二组分气-液平衡相图的测定
物化实验双液系的气-液平衡相图实验报告
双液系的气－液平衡相图一实验目的1．绘制在pθ下环己烷－异丙醇双液系的气－液平衡相图，了解相图和相律的基本概念；2．掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法；3．掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
二实验原理在常温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。
若两液体能按任意比例互溶，则称完全互溶双液体系，若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。
液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有其特定值，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。
通常，如果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二纯液体的沸点之间见图中于 (a)。
而实际溶液由于A 和B二组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大偏差，在T—X图上就会有最高或最低点出现，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，如图2-4-1(b),（c)所示。
恒沸点混合物蒸馏时，所得的气相与液相组成相同，因此通过蒸馏无法改变其组成。
本实验是用回流冷凝法测定环已烷—异丙醇体系的沸点—组成图。
其方法是用阿贝折射仪测定不同组成的体系，在沸点温度时气、液相的折射率，再从折射率—组成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制沸点—组成图。
三仪器和试剂沸点仪1套；恒温槽1台；阿贝折射仪1台；量筒8个；玻璃漏斗8个；滴管2个；环己烷（分析纯）；异丙醇（分析纯）；实验装置如下：四实验步骤1．工作曲线的绘制配制环己烷的质量百分数0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80和0.90的环己烷－异丙醇溶液。
计算所需环己烷和异丙醇的质量，并用分析天平准确称取。
为避免样品挥发带来的误差，称量应尽可能的迅速。
各种溶液的确切组成要按照实际称样结果精确计算。
调节超级恒温水浴的温度为35度，使阿贝折光仪上温度与其保持一致。
分别测定上述九个溶液以及异丙醇和环己烷的折光率。
根据这些数据作出折光率－组成工作曲线。
双液系的气-液平衡相图
双液系的气-液平衡相图一、实验目的1.掌握采用阿贝折光率仪确定二元液体组成的方法；2.掌握测定双组份液体的沸点及正常沸点的方法；3.绘制在恒压下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图。
二、实验原理两种液态的物质混合而成的二组分体系称为双液系。
它可以分为完全互溶和部分互溶的双液系。
体系的沸点不仅与外压有关，而且与双液系的组成有关。
在恒压下做温度T对组成x的关系图即为T-x图。
由相律可知，对于双液系在恒压下气-液两相共存区域中，自由度为1。
当温度一定时，气-液两相的相对组成也就有了确定值。
根据杠杆原理，两相的相对量也确定了。
因此实验测定一系列不同组成的双液系溶液的气-液相平衡时的沸点及此时气相和液相的组成，即可得T-x图。
因此双液系气-液平衡相图实验主体上包括一系列混合体系的沸点测定和气-液相组成分析两个主要内容。
体系的沸点可用沸点仪测定的，其构造如图7.2所示。
采用电热丝直接加热溶液，以防止过热现象，同时该沸点仪用平衡蒸馏法分离气液两相，具有可便于取样分析及避免分馏等优点。
体系的气液相组成的分析是相图绘制的另一核心，可以根据待测体系的理化性质寻找多种合适的分析方法。
以完全互溶双液系环己烷-乙醇体系为例。
由于环己烷和乙醇两者的折光率相差较大，因此本实验可采用测定溶液折光率方法来确定两组分的组成，用阿贝折光仪测定两组分组成的折光率,可以测出折光率对组成的工作曲线,根据测得液体样品的折光率,从工作曲线上可查得两相的组成。
