1.双组份理想溶液的气液平衡相图
双液系的气—液平衡相图
实验五双液系的气—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，并确定其恒沸点及恒沸组成;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。
物理化学课件二组分相图相图
t 一定 l (A+B)
pB*
nG BnB Ln总 B
nGxG + nLxL = (nG + nL) xM
L
M G
得
nL xGxMMG推导 nG xMxL LM
或 nLLM nGMG
pA*
g (A+B)
杠杆规则: 两相的物质的量之比反比 于系统点到两个相点的线段的长度.
A
xL xM xG nL nM nG
力 -组成图
•
(点•击H2这O(里A)).-
C2H5OH
(B)系统的压力-组成图
21
具有最大负偏差系统的压力-组成图
p/102kP
a
1.1 t =
1.0 55.1℃ xB(L) =
0.36
pB*
l
0.9
pA* 0.8 p= 00..775×105Pa
0.6 0.0 0.2
CHCl3(A)
g
xB(G) =
p
系统点
t 一定 l (A+B)
L
M G
• 系统点: 表示系统总状态( pB* 总组成)的点(例如M点);
•结相线点:表示各个相的状态的点( 只有一个相时,系统点就是相 点) (例如L、G点).
• 结线: 两个平衡相点的连结
pA*
线。
g (A+B) 相点
A
xL xM xG nL nM nG
xB
既是系统点又是相点
8
相点 液相线
Hale Waihona Puke 系统点• 点, 线, 区的含义及
各状态下自由度数
; • 会读系T一统定总组成
与相组g成p; yA yB
ch6.3二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
•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：
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
(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
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
双液系气—液平衡相图的绘制.
双液系气—液平衡相图的绘制实验目的1．掌握回流冷凝法测定溶液沸点的方法；2．绘制常压下环己烷—乙醇双液系的T—X图，找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点；3．掌握阿贝折射仪的使用方法。
实验原理在常温下，任意两种液体混合而成的体系称为双液系。
若两液体能按任意比例互溶，则称完全互溶双液体系。
液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界大气压相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点是恒定的。
而双液体系的沸点不仅与外压有关，还与双液体系的组成有关。
图（a）是一种最简单的完全互溶双液体系的T—X图。
图中纵轴是温度（沸点）T，横轴是液体B的摩尔分数（或质量百分组成），上面一条是气相线，下面一条是液相线，对应于同一沸点温度的两曲线上的两个点，就是互相成平衡的气相点和液相点，其相应的组成可从横轴上获得，因此如果在恒压下将溶液蒸馏，测定气相馏出液和液相蒸馏液的组成就能绘出T—X图。
如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，溶液沸点介于两种纯液体沸点之间，如图(a)所示。
溶液与拉乌尔定律有较大的负偏差，溶液存在最高沸点，如图（b）所示。
溶液与拉乌尔定律有较大的正偏差，溶液存在最低沸点，如图（c）所示。
t / otBt / oCtBtA tB B (b) tA A tA xB(a)BAxt / oBAB(c)x'B最高或最低时的气液两相组成相同，这些点称为恒沸点，相应的溶液称为恒沸点混合物。
恒沸点混合物蒸馏时，所得到的气液两相组成相同，靠蒸馏法无法改变其组成。
本实验环己烷—乙醇为体系，属于上述第三类型。
用回流冷凝法测定环己烷—乙醇体系的沸点—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。
沸点仪如右图所示。
实验仪器与试剂沸点仪、阿贝折射仪、调压变压器、温度计、烧杯、量筒、长、短毛细滴管环己烷、乙醇实验步骤1. 在沸点仪中加入30ml乙醇，加热使之沸腾，回流并观察温度计的变化，待温度稳定1~2分钟，分别记下沸点仪中温度计的沸点仪温度观和环境温度环。
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，
双液系的气-液平衡相图
物理化学实验--双液系的气—液平衡相图化学化工学院07应化1W07331120宋强目的要求(1) 绘制在pΘ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。
基本原理一、气-液相图两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系。
