三组分液—液系统相图的绘制

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实验2 三组分液—液相图的绘制

实验2 三组分液—液相图的绘制实验目的1熟悉相律,掌握由三角形坐标法表示的三组分系统相图。

2 用溶解度法作出具有一对共轭溶液的正戊醇—醋酸—水系统的相图。

基本原理三组分系统组分数K=3, 当系统处于恒温恒压条件时,根据相律, 系统的条件自由度为：φ-=*3f式中φ为系统的相数。

系统最大条件自由度为213max =-=*f , 因此,浓度变量最多只有两个, 可用平面图表示系统的状态和组成间的关系, 称三组分相图。

通常用等边三角形坐标表示,如图1所示。

等边三角形顶点分别表示纯物质A 、B 、C, AB 、BC 、CA 三条边分别表示A 和B 、B 和C 、C 和A 所组成的二系统组成, 三角形内任何一点都表示三族分系统的组成。

将三角形的每一边分为100等份, 通过三角形内任何一点O 引平行各边直线, 根据几何原理,a+b+c=AB=BC=CA=100%, 因此O 点组成可用a 、b 、c 来表示。

即O 点表示的三个组成的百分组成为B%=b, C%=c, A%=a 。

如果已知三组分中任两个百分组成,只须作两条平行线,其交点就是被测系统的组成点。

在正戊醇—醋酸—水三组分系统中, 正戊醇和水几乎完全不互溶的,而醋酸和正戊醇及醋酸和水都是互溶的, 在正戊醇和水系统中加入醋酸则可促使正戊醇和水的互溶。

由于醋酸在正戊醇层和水层中非等量分配,因此,代表两层浓度的a 、b 点的连线并不一定与底边平行(如图2) 。

设加入的醋酸后系统总组成为c, 平衡共存的两相叫共轭溶液,其组成由通过c 的连线上的a 、b 两点表示。

图中曲线以下区为两相共存区,其余部分为单相区。

图1 图2 图3 现有一个正戊醇和水的二组分系统,其组成为k 。

于其中逐渐加入醋酸,则系统总组成沿kB 变化(正戊醇和水比例保持不变),在曲线以下区域内则存在互不混溶的两共轭相,将溶液振荡时则出现混浊状态。

继续滴加醋酸直到曲线上的d 点, 系统将由两相区进入单相区,液体将由混浊转为清澈, 继续加醋酸至e 点,液体仍为清澈的单相。

实验一、三组分液-液体系相图的绘制

2．由上述直线外推至t = 0，求得1g( t - )，再代入式（11）中计算K值。
3．求出反应的半衰期。
21
实验四、最大气泡压力法测定溶液表面张力
22
【实验目的】
➢测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，考察吸附量与浓度的关系。
➢了解表面张力、表面自由能的意义以及与溶液界面吸附的关系。
➢掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术，由Gibbs公式用图解法求算不同浓度溶液的界面吸附量。
11
【数据记录与处理】 • 记录室温及大气压。
• 设计数据记录表格，并用lgCA对lgCB作图，由直线的斜率和截距计算出分配系数K，缔合度n。
12
【注意事项】 • 实验中所用苯对环境有较大污染，废液应
倒入回收瓶中，统一处理。【思考题】 • 分配系数的影响因素有哪些？
13
实验三、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
10.00
0.80 10.00
20.00
25.00
6
【注意】
– 使用的三角瓶必须事先干燥。 – 当 Nhomakorabea体由浊变清时，须小心，勿使乙醇过量加入。 – 相变点的判断。
【思考题】
– 当体系总组成在曲线内与曲线外时，相数有何不同？总组成点通过曲线时发生什么变化？
– 用相律说明当温度、压力恒定时，单相区的自由度是多少？
三组分体系中浓度独立变量最多只有2个。这样就可用平面图形来表示体系的状态和组成的关系。
– 通常用等边三角形来表示三组分体系中各组分的组成。三角形的3个顶点分别代表纯组分A、B和C，三条边AB、 BC、CA分别代表A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成，而三角形内任何一点表示三组分体系的组成。