三、仪器与药品FDY双液系沸点测定仪，阿贝折光仪，超级恒温槽，长滴管，烧杯(50ml,250ml),具塞锥形瓶(10ml),刻度移液管(5ml)丙酮(AR级)；环己烷(AR级)；乙醇(AR级)图7-1FDY双液系沸点测定仪前面板示意图图7-1是沸点仪加热控制器的前面板示意图，各功能键的说明如下:1、电源开关2、加热电源调节调节所需的加热电源。
3、温度显示窗口显示所测温度值。
4、电压显示窗口显示加热输出电压值。
二组分气液平衡相图的测定
实验过程中的讲解（四）
实验数据记录要求和作图方法
1、把测得的数据填写在事先列好的数据表里； 2、填写数据要用钢笔或油笔，不得使用铅笔； 3、数据填写要真实、准确； 4、错误的数据不能用涂改液等随便涂改，可以 用笔划一下再在旁边写上正确的。 5、作图方法见教材第9页。
分析实验数据,讨论实验结果
二组分气- 液平衡相图愿始数据记录表
1、讲解阿贝折射仪的使用方法和注意事项 每次加入沸点仪的样品的浓度是否要一定，为什么？
2、调压器的电压要合适（多大？）； 实验过程中要把握的重点
1、一定要在完全达到气-液平衡时才可取样测其折光率。
答：不需要，因为虽然加入沸点仪的样品的浓度不同会使样品的沸点发生变化，但是相对应的气液两相的组成也发生变化，不影响相
分析实验数据，讨论实验结果
沸点-组成图
85 80 75 70 65
1、该图为乙醇-环己烷的沸点组成图
2、最低共沸点为65.2℃，共沸 组成x=0.54
3、蓝线为气相线，以上为气 相；红线为液相线，以下为 液相；两线之间为气-液共 存区；两线有一切点。
沸点/C
60
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1.3908
0.429
1.3968
0.502
1.3982
0.533
1.4021
0.542
1.4102
0.561
1.4167
0.617
1.4249
1.000
残掖试样 折光率（n） x环己烷 1.3602 0.000 1.3642 0.062 1.3689 0.109 1.3755 0.185 1.3888 0.354 1.3982 0.534 1.4107 0.745 1.4182 0.907 1.4205 0.935 1.4249 1.000
双液系的气-液平衡相图的绘制实验报告
实验四 双液系的气-液平衡相图的绘制一、目的要求1.用沸点仪测定大气压下乙醇—环己烷或异丙醇-环己烷双液系气-液平衡时气相与液相组成及平衡温度，绘制温度—组成图，确定恒沸混合物的组成及恒沸点的温度。
2.了解物化实验中光学方法的基本原理，学会阿贝折光仪的使用。
3.进一步理解分馏原理。
二、实验原理两种在常温时为液态的物质混合起来而组成的二组分体系称为双液系。
两种液体若能按任意比例互相溶解，称为完全互溶的双液系；若只能在一定比例范围内互相溶解，则称部分互双液系。
双液系的气液平衡相图t x -图可分为三类。
如图4.1。
图 4.1 二元系统t x -图这些图的纵轴是温度(沸点)，横轴是代表液体B 的摩尔分数B x 。
在t x -图中有两条曲线：上面的曲线是气相线，表示在不同溶液的沸点时与溶液成平衡时的气相组成，下面的曲线表示液相线，代表平衡时液相的组成。
例如图4.1(a)中对应于温度t 1的气相点为y 1，液相点为1l ，这时的气相组成y 1点的横轴读数是g B x ，液相组成点1l 点的横轴读数为lB x 。
如果在恒压下将溶液蒸馏，当气液两相达平衡时，记下此时的沸点，并分别测定气相(馏出物)与液相(蒸馏液)的组成，就能绘出此t x -图。
y 1l 1t 1g Bx l Bx AB t/℃（a ）气液t/℃AB B x →（b ）t/ ℃气液ABB （c ）图4.1(b)上有个最低点，图4.1(c)上有个最高点，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸混合物，在此点蒸馏所得气相与液相组成相同。
三、仪器和药品1.仪器玻璃沸点仪一套；阿贝折光仪一台；WLS 系列可调式恒流电源一台；SWJ 型精密数字温度计一台；SYC 超级恒温槽一台。
2.药品无水乙醇（AR ）或异丙醇（AR ）；环己烷（AR ）。
四、实验步骤（一）、步骤1.按图4.2连好沸点仪，数字贝克曼温度计,感温杆勿与电热丝相碰。
2.接通冷凝水，用超级恒温槽完成冷凝循环。
物理化学实验二 双液系的气—液平衡相图
实验二双液系的气—液平衡相图1. 目的要求(1) 绘制在p0下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图，了解相图和相律的基本概念。