两种组分若能按任意比例互相溶解，称为完全互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。
在一定的外压力下，纯液体的沸点有其确定的值。
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。
根据相律，自由度=组分数-相数+2因此，一个气-液共存的二组分体系，其自由度为2.只要任意再确定一个变量，整个体系的存在状态就可以用二维图形来描述。
例如，在一定温度下，可以画出体系的压力p和组分x的关系图，如体系的压力确定，则可作温度T对x的关系图。
这就是相图。
在T-x相图上，还有温度，液相组成和气相组成三个变量，但只有一个自由度。
一旦设定某个变量，则其他两个变量必有相应的确定值。
图Ⅱ-5-1以苯-甲苯为例表明，温度T这一水平线指出了在此温度时处于平衡的液相组分x和气相组分y的相应值。
苯与甲苯这一双液系基本上接近理想溶液，然而绝大多数实际体系与拉乌尔定律有一定偏差。
偏差不大时，温度-组分相图与图Ⅱ-5-1相似，溶液的沸点仍介于两纯物质的沸点之间。
但是，有些体系的偏差很大，以至其相图将出现极值。
正偏差很大的体系在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时则会有极大值。
这样的极值称为恒沸点，其气，液两相的组成相同。
例如，H2O-HCl体系的最高恒沸点在P0时为108.5，恒沸物的组成含HCl20.242%。
通常，测定一系列不同配比溶液的沸点及气、液两相组成，就可绘制气-液体系的相图。
压力不同时，双液系相图将略有差异。
本实验要求将外压校正到1个大气压力。
二、沸点测定仪各种沸点仪的具体构造虽各有特点，但其设计思想则都集中于如何正确测定沸点、便于取样分析、防止过热及避免分馏等方面。
液体精馏操作—双组份溶液的气液相平衡关系及应用(化工单元操作课件)
=
/
= ×
/
因为：xB=1-xA， yB=1-yA
相对挥发度表示
的气液平衡关系
αAB•
yA=
1+ αAB−1
x
略去下标则可得相平衡方程： y
1 ( 1) x
化工单元操作技术
相平衡方程分析
讨论：
分析： α>1、α<1或α=1时，混合物的分离情况？
组分的平衡数据，还要做图，用相对挥发度来判别分离的难易程度就相对简单。
1. 挥发度
（1）定义：
混合液中某组分在气相中的分压与该组份在液相中摩尔分数之比。用υi表示。
组分的挥发度是组分挥发性大小的标志
（2）物理意义：
表示物质挥发的难易程度。
（3）表达式：（A-B两种组分混合物）
υA=
υ B=
含苯的摩尔分数为0.5的苯-甲苯混合液进行分
析，在101.3kPa下恒压加热，试求（1）此溶
液的泡点温度T泡；（2）第一个气泡的组成；
（3）露点温度T露；（4）最后一滴液体的组
成；（5）当溶液加热到369K时混合液的状态
和组成。
化工单元操作技术
双组分气液相平衡图
二、t-x(y)图和y-x图
2．气液相平衡图
状态；
气液共存区：处于气相线与液相线之间，气液两相同时存在；
气相区：称为过热蒸汽区，处于气相线以上，溶液全部汽化。
化工单元操作技术
二、t-x(y)图和y-x图
1. 沸点-组成图 ——t-x(y)图
组成为X1，温度为T0（A点）的溶液为过冷液体，将此溶液加
热升温至T1（J点）时，溶液开始沸腾，产生第一个气泡，相应
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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。
y1的气相互成平衡。该曲线又称为平衡曲线。
相平衡曲线
两组分溶液的气液平衡相图
2、气液平衡相图（y-x图）
相平衡曲线的特点：
•x-y线上各点温度不同； •对角线y=x为辅助曲线，平衡线上 各点y>x ，平衡线在对角线之上； •平衡线离对角线越远，两组分挥发性 差异越大，物系越易分离。
两组分溶液的气液平衡相图
x(y ) 1.0
0 xA5 xA4 xA3 xA2
yA5
xA1
xf
yA4
yA3 yA2 yA1
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
露点线
两相区
当温度达到该溶液的露点TB，溶液全部 气化成为组成为 yA5= xf 的气相，最后
TA
泡点
泡点线
液相区
一滴液相的组成为 xA5。
两条线
1、温度-组成图（t-x-y图）
三个区域 两相区特点
相平衡曲线
2、气液平衡相图（y-x图）
相平衡曲线的特点
化工单元操作
谢谢观看
东明县职业中专
x(y ) 1.0
0 xA5 xA4 xA3 xA2
yA5
xA1
xf
yA4
yA3 yA2 yA1
两组分溶液的气液平衡相图
2、气液平衡相图（y-x图）
在一定外压下，以y为纵坐标，以x为横坐标
，建立气-液相平衡图，即y-x图，图中曲线
代表气液相平衡时的气相组成y与液相组成x 之间的关系。 图中曲线的D点表示组成为x1的液相与组成为
泡点线
液相区
0 xA5 xA4 xA3 xA2
yA5
xA1
xf
yA4
yA3 yA2 yA1
x(y ) 1.0
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
露点线
两相区
继续加热升高温度，物系变为互成平 衡的气、液两相，两相温度相同 , 组
TA
泡点
泡点线
液相区
成分别为 yAi 和 xAi。