二组分体系，其自由度为2，只需再任意确定一个变量，其自由度就减为1，整个体系的存在状态就可以用二维图来描述。
本实验中采用在一定压力下，作出体系的温度T 和组分x 的关系图，即T-x 图。
完全互溶体系的T-x 图可分为三类：①液体与Raoult 定律的偏差不大，在T-x 图上，溶液的沸点介于两种纯液体的沸点之间（图），如苯-甲苯系统；②由于两组分的相互作用，溶液与Raoult 定律有较大的负偏差，在T-x 图上存在最高沸点（图），如卤化氢-水系统；③ 溶液与Raoult 定律有较大的正偏差，在T-x 图上存在最低沸点（图），如乙醇-水系统。
②和③类溶液，在最高或最低沸点时的气-液两相组成相同，这些点称为恒沸点，此浓度的溶液称为恒沸点混合物，相应的温度称为恒沸温度，相应的组成称为恒沸组成。
本实验所要测绘的环己烷-乙醇体系即属于第二类溶液。
对于一个组成恒定的封闭系t/t/t/AAABBBx B (a ) x B (b ) 气气气液液液x B (c )统，当系统达到气液平衡温度时，气液两相的组成和温度恒定不变，以此便能得到该温度下的平衡气-液两相组成的一对坐标。
依次改变系统的组成就能得到一系列的平衡气-液两相组成坐标点，用光滑曲线连接即成相图。
实验所用的沸点仪结构如图2，冷凝管底部的小球用以收集冷凝下来的气相样品。
物化实验(二元液系相图的绘制)
(c)
图8-10 完全互溶双液系的三类温度—组成相图
完全互溶双液系的温度—组成的相图可分为三类：(1) 溶液沸点介于两纯组分之间；(2) 具有最低恒沸点； (3) 具有最高恒沸点。
• 与恒沸点相应的溶液称为恒沸物，其蒸汽 与液相的组成完全相同。对于这类的双液 系，用分馏法只能从溶液中分离出一种纯 组分和恒沸物。恒沸物则不能用分馏法直
8.7 二元液系相图的绘制
一、实验目的 （1）测定以水—正丙醇为例的二元液系相图， 确定其最低恒沸点温度及恒沸物的组成。 （2）加深对二元液系相图的种类、特点、恒沸 物、杠杆规则的理解。 （3）熟练掌握阿贝折射仪的使用。 （4）学会利用折光率与物质组成的关系曲线测 定物质组成。 （5）掌握超级恒温槽的原理、恒温调节方法及 外循环恒温技巧。
思考题
• 液态完全互溶的二元液系相图有那几类？ • 什么是恒沸物？有何特点？ • 如何判断气液已达到平衡？ • 实验成败的关键在于测定折光率时组成是否改变。有哪些错误的操作可引 起这一结果？ • 实验过程中哪些仪器必须预先干燥？
• 温度计读数露茎校正的原理和方法？
• 实验过程中未按操作步骤准确加入计量的药品，对实验结果有何影响？ • 沸点仪中D贮槽过大或过小，对测量有什么影响？ • 温度计的水银球应该处于什么状态？ • 什么情况下才能取样？ • 试写出沸点的压力校正公式。
• 注释：
• [1] 在实验过程中，可观察到由正丙醇—纯水体系汽相、 液相的折光率将向着降低或升高的方向移动，起初气液 两相折光率的读数相差较小，随后相差慢慢增加，又慢 慢减小，直至相等，此时溶液对应最低恒沸点混合物组 成。该体系的最低恒沸点在87 ℃左右，正丙醇含量在 69～71%之间。 • [2] 整个实验需要的时间较长，在实验中可由两组同学 分别从水，从正丙醇开始做，各自进行一半的测量，共 同完成相图。 • [3] 一定要使体系达到气液平衡，即温度读数稳定再取 样。
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C7二元体系沸点-组成图测绘
——实验日期：2014年4月日姓名：马玉仁学号：1120122488 班级：10011202
一、实验目的
（一）在大气压下，测定环己烷-乙醇体系气、液平衡相图（沸点-组成图）。
（二）掌握阿贝折光仪的测量原理和使用方法。
二、原理及实验公式
一个完全互溶的二元体系，两个纯液体组分，在所有组成范围内完全互溶。
在定压下，完全互溶的二元体系的沸点—组成图可分为三类，如图C7.1所示。
a.溶液的沸点介于两纯组分沸点之间，如苯一甲苯体系；
b.溶液有最低恒沸点，如环己烷－乙醇体系；
c.溶液有最高恒沸点，如丙酮—氯仿体系。
b、c两类溶液在最高或最低恒沸点时气、液两相组成相同，加热蒸发只能使气相总量增加，气、液相组成及溶液沸点保持不变，此温度称恒沸点，相应组成称恒沸组成。