(2) 掌握测定双组分液体沸点的方法。
(3) 掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
2. 基本原理任意两个在常温时为液态的物质混合起来组成的体系称为双液系。
两种溶液若能按任意比例进行溶解，称为完全互溶双液系；若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系。
环己烷-乙醇二元体系就是完全互溶双液系。
双液系蒸馏时的气相组成和液相组成并不相同。
通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相和液相的组成作图，所得图形叫双液系的沸点(T)组成(x)图，即T—x图。
它表明了在沸点时的液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。
图2.2.1 双液系的T-x图双液系的T—x图有三种情况：(1)理想溶液的T—x图(图2.2.1a)，它表示混合液的沸点介于A、B二纯组分沸点之间。
这类双液系可用分馏法从溶液中分离出两个纯组分。
(2)有最低恒沸点体系的T—x图（图2.2.1b）和有最高恒沸点体系的T—x图（图2.2.1c）。
这类体系的T—x图上有一个最低和一个最高点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，分别叫做最低恒沸点和最高恒沸点。
对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中分离出两个纯组分。
本实验选择一个具有最低恒沸点的环己烷—乙醇体系。
在101.325kPa下测定一系列不同组成的混合溶液的沸点及在沸点时呈平衡的气液两相的组成，绘制T—x图，并从相图中确定恒沸点的温度和组成。
测定沸点的装置叫沸点测定仪(图2.2.2)。
这是一个带回流冷凝管的长颈圆底烧瓶。
冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下来的气相样品。
电流通过浸入溶液中的电阻丝。
这样可以减少溶液沸腾时的过热现象，防止暴沸。
测定时，温度计水银球要一半在液面下，一半在气相中，以便准确测出平衡温度。
溶液组成分析：由于环己烷和乙醇的折光率相差较大，而折光率的测定又只需少量样品，4. 实验步骤(1) 纯液体折光率的测定 ：分别测定乙醇和环己烷的折光率，重复2次～3次。
双液系的气-液平衡相图
双液系的气-液平衡相图一、实验目的1. 掌握采用阿贝折光率仪确定二元液体组成的方法；2. 掌握测定双组份液体的沸点及正常沸点的方法；3. 绘制在恒压下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图。
二、实验原理两种液态的物质混合而成的二组分体系称为双液系。
它可以分为完全互溶和部分互溶的双液系。
体系的沸点不仅与外压有关，而且与双液系的组成有关。
在恒压下做温度T对组成x的关系图即为T-x图。
由相律可知，对于双液系在恒压下气-液两相共存区域中，自由度为1。
当温度一定时，气-液两相的相对组成也就有了确定值。
根据杠杆原理，两相的相对量也确定了。
因此实验测定一系列不同组成的双液系溶液的气-液相平衡时的沸点及此时气相和液相的组成，即可得T-x图。
因此双液系气-液平衡相图实验主体上包括一系列混合体系的沸点测定和气-液相组成分析两个主要内容。
体系的沸点可用沸点仪测定的，其构造如图7.2所示。
采用电热丝直接加热溶液，以防止过热现象，同时该沸点仪用平衡蒸馏法分离气液两相，具有可便于取样分析及避免分馏等优点。
体系的气液相组成的分析是相图绘制的另一核心，可以根据待测体系的理化性质寻找多种合适的分析方法。
以完全互溶双液系环己烷-乙醇体系为例。
由于环己烷和乙醇两者的折光率相差较大，因此本实验可采用测定溶液折光率方法来确定两组分的组成，用阿贝折光仪测定两组分组成的折光率，可以测出折光率对组成的工作曲线，根据测得液体样品的折光率，从工作曲线上可查得两相的组成。
三、仪器与药品FDY双液系沸点测定仪，阿贝折光仪，超级恒温槽，长滴管，烧杯（50 ml，250 ml），具塞锥形瓶（10ml），刻度移液管（5ml）丙酮（AR级）；环己烷（AR级）；乙醇（AR级）图7-1 FDY双液系沸点测定仪前面板示意图图7-1是沸点仪加热控制器的前面板示意图，各功能键的说明如下：1、电源开关2、加热电源调节——调节所需的加热电源。
