ch6.3二组分理想液态混合物的气液平衡相图解读
物化实验报告_双液系的气液平衡相图辩析
双液系的气液平衡相图1.1实验目的1．用沸点仪测定在常压下环已烷—乙醇的气液平衡相图。
2．掌握阿贝折射仪的使用方法。
1.2 实验原理将两种挥发性液体混合，若该二组分的蒸气压不同，则溶液的组成与其平衡气相的组成不同。
在压力保持一定，二组分系统气液达到平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时组成关系的相图，称为沸点和组成(T-x)图。
沸点和组成(T-x)的关系有下列三种：(1)理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其液体混合物的沸点介于两纯物质沸点之间见图1(a)；(2)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差，其溶液有最高恒沸点见图1(b)；(3)各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，其溶液有最低恒沸点见图1(c)。
第(2)、(3)两类溶液在最高或最低恒沸点时的气液两相组成相同，加热蒸发的结果只使气相总量增加，气液相组成及溶液沸点保持不变，这时的温度称恒沸点，相应的组成称恒沸组成。
第一类混合物可用一般精馏法分离出这两种纯物质，第(2)、(3)类混合物用一般精馏方法只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。
图1 沸点组成图为了测定二元液系的T-x图，需在气液达到平衡后，同时测定溶液的沸点、气相和液相组成。
本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷—乙醇双液系的T-x图。
方法是用沸点仪(图2)直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度(即沸点)，并收集少量馏出液(即气相冷凝液)及吸取少量溶液(即液相)，分别用阿贝折射仅测定其折射率。
为了求出相应的组成，必须先测定已知组成的溶液的折射率，作出折射率对组成的工作曲线，在此曲线上即可查得对应于样品折射率的组成。
沸点仪的种类很多，图2所示是一种带有电阻丝加热的沸点仪。
沸腾的溶液由喷嘴喷向温度计，因此可以测得蒸气与液相平衡的温度。
气相经冷凝后贮存在小泡内。
图2 沸点仪1 水冷却入口，2 气相冷凝液贮存小泡，3 温度计，4 喷嘴，5 电炉丝，6 调压器2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图1.仪器沸点仪、调压器、阿贝折射仪（编号00011887）SL-1超级恒温槽、1／10℃温度计、酒精温度计、滴管、放大镜。
ch6.3二组分理想液态混合物的气液平衡相图讲义
(1) p-x图
设组分 A 和组分 B 形成理想液态混合物。在一定温度 T 下气
－液两相平衡时，根据拉乌尔定律
p / Pa
T 常数
pA pA xA pA (1 xB )
p pA pB
pB*
pB pB xB
pA*
pB pB xB
p pA pB pA (1 xB ) pB xB
当系统点为M点时，两相平衡
的液相点为L2，气相点为G2， 这两点均为相点。
p l
t=const.
pB
两个平衡相点的连接线称为结线。
a
压力继续降低，系统点到达G3时，
L1
l+g
液相全部蒸发为蒸气，最后消失
L2
的一滴液相的状态点为 L3 。
L3
3) 此后系统进入气相区G3至b为 pA
M G3
b
G1 G2
•实际生产中： 二组分理想液态混合物 二组分真实液态混合物 二组分液态部分互溶系统 二组分液态完全不互溶系统
固态完全不互溶 液相完全互溶
固态部分互溶 液相完全互溶 固态完全互溶 液相完全互溶
§6.3 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图
•二组分系统的相律分析 •二组分理想液态混合物的压力—组成图 •二组分理想液态混合物的温度—组成图
或 m(总) m(l) m(g) 可计算气、液相的量
P294 6.2, 6.4
T/K
TA*
T1 D
x1
A
g
定压
C
E
g-l
l
xB
x2
xB
TB*
B
强调一点：在结线上不同的任意两个物系点 1) 两个物系总组成不同； 2) 两个物系，气液两相的相对数量不同； 3) 但两个物系，平衡压力，力pa，系统的状态点a 点。pA
实验六 双液系的气—液平衡相图(更新)
实验六双液系的气—液平衡相图一、实验目的1、绘制在标准压力下乙醇-正丙醇体系的沸点组成图;2、熟练掌握测定双组分液体沸点的方法及用折光率确定二组分物系组成的方法;3、掌握超级恒温槽、阿贝折射仪、气压计等仪器的使用方法。
二、实验原理1、相图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，如环已烷-乙醇、正丙醇-乙醇体系都是完全互溶体系。
若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系，例苯-水体系。
在完全互溶双液系中，有一部分能形成理想液态混合物，如苯-甲苯系统，二者的行为均符合拉乌尔定律，但大部分双液系是非理想液态混合物，其行为与拉乌尔定律有偏差。
液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。