环己烷（取代苯）-乙醇-水三组分液系相图

图4-1三角形坐标实验四三元液-液系统相图一、目的：(1)测绘环己烷(或取代苯)-水-乙醇三组分系统的相图。

(2)掌握三角形坐标的使用方法。

二、原理三组分系统的相律为F =C +2-P =5-P ，最大自由度(单相即P =1时)F =4，相图难以绘制。

恒压时自由度F =4-P ，最大自由度F =3，相图可用三维空间坐标来表示，通常使用正三棱柱，柱高表示温度。

若温度和压力均恒定，F =3-P ，最大自由度F =2，可用平面图来表示组成关系。

若用质量分数w (或摩尔分数x )描述系统的组成时，常用等边三角形坐标来表示三组分相图(图4-1)，等边三角形的三个顶点分别代表纯组分A 、B 、C ，三条边AB 、BC 、CA 上的点代表一个二组分的组成，三角形内任意一点表示三组分的组成。

以图4-1中点P 为例，经点P 作平行于三角形三边的直线Pa 、Pb 、Pc ，则点P 对应组分A 、B 、C 的相对含量分别为w A =C a =Pc ，w B =A b =Pa ，w C =B c =Pb 。

反之，若已知系统的组成，要在三角形内确定系统的组成点时，可在CA 边上取线段C a 长度等于组分A 的组成w A ，在AB 边上取线段A b 长度等于组分B 的组成w B ，通过点a 作平行于BC 的直线，通过点b 作平行于AC 的直线，这两条直线的交点p 即为系统的组成坐标点。

在环己烷(或取代苯)-水-乙醇三组分系统中，环己烷和水完全不互溶，而乙醇和环己烷及乙醇和水完全互溶。

在环己烷-水系统中加入乙醇时可促使环己烷和水的互溶。

设有一个环己烷-水的二组分系统，其组成点为K ，于其中加入乙醇，则系统总组成沿K C 变化(环己烷-水比例保持不变)，在曲线以下区域内存在互不溶混的两共轭相，将溶液振荡时出现浑浊状态。

继续滴加乙醇直至曲线的点d ，系统将由两相区进入单相区，液体由浑浊转为清澈。

继续滴加乙醇至点e ，液体仍为清澈的单相。

实验三组分液-液体系相图的绘制

20 D

100
1, C A
（5）
式中

20 D
右上角的“20”表示实验时温度20℃，D是指用钠灯光源D线的波长
（即589nm）,
为测得的旋光度[°]，1为管长度（dm）,CA为浓度
（g/100ml）。
作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度

20 D
=66.63°；生成物中葡萄也是右旋性物
打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴下而降低系统的压力，毛细管内的液面上受到一个比样品管内的液面上稍大的压力。
当压力差在毛细管端面上产生的作用稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口被压出，这个最大的压力差可由U型管压力计上读出。
毛细管端口形成的半球形气泡承受的最大压力差
p gh 2
测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中可含旋光物质的旋光能力、溶剂性质，样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度
与反应物浓度c呈线性关系，即
C
（4）
式中比例常数β与物质旋光能力、样品管长度、温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量、比旋光度用下式表示：
r
U形示压计两端汞柱
毛细管曲率半径
的高度差
若用同一支毛细管和压力计，在相同温度下测定两种液体的表面张力，有
1 h1 0 h0
1

h1 h0
0

K h1
毛细管常数
（3）求正丁醇的分子截面积
饱和吸附量

1
kc kc
1 c 1
k
作
c
～c图，由直线斜率求

三液系相图绘制

三液系（三氯甲烷~醋酸~水）相图的绘制薛念华一．实验目的：1.熟悉相律和用三角形坐标表示三组分相图的方法。

2.用溶解度法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图。

二．实验原理：在定温定压下，三组分体系的状态和组成之间的关系通常可用等边三角形坐标，如下图所示。

等边三角形三顶点分别表示三个纯物A、B、C。

AB、BC、CA三边分别表示A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组成。

三角形内任一点则表示三组分体系的组成。

如O点的组成为A%=Cc’，B%=Aa’，C%=Bb’。

具有一对共轭溶液的三组分体系相图，在该三液系中，A和B、A和C完全互溶，而B和C只能有限度的互溶，B和C的浓度在Ba和Cd之间可以完全互溶，介于ad 之间体系分为两层，一层是B在C中的饱和溶液（d点），另一层是C在B中的饱和溶液（a点），这对溶液称为共轭溶液。