3、温度显示窗口——显示所测温度值。
实验七双液系气液平衡相图的测定
数据处理
1. 将实验中测得的折射率—组成数据列表，并绘制成 工作曲线。
2. 将实验中测得的沸点—折射率数据列表，并从工作 曲线上查得相应的组成，从而获得沸点与组成的关 系。
3. 绘制沸点—组成图，并标明最低恒沸点和组成。 4. 在精确的测定中，还要对温度计的外露水银柱进行
仪器操作
使用方法
3. 调光： 转动镜筒使之垂直，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。调节消 色散补偿器使目镜中彩色光带消失。再调节读数螺旋，使 明暗的界面恰好同十字线交叉点处重合。这时镜筒的轴与 掠射光线平行。 4. 读数：
从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。常用的 阿贝折射仪可读至小数点后的第四位，为了使读数准确， 一般应将试样重复测量三次，每次相差不能超过0.0002， 然后取平均值。
仪器操作
注意事项
1.使用时要注意保护棱镜，清洗时只能用擦镜纸而不能用滤纸 等。加试样时不能将滴管口触及镜面。对于酸碱等腐蚀性液 体不得使用阿贝折射仪。
2.每次测定时，试样不可加得太多，一般只需加2～3滴即可。 3.要注意保持仪器清洁，保护刻度盘。每次实验完毕，要在镜
面上加几滴丙酮，并用擦镜纸擦干。最后用两层擦镜纸夹在 两棱镜镜面之间，以免镜面损坏。 4.读数时，有时在目镜中观察不到清晰的明暗分界线，而是畸 形的，这是由于棱镜间未充满液体；若出现弧形光环，则可 能是由于光线未经过棱镜而直接照射到聚光透镜上。
0.200mL、…、0.900mL的环己烷，再依次移入 0.900mL、0.800mL、…、0.100mL的异丙醇，轻 轻摇动，混合均匀，配成9份已知浓度的溶液（按 纯样品的密度，换算成质量百分浓度）。用阿贝 折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和异丙 醇的折射率。以折射率对浓度作图，即可绘制工 作曲线。
22二组分理想混合物的气液平衡相图
22 二组分理想混合物的气液平衡相图鉴于理想液体混合物中的组分都遵守Raoult 定律，压力较低时气相混合物中的组分都服从Dalton 分压定律，故这种混合物的气液平衡相图是惟一可通过计算得到的，它是各种实际气液平衡相图研究的基础。
本专题便来介绍这种模型混合物的气液平衡相图，并引出杠杆规则等重要的概念。
1. 相律分析对于一个二组分气液平衡系统，若两个组分间没有化学反应，也没有其他独立的限制条件，则由相律可得系统的自由度为：πππ-=--+-='--+-=400222R R K F（22-1）由于系统至少有一个相，自由度最多等于3。
这就是说，要构作二组分气液平衡相图需要三个坐标，是一个T 、p 、B x 或B y 的三维立体图。
然而，为了简单和易读，人们常常使其中一个强度性质保持不变，而去表示其它两者的关系，从而将立体相图变成两个平面相图。
例如，在T 保持不变的条件下，构作B x 或B y 与p 的关系图，此图称为恒温相图。
或者，也可在保持p 不变的条件下，构作B x 或B y 与T 的关系图，此图称为恒压相图。
因此，所有二组分气液平衡系统，都可有两个平面相图。
2. 恒温相图专题17已述，理想混合物中的所有组分，在任意温度和压力下，都遵守Raoult 定律。
如果气液平衡时气相压力较低，则可得总压B *B B *A B A )1(x p x p p p p +-=+= （22-2）*A *B *A B p p p p x --= （22-3）式（22-3）便是液相组成B x 与压力p 的关系式。
式中*A p 、*B p 分别为两个纯组分的饱和蒸气压，对于确定的系统，在指定的温度下是两个常数。
不难看出，式（22-2）是一个线性关系，在图22-1所示的恒温相图中，是一条直线（如实线所示），它称为液相线。
假定蒸气可视为理想气体，则组分的蒸气分压服从Dalton 分压定律：B *B B B x p p p p y == （22-4）将式（22-3）代入式（22-4），可得)()(*A *B *A *B B p p p p p p y --= （22-5）式（22-5）便是气相组成B y 与压力p 的关系式。