在一定外压下，纯液体的沸点有其确定值，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。
双液系两相平衡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(或t)-组成(x)图，即T（或t）—x图。
它表明了沸点与液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。
在恒定压力下，二组分系统气液达到平衡时，其沸点-组成（t-x）图分三类：(1)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。
如苯-甲苯系统，此时混合物的行为符合拉乌尔定律或对拉乌尔定律的偏差不大。
如图5-1(a)所示。
(2）有最低恒沸点体系，如环已烷-乙醇体系，t—x图上有一个最低点，此点称最低恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大正偏差，如图5-1(b)所示。
对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中同时分离出两个纯组分。
(3）有最高恒沸点体系，如氯仿-丙酮体系，t—x图上有一个最高点，此点称最高恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大负偏差，如图5-1(c)所示。
1.双组份理想溶液的气液平衡相图
2.图中红色线为气相线t-y（露点线）：它表
示混合液的沸点和平衡液相组成x之间的关系，此曲
线称为饱和液体线。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
三个区域：
液相区：蓝线以下区域 过热蒸气区：红线以上区域 气液共存区：红线和蓝线包围的区域
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
两相区特点：
1.当两相温度相同时 y > x 2.当组成相同，t露点>t泡点
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
t/C
气相区
TB
露点
在总压一定的条件下，将组成为 xf
露点线
两相区
的溶液加热至该溶液的泡点 TA ，产 生第一个气泡的组成为 yA1，此时液 相组成为XA1。
TA
泡点
化学单元操作
两组分溶液的气液平衡相图
东明县职业中专
两组分溶液的气液平衡相图
1
Contents
温度-组成图（t-相图（y-x图）
两组分溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的气液平衡关系用相图表示比 较直观、清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直 接反映出来。蒸馏中常用的相图为恒压下的温度组成（ t-x-y ）图和气相-液相组成（ x-y ）图。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
t-x-y 图代表的是在总压 P 一定的条件 下，相平衡时气（液）相组成与温度 的关系。x、y均指易挥发组分的摩尔 分数。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
两条线：
1.图中蓝色线为液相线t-x（泡点线）：它表
示混合液的沸点和与液相平衡的汽相组成y之间的关 系，此曲线称为饱和蒸气线。
6-04二组分理想液态混合物的气-液平衡相图
液相组成 xB(L)
0 0.042 0.132 0.183 0.219 0.325 0.467 0.483 0.551 0.628 0.712 0.810 0.900 1.000
气相组成 xB(G)
0 0.089 0.257 0.384 0.395 0.530 0.619 0.688 0.742 0.800 0.853 0.911 0.958 1.000
L nL
* pA
G
nG g (A+B)
nG ( xG － xM ) = nL(xM －xL) nG · GM = nL · ML
nG ML nL MG
B 气液两相物质的量之比 等于气液两相点至物系 点距离之反比。
ML 对于结线 LG 的相对长 度等于气相物质的量对系 统总量的相对值。
2.杠杆规则证明
相图分析
§6-4 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图
•甲苯(A) - 苯(B)系统在 p=101.325 Pa下 沸点与两相组成的关系
沸点 t / ℃
110.62 108.75 104.87 103.00 101.52 97.76 95.01 92.79 90.76 88.63 86.41 84.10 81.99 80.10
1. 压力-组成图
T一定 p
p
l（A+B）
pB*
蒸气总压 p 与液相组成 xB 的关系: * * 液相线 p p* (p p A B A )xB
p = f (xB )
pA*
蒸气总压 p 与气相组成 yB的关系:
yB = pB*xB /p 气相线
* p* p A B * pB
g（A+B）
相点 轨迹
6-2二组分系统理想液态混合物的气—液平衡相图
（a）完全互溶
（b）完全不互溶 （c）部分互溶
液态完全互溶系统 p-x、t-x图
理想系统 真实系统
一般正偏差 最大正偏差
一般负偏差 最大负偏差
液态部分互溶系统 t-x图