曲线abd为溶解度曲线。

曲线外是单相区，曲线内是二相区。

物系点落在两相区内即分成二相，如O点分成组成为E和F的二相，EF 线称为连结线。

绘制溶解度曲线的方法较多。

本实验是先在完全互溶的两个组分（如A和C）以一定的比例混合所成的均相溶液（如图II上的N点）中滴加入组分B，物系点则沿NB 线移动，直至溶液变浑，即为L点，然后加入A，物系点沿LA上升至N’点而变清。

如再滴加B，则物系点又沿N’B移动，当移至L’点时溶液再次变浑。

再滴加A使之变清……。

如此重复，最后连接L，L’，L’’……，即可绘出溶解度曲线。

三．仪器与药品：滴定管（50mL，酸式）×1，滴定管（50mL，碱式）×1，有塞锥形瓶（100mL）×2，有塞锥形瓶（25mL）×4，锥形瓶（100mL）×2，移液管（2mL，胖肚）×4，移液管（5mL，刻度）×2，移液管（10mL，刻度）×1，分液漏斗（60mL）×2，漏斗架×1，氯仿（分析纯），冰醋酸（分析纯），0.5mol/L标准NaOH溶液。

三液系(三氯甲烷-醋酸-水)相图的绘制.

一、数据处理
X CHCL3
问题讨论：
1.为什么试验中用到的玻璃器皿需要干燥？
答：因为所测定的体系含有水的组成。

3．如果结线不通过物系点,其原因可能是什么?
答：实验所得的连接线未通过物系点，原因主要是溶液振荡分层平衡不够,多振荡,让醋酸水溶液与醋酸氯仿溶液充分分层。

4．在用水滴定溶液Ⅱ的最后,溶液由清到浑的终点不明显，这是为什么？
答：因为这时溶液已经接近饱和，溶解的平衡需要较长的时间。

在原电池装置中，盐桥主要起两个作用，一个是离子通道，与外电路的电子通道相衔接；另一个是离子库，为保持溶液电中性，氧化作用产生的Zn2+需要阴离子来补充，Cu2+发生还原反应，需要阳离子来补充；而作为KCl 饱和溶液盐桥有足够的离子供给，所以是离子库。

盐桥在电化学中的作用主要是消除液接电势，测量离子迁移数等，这在中学不要求。

盐桥里的物质一般是强电解质而且不与电解质反应。

三元体系相图的绘制

实验五三元体系(H2O-HAC-CHCl3)相图的绘制一．实验目的：1.熟悉相律和利用等边三角形坐标表示三组分相图的方法。

2.用溶解度法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图，并绘制连接线。

二、基本原理：根据相律，f=c-φ+2=3+2-φ=5-φ，若指定温度和压力，则f**=3-φ，f**最多为2，可用平面图来表示。

图1 （a）图1（b）图2（1）物系点组成的确定：在定温定压下，三组分体系的状态和组成之间的关系通常可用等边三角形坐标来表示，如图1（a），等边三角形三顶点A、B和C分别表示三个纯物质，AB，BC及CA三边分别表示A和B，B和C以及C和A所组成的二组分组成。

三角形内任一点，则表示三组分的组成。

如O点的组成：A%=Cc’,B%=Aa’,C%=Bb’。

即各物种的组成为过物系点O做各顶点对边的平行线。

又因为各物种总的百分组成为100%，三角形为等边三角形，所以又可以由其中的一条边表示各组分的百分组成，如图1中（b）所示。

当然，给出一定组成的溶液百分比，按照上述表示方法，也应该能找出对应的物系点。

（2）溶解度曲线的绘制对于具有一对共轭溶液的三液系相图，如图2，该三液系相图中A和B，A和C为完全互溶而B和C为部分互溶，曲线abc为溶解度曲线。

曲线上方为单相区，曲线下方为二相区，物系点落在二相区内，即分为二相，如X 点则分成组成为E和F的二相，而EF线称为连接线。

对于溶解度曲线的绘制，本实验是先以完全互溶的两个组分（如A和C），以一定的比例混合所组成的均相溶液，如图2上的N点，滴加入组分B，根据平衡相图的直线规则，物系点则沿着NB移动，直至溶液变混，即为L点。