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二组分气-液平衡相图的测定
相图系指系统的相平衡状态图。
相图用图解的方法研究系统的相平衡行为，是相平衡热力学研究的重要手段之一。
相律只能给出系统的独立组分数、平衡共存相数和自由度数，而相图可以给出更加详尽得多的信息。
利用相图提供的信息，化学工程师可以进行工程（如精馏塔）设计及工艺操作（如利用盐-水系统相图进行盐类的精制）；可以进行精馏分离或制备具有精确组成的标准样品（如恒沸蒸馏混合物）；可以利用区域熔炼技术把金属提纯到极高的纯度，也可以把有机混合物或高分子混合物按照相对分子质量进行重新排布；利用二组分气-液平衡实验数据，结合实际溶液知识，可以测量实际溶液中溶剂或溶质的活度及活度因子。
合金相图是合金冶炼、金属热处理和表面处理的理论依据。
利用相图还可以估算纯组分的相变焓。
实验目的
1．了解蒸馏法绘制具有恒沸点的二组分气-液平衡相图的原理与方法；
2．了解阿贝折光仪的工作原理及样品折光指数的测量方法；
3．用蒸馏法绘制无水乙醇-环己烷二组分气-液平衡相图。
实验原理
由于系统性质的千差万别，系统的相图也各不相同。
大部分相图都靠实验测定。
目前，实验上测定相图的方法主要有三种：1、冷却曲线法（又称热分析法），此法一般用于具有较高相变温度的系统（如金属和合金相图）。
2、溶解度法，此法一般用于部分互溶凝聚系统（如苯胺和水的相图）。
3、蒸馏法，此法一般用于气-液平衡系统（如乙醇-苯相图）。
对于气-液平衡系统，按照蒸馏条件的不同，可分为蒸气压~组成图，即p~x图（恒温蒸馏）和沸点~组成图，即t~x图（恒压蒸馏）。
本实验测定常压下乙醇-环己烷的沸点~组成图，即t~x图。
因此，本实验的技术关键是如何正确测量所给系统的相平衡温度（沸点）和相平衡组成（气相组成，液相组成）。
仪器和药品
平衡蒸馏仪一套（见图3-15）；
阿贝折光仪（附带超级恒温水浴）；
自偶调压器一台；放大镜一只；
量筒、移液管、滴管等；环己烷
（A·R）；无水乙醇（A·R）。
实验步骤
1．乙醇~环己烷液体混合物
折光指数（n）—组成（x）工作
曲线的绘制。
在一定温度下量取一定体积
图3-15 二元气-液平衡蒸馏仪示意图
1 加热电阻丝；
2 蒸馏瓶；
3 加料口即残液取样口；
4 气相冷凝液取样口；
5 冷凝管；
6 温度计
7 温度计套管；
8 干燥管
1
2
4
3
5
6
7
8
的乙醇和环己烷配制成一系列不
同组成的乙醇—环己烷液体混合
物。
开动超级恒温水浴，用阿贝
折光仪分别测量各液体混合物的折光指数n。
以折光指数为纵坐标，以组成为横坐标作n~x 图，即工作曲线。
2．蒸馏
（1）由加料口3向确认干燥的蒸馏瓶2中加入25mL无水乙醇，盖好加料口3和冷凝液取样口4，拔下干燥管的橡胶塞(图中未画出)，打开冷凝水（不可忘记！）。
当确认调压器输出为零时插上电源插头并缓慢调节调压器的输出电压给蒸馏瓶通电加热（不要超过安全电压！也不要把电阻丝烧得通红），待蒸馏瓶内的液体稳定沸腾后约3~5分钟，记录温度后切断电源。
（2）向蒸馏瓶中加入一定体积的环己烷，接通电源进行蒸馏。
等稳定沸腾3~5分钟后，先记录温度再切断电源。
首先用取样管从取样口4吸取气相冷凝液，用阿贝折光仪测定其折光指数。
用另一只取样管从残液取样口3吸取少许液相样品，测其折光指数。
（3）按指导教师给的参考量向蒸馏瓶中依次加入环己烷，依据（2）的方法测定温度和气、液相样品的折光指数。
（4）取出蒸馏瓶中的全部残液并吹干蒸馏瓶和量筒。
向蒸馏瓶中加入一定量的环己烷，测定沸点。
（5）按指导教师给的参考量依次向蒸馏瓶中加入无水乙醇，并依据（2）的方法测定沸点和各样品的折光指数。
（6）取出蒸馏瓶中的全部残液。
把所用的全部仪器整理好。
（7）从工作曲线上查出对应各折光指数的样品组成。
测量实验条件下的大气压力。
数据处理
1．将测量数据记入表3-3
2。
作沸点~组成图。
从图中读出乙醇—环己烷二组分系统在实验大气压力下的恒沸温度和恒沸组成。
思考题
1。
蒸馏瓶通电加热前为什么一定要通大气并通冷却水？蒸馏时你从冷凝管内看到的冷凝液面有何意义？
2。
每次向蒸馏瓶中添加的液体体积是否需要精确计量？为什么？
3．蒸馏瓶气相冷凝液取样口处收集冷凝液的小球太大、太小都不好，为什么？每次蒸馏取样为何应该先取气相冷凝液？
4．蒸馏时，蒸馏瓶附近为什么不要有强风或冷源存在？
5。
具有恒沸点的二组分气-液平衡相图，在恒沸点处气相线与液相线是重合还是相切？试用Gibbs相律分析之。