气相组成介于两液相之间 气相组成位于两液相同侧
液态完全不互溶系统 t-x图
完全互溶系统：理想液态混合物系统气-液平衡相图
1. 压力—组成图
A、B形成理想液态混合物：均符合拉乌尔定律
A组分分压： pA pA* xA pA* 1 xB
B组分分压： pB pB* xB
pA，pB，p和xB均成
气相总压： p pA pB
直线关系
pA* 1 xB pB* xB
pA* pB* pA* xB
液相线：气相总压 p 与液相组成 xB 之间的关系曲线
nL
解: (1) 先确定系统点的总组成
xM
nB nA nB
6 46
0.6
利用
nG (xM yB ) nL (xB xM ) 即 nG (0.6 0.2) nL (0.7 0.6) (1)
nG nL n总 =4+6=10mol (2)
解得
nG =2mol
nL =8mol
(2) 气相中： 甲苯 nB nG yB 2 0.2 0.4mol 苯 nA nG yA 2 0.8 1.6mol
（4）最大负偏差系统
p实际 p理想
且在某一组成范围内比 难挥发组分的饱和蒸气 压还小，实际蒸气总压 出现最小值
液相线
氯仿(A)—丙酮(B)系统
加上气相线：
一般正偏差系统
一般负偏差系统
最大正偏差系统
液相线 气相线
二组分液态部分互溶和完全不互溶系统液-气平衡相图精品PPT课件
以Au-Ag相图为例，梭形 区之上是熔液单相区，之下 是固体溶液（简称固溶体） 单相区，梭形区内是固-液两 相共存，上面是液相组成线， 下面是固相组成线。
溶解度法绘制相图
373
p
353
333
N
OS 硫酸铵固+溶液
Q
溶液(单相) 313
T/K
293
L 273
yx
冰+溶液 253 B
W’
A
固体
233 A 0
H2O
0.2 0.4 0.6 0.8
(NH4)2SO4的质量分数
(NH4)2SO4- H2O的相图
z
c
1B
(NH4)2SO4
§6.6 二组分简单凝聚系统固-液平衡相图
aEb以上—g ; aBFM-l1和bAGN-l2 FM、GN—溶解度曲线
aME和bNE—l-g；MNGF—l1-l2
B
A
三相点E点：共沸点，即两个液相同时沸腾产生气相。
l1 + l2→ g，F = 2-3+1 = 0， T、组成不变，三相组成分别为xM、xN、xE。
此时温度为共沸温度
（2）一个液相的组成位于另一个液 相组成和气相组成之间的二组分部 分互溶系统 a—纯B的沸点；b—纯A的沸点 aP、bP-气相线；aN、bM-液相线 FN、GM—溶解度曲线 aPb以上—g；aBFN-l1和bMGA-l2 aNP和bMP—l-g； MNFG—l1-l2 PMN：三相线， l2 → g+l1，F = 2-3+1 = 0，
二组分真实液态混合物的气—液平衡相图的绘制
实验四二组分真实液态混合物的气—液平衡相图的绘制一、实验目的1.掌握二组分真实液态混合物的沸点、气液组成的测定方法。
2.掌握阿贝折光仪的使用。
3.绘制环已烷—乙醇体系的沸点—组成图，确定其恒沸点及恒沸组成。
二、实验原理在恒定压力下，二组分达到气液平衡时，表示溶液的沸点与组成的相图称为沸点—组成图，即t x—图可分为三类：—图。
二组分真实液态混合物的t x(1)溶液的沸点介于两纯组分沸点之间（图4—10（a））。
(2)各组分对拉乌尔定律发生最大正偏差，其溶液有最低恒沸点（图4—10（b））。
(3) 各组分对拉乌尔定律发生最大负偏差，其溶液有最高恒沸点（图4—10（c））。
对(2)、(3)类系统在最低或最高沸点处的气液两相组成相同，加热蒸发的结果只能使气相总量增加，气液两相组成及溶液沸点保持不变，这是的温度称为恒沸点，相应的组成称为恒沸组成。
为了测定t x—图，需在气—液两相达到平衡后，同时测定气相组成、液相组成和溶液的沸点。
本实验采用折光率法测定系统的组成。
即需测定已配置好的不同组成的溶液的折光率，然后绘制折光率与组成的标准曲线，即本实验的工作曲线。
实验采用简单蒸馏瓶，用电热丝直接放入溶液中加热（如图4—11），以减少过热和暴沸现象。
气相分析是取冷凝器下端小玻璃球中的冷凝液，液相分析是取蒸馏瓶内的液体。
分析仪器采用阿贝折光仪。
三、仪器和药品蒸馏瓶一个；温度计一支（50℃~100℃，0.01精度）；阿贝折光仪一台；长、短滴管各一支；20ml量筒一个；1ml刻度滴管一支。
环已烷；无水乙醇；20%、40%、60%、80%环已烷—乙醇混合液；脱脂棉。
四、实验步骤1.作折光率—组成工作曲线：用阿贝折光仪分别测定环已烷、无水乙醇、20%、40%、60%、80%环已烷—乙醇混合液的折光率，对每个样品测定两次，取平均值，填入表4—1。
绘制组成—折光率关系曲线。
表4—1 折光率—组成数据使电热丝全部浸入液体中，温度计水银球的一半在液体中，并注意不要与电热丝相接触。
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g
泡点线（液相线）
t1
G1
②若将状态为 b 的的蒸气 恒压降温至G2 气相开始凝结出露珠似的液滴 t2称为该气相的露点 A 气相线表示了气相组成与露点的关系 气相线又称为露点线
●
tB
B
露点线（气相线）
3. 杠杆规则
在T-x图上，由nA和nB组成的混合物组成为xB
pA
L2
M
G3
l+g G1 G2
b
g
•单相区：相点与系统点重合；
0 A
xL
xM xB
xG
•两相共存区：相点与系统点不同。
1 B
C6H5CH3(A) - C6H6(B)
②相图的应用
系统在恒温降压从a到b过程中 的相变化情况。
p
l
a L1 L3
t =const.