再加入A，物系点由LA上升至N’点而变清。

再加入B，此时物系点又沿着N’B由N’移动至L’而再次变混，再滴加A使变清……，如此反复，最后连接L，L’，L’’……即可画出溶解度曲线。

（3）连接线的绘制由于连接线是表示在两相区内呈平衡两相的组成（或A在两相中的分配），所以可以在两相区内配制溶液，待平衡后分析每相中的任何一种组成的含量，连接在溶解度曲线上该两含量的组成点而得出。

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序号： 6
物理化学实验报告
姓名：李刚勇
院系：化学化工学院
班级：10级化学班
学号：14101700578
指导老师：张建策
同组者：吴笛、吴彬、熊详、熊帅
-
试验项目名称：溶液表面张力的测定
实验日期：2012.10.29 实验室：7509
一、实验目的
1. 熟悉相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。

2. 用溶解度法作出苯---乙酸----水体系的相图。

二、实验原理
对于三组分体系C=3，当处于恒温恒压条件时，根据相律，其自由度f*为：
f*＝3－Φ
式中，Φ为体系的相数。

体系最大条件自由度f*max＝3－1＝2，因此，浓度变
量最多只有两个，可用平面图表示体系状态和组成间的关系，通常是用等边三角
形坐标表示，称之为三元相图。

如图2-6所示。

等边三角形的三个顶点分别表示
纯物A、B、C，三条边AB、BC、CA分别表示A和B、B和C、C和A所组成
的二组分体系的组成，三角形内任何一点都表示三组分体系的组成。

图2-6中，P
点的组成表示如下：
经P点作平行于三角形三边的直线，并交三边于a、b、c三点。

若将三边均分
成100等份，则P点的A、B、C组成分别为：A％=Pa=Cb，B％=Pb=Ac，C％=Pc=Ba。

苯-乙酸-水是属于具有一对共轭溶液的三液体体系，即三组分中二对液体A
和B，A和C完全互溶，而另一对液体B和C只能有限度的混溶，其相图如图2-7
所示。

图2-6等边三角形法表示三元相图图2-7共轭溶液的三元相图
图2-7中，E、K2、K1、P、L1、L2、F点构成溶解度曲线，K1L1和K2L2是连
结线。

溶解度曲线内是两相区，即一层是苯在水中的饱和溶液，另一层是水在苯
中的饱和溶液。

曲线外是单相区。

因此，利用体系在相变化时出现的清浊现象，
可以判断体系中各组分间互溶度的大小。

一般来说，溶液由清变浑时，肉眼较易
分辨。

所以本实验是用向均相的苯-乙酸体系中滴加水使之变成二相混合物的方法，
确定二相间的相互溶解度。

三、仪器药品
仪器：具塞锥形瓶(100mL)1只；酸式滴定管(20mL)1只；移液管(1mL、2mL)各1只；刻度移液管(10mL)1只。

药品：冰乙酸(AR.)；苯(AR.)；标准NaOH溶液（0.2mol/L）；酚酞指示剂。

四、实验步骤
1. 测定互溶度曲线
在洁净的酸式滴定管内装水，用移液管移取10.00mL苯及2.00mL醋酸，置于干燥的100mL具塞锥形瓶中，然后在不停地摇动下慢慢地滴加水，至溶液由清变浑时，即为终点，记下水的体积。

向此瓶中再加入1.00mL醋酸，使体系成为均相，继续用水滴定至终点。

然后依次用同样方法加入1.00mL、1.00mL、1.00mL、2.00ml、
10.00ml乙酸，分别再用水滴至终点，记录每次各组分的用量。

五、数据记录与处理
1、溶解度曲线的绘制
根据苯、乙酸和水的实际体积及由附录查得实验温度时三种试剂的密度（表
1），算出个组分的质量百分含量，列入表2。

室温：18.7 ℃气压：101.50 kPa
表 1 试验温度下试剂的密度
表 2不同条件下个组分的质量分数
-
2.根据表2中苯、乙酸和水的质量百分数做出三相图。

水/%
图 1 苯、乙酸和水液系三相图
六、注意事项
1.因所测体系含有水分，故玻璃仪器均需干燥。

2.在实验过程中注意防止或尽可能减少苯和醋酸的挥发。

3.用水滴定如超终点，可加入1.00mL醋酸，式体系有浑变清，再用水继续滴定。