图C7.1 二元体系T-x图
下面以a为例，简单说明绘制沸点-组成图的原理。
加热总组成为x1的溶液，体系的温度上升，达液相线上1点时溶液开始沸腾，组成为x2的气相开始生成，但气相量很少（趋于0），x1、x2二点代表达到平衡时液、气两相组成。
继续加热，气相量逐渐增多，沸点继续上升，气、液二相组成分别在气相线和液相线上变化，当达某温度（如2点），并维持温度不变时，则x3、x4为该温度下液、气两相组成，气相、液相的量之比按杠杆规则确定。
从相律f = c - p +2可知，当外压恒定时，在气、液两相共存区域自由度等于1，当温度一定时，则气、液两相的组成也就确定，总组成一定，由杠杆规则可知两相的量之比也已确定。
因此，在一定的实验装置中，全回流的加热溶液，在总组成、总量不变时，当气相的量与液相的量之比也不变时（达气-液平衡），则体系的温度也就恒定。
分别取出气、液两相的样品，分析其组成，得到该温度下，气、液两相平衡时各相的组成。
改变溶
液总组成，得到另一温度下，气、液两相平衡时各相的组成。
测得溶液若干总组成下的气液平衡温度及气、液相组成，分别将气相点用线连接即为气相线，将液相点用线连接即为液相线，得到沸点-组成图。
气相、液相的成份分析采用折光率法：先绘出折光率～组成（n～x）的等温线，方法是在定温下测定已知各种组成（x）的折光率(n)，绘出n～x等温线。
对于未知组成的样品，取出各相样品后，迅速测出该温度下的折光率(n)，便可以从n～x线查出其相应组成。
三、仪器和试剂
（一）仪器
恒温槽
折光仪
镜头纸
加热电源
电热丝
导线（带夹子）
橡皮塞
温度计（0.1，50～100℃）
放大镜
量筒（30ml）
洗耳球
吸管
（二）试剂
环己烷(A.R.)
无水乙醇(A.R.)
四、实验步骤
（一）实验装置如图；
（二）调节恒温槽温度至25℃；
（三）按表C7.1准备10瓶锥形瓶相应浓度比的溶液（编号1到10）；
（四）确认冷却水已通入沸点仪冷凝管中；
（五）测量操作：
1.按编号次序将锥形瓶内溶液（约30mL）倒入沸点仪；
2.按装置图在沸点仪中装好温度计及电热丝（电热丝全部浸入，温度计水银
球约1/2至2/3浸入）
3.断开加热电源输出线，打开加热电源开关，将输出电源调至0；连通加热
电源输出线与电热丝，慢慢调高加热电源的输出电压或输出电流（切勿超过20V）；
4.加热溶液至沸腾（沸点仪冷凝管中的冷却水要充足，不能让蒸汽溢出）；
5.当冷凝管下端凹槽内馏液充满后溢出且温度稳定数分钟不变时，记下温度
（即为沸点）；
6.用对应编号的长胶头滴管从冷凝管上端伸入凹槽取馏液，立即在25℃下测
定折光率；
用对应编号的短胶头滴管从沸点仪支管伸入取母液样品，立即在25℃下测定折光率；
7.取出温度计和电热丝，用对应编号滴管将沸点仪中溶液吸回对应编号锥形
瓶
8.重复步骤1至7测定其它沸点仪中溶液沸点、馏液和母液的折光率。
9.测定完毕后整理实验仪器。
五、数据记录及处理
（1）记录大气压值
实验中的大气压为1.007Kpa
（2）根据测定的折光率，在实验室担供的折光率（n）-组成(x)等温线上查出对应的组成，填入表C7.1中。
（3）以温度为纵坐标，组成为横坐标，绘出沸点-组成图，并由图找出恒沸点温
（一）沸点-组成图线的拟合测绘
图中：红色曲线为液相的沸点-组成图
蓝色曲线为气相的沸点-组成图
由图可得恒沸温度为温度最低点（64.3℃），查看数据表，求得在该点下环己烷的组成为0.531即恒沸时，环己烷与乙醇的组成比约为53:47。
六、思考题
1. 本次实验过程中，如何判断气、液相是否已达到平衡？
答：当温度计读数稳定的时候表示气－液已达到平衡状态。
2. 本实验体系中，恒沸组成的蒸气压比拉乌尔定律所预测的蒸气压大
还是小？
答：小。
3. 收集气相冷凝液的凹槽的大小对实验结果有无影响？
答：如果凹槽太小，则不易收集气相冷凝液，收集液体太少会对
折光率的测量有影响。
4. 蒸馏是一次分离环己烷～乙醇的有效方法吗？为什么？
答：蒸馏分离两个溶液需要两种纯液体的溶沸点相差较大。
环己
烷和乙醇的溶沸点相差太近，因此不能用蒸馏的方法来分离。
蒸馏的方法来分离。