pB
若在一个带活塞的导热气缸中, 总组成为xM 的 A，B二组分系统， 将气缸置于100℃恒温槽中。起始 系统压力pa，系统的状态点a 点。 1) 当压力缓慢降低时，系统点 沿恒组成线垂直向下移动。在 到达L1 前,一直是单一的液相。
t
tA t2 t1
p=const. b L2 L1 a l A x1 x2 G2 l+g
g
G1 tB
B
露点线（气相线） 泡点线（液相线）
①混合物的起始组成为x1，状态a， 恒压加热到温度为L1 t 液相开始起泡沸腾 tA t1称为该液相的泡点 液相线表示了液相组成与泡点关系 t2
●
p=const. b
①两条线：左上方直线为液相
p
l
a L1 L3
t=const.
pB
线，右下方的曲线为气相线。
(2) 三个区域：
L2
M
G3
液相线之上 液相区 F=2 (p,x) 气相线之下 气相区 F = 2
(p,x)
l+g G1 G2
pA
b
g
液相线和气相线之间梭形区 是 气-液两相平衡， F = 1。x=f(p),
•实际生产中： 二组分理想液态混合物 二组分真实液态混合物 二组分液态部分互溶系统 二组分液态完全不互溶系统 固态完全不互溶 液相完全互溶 固态部分互溶 液相完全互溶
固态完全互溶
液相完全互溶
§6.3 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图
•二组分系统的相律分析 •二组分理想液态混合物的压力—组成图 •二组分理想液态混合物的温度—组成图
液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算
以系统点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算 液相和气相的物质的量或质量
这就是杠杆规则，可用于任意两相平衡区
nl CD ng CE
或 ml CD mg CE
若已知 n(总) n(l) n(g)
或 m(总) m(l) m(g)
二组分系统的相律分析
•根据相律 F = C - P + 2 = 4 - P
•F最大= 3 即最多可以有三个独立变量， 这三个变量通常是T，p 和组成 x
•P最大= 4 即最多可以四相平衡共存
•通常研究方法 •固定一个变量，用二维坐标描述使图形简单易用。 ( )T ( )P ( )x
两个纯液体可按任意比例互溶，每个组分都服从拉乌尔定律， 这样组成了理想的完全互溶双液系，或称为理想的液体混合物
pB pB xB
* pB
p
* A
pA pA (1 xB )
A
xB
B
∵T=常数，且系统达到气液平衡时，自由度数F= 1， 表明压力和组成中只有一个为变量，若选液相组成xB 为独立变量，即 p = f(xB)，且yB = f(xB)
(2) p-x-y图
这是 p-x 图的一种，把液相组成 x 和气相组成 y 画在同一张图上。 • yA 和 yB的求法如下：
y=f(p)
0 A
xL
xM xB
xG
1 B
C6H5CH3(A) - C6H6(B)
•问题 有F = 0的点么？ 端点 纯物 F = 0
(4)几点说明பைடு நூலகம்
①相点与系统点
p
l
a L1 L3
t=const.
pB
•相点：表示某一相组成的点， 可以随 T、p 变。
•系统点:表示系统总组成的 点，不随 T、p 变。
G1
tB pB p* a B ( t ) xB yB p 101.325kPa l * * 若已知t温度下的 pA (t )和pB (t ) A x B B 求得(t, xB , yB ) 以此类推可获得不同温度下的气液相组成，进而画出 气相点和液相点
(2)T-x图分析
在T-x图上，气 相线在上，液相线在 下，上面是气相区， 下面是液相区，梭形 区是气-液两相区。 •两条线 F=1 •三个区域 单相区 F=2 ； 气-液平衡区 F=1。 •两端点 F=0
加热到T1温度，系统点C 落 在两相区，系统点C代表了体系 总的组成和温度。 两个平衡相点的连接线称为结 线 DE线为等温连结线 落在DE线上所有系统点的对 应的液相和气相组成，都由D点和 E点的组成表示。但气相和液相的 相对量不同。
T /K
* TA
g
C
定压
T1
D
E
g-l
* TB
x1
l
xB
x2
B
A
xB
PB PB xB yB ; P P
y A 1 yB
P ( PB PA ) xB PA
xA ，就可把各液相组成对应的气相组 xB 或 成求出，画在 p-x 图上就得 p-x-y 图。
* p pB A 已知 ， ，
*
yB p x / p
* B B
p p p
T /K
* TA
g
C
定压
T1
D
E
g-l
* TB
可计算气、液相的量
x1
l
xB
x2
B
P294 6.2, 6.4
A
xB
强调一点：在结线上不同的任意两个物系点
1) 2) 3) 两个物系总组成不同； 两个物系，气液两相的相对数量不同； 但两个物系，平衡压力，两相组成均相同。
P294 6.2, 6.4
(1)T-x图可通过计算获得
101.325kPa p (t )(1 x B ) p (t ) x B
* A * B
* * p* ( t ) ( p ( t ) p A B A ( t ))x B
t
tA t2 t1
p=const. b L2 L1 G2 l+g
g
101.325kPa p* A (t ) xB * p* ( t ) p B A (t )
B
* pA
pA pA (1 xB )
A
xB
B
由右图可知: ①理想液态混合物的蒸气总 压总是介于两纯液体的饱和 蒸气压之间，即 pA p pB ②p - x 线表示系统压力(即蒸 气总压)与其液态组成之间的 关系，称为液相线。
p / Pa
T 常数
p pA pB
l+g
L2
M
G3
G1
G2
pA
b
g
0 A
xL
xM
xG
xB 2) 到达L1后，液相开始蒸发， 最初形成的蒸气相的状态为G1 C6H5CH3(A) - C6H6(B) 所示，系统进入气-液平衡两相区。
1 B
当系统点为M点时，两相平衡 的液相点为L2，气相点为G2， 这两点均为相点。 两个平衡相点的连接线称为结线。
p
l
a L1 L3
t=const.
pB
压力继续降低，系统点到达G3时， 液相全部蒸发为蒸气，最后消失 的一滴液相的状态点为 L3 。 p 3) 此后系统进入气相区G3至b为 A 气相减压过程。
l+g
L2
M
G3
G1
G2
b
g
总结：当系统点由L1变化到G3的 xM xG 整个过程中 0 A xL a. 系统内部始终是气液两相共存; xB b. 平衡两相的组成和两相的相对 C H CH (A) - C6H6(B) 数量均随压力而改变。“杠杆规则” 6 5 3
* A
* B
* p* / p 1, p B A / p 1
yB xB , yA xA
这说明，饱和蒸气压不同的两种液体形成理想液 态混合物, 成气－液平衡时，两相的组成并不相 同，易挥发组分在气相中的相对含量大于它在液 相中的含量。---柯诺瓦洛夫-吉布斯规则
(3) p-x-y图分析
1 B
强调一点：在结线上不同的任意两个物系点
1) 2) 3) 两个物系总组成不同； 两个物系，气液两相的相对数量不同； 但两个物系，平衡压力，两相组成均相同。
2. 温度-组成图
亦为沸点-组成图,恒定压力下表示二组分系统气 -液平衡时的温度与组成关系的相图，叫做温度-组成 图。 外压为大气压力，当溶液的蒸气压等于外压时， 溶液沸腾，这时的温度称为沸点。 某组成的蒸气压越高，其沸点越低，反之亦然。 T-x图在讨论蒸馏时十分有用，因为蒸馏通常在等 压下进行。
1. 压力—组成图
(1) p-x图
设组分 A 和组分 B 形成理想液态混合物。在一定温度 T 下气 －液两相平衡时，根据拉乌尔定律
p / Pa
T 常数
pA p xA p (1 xB )
A
A
p pA pB
pB pB xB