三元系相图绘制

实验三组分相图的绘制

一实验目的

绘制苯一醋酸一水体系的互溶度相图。为了绘制相图就需通过实验获得平衡时，各相间的组成及二相的连结线。即先使体系达到平衡，然后把各相分离，再用化学分析法或物理方法测定达成平衡时各相的成分。但体系达到平衡的时间，可以相差很大。对于互溶的液体，一般平衡达到的时间很快；对于溶解度较大，但不生成化合物的水盐体系，也容易达到平衡；对于一些难溶的盐，则需要相当长的时间，如几个昼夜。由于结晶过程往往要比溶解过程快得多，所以通常把样品置于较高的温度下，使其较多溶解，然后把它移放在温度较低的恒温槽中，令其结晶，加速达到平衡。另外摇动、搅拌、加大相界面也能加快各相间扩散速度，加速达到平衡。由于在不同温度时的溶解度不同，所以体系所处的温度应该保持不变。

二实验原理

水和苯的互溶度极小，而醋酸却与水和苯互溶，在水和苯组成的二相混合物中加入醋酸，能增大水和苯之间的互溶度，醋酸增多，互溶度增大。当加入醋酸到达某一定数量时，水和苯能完全互溶。这时原来二相组成的混合体系由浑变清。在温度恒定的条件下，使二相体系变成均相所需要的醋酸量，决定于原来混合物中水和苯的比例。同样，把水加到苯和醋酸组成的均相混合物中时，当水达到一定的数量，原来均相体系要分成水相和苯相的二相混合物，体系由清变浑。使体系变成二相所加水的量，由苯和醋酸混合物的起始成分决定。因此利用体系在相变化时的浑浊和清亮现象的出现，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。一般由清变到浑，肉眼较易分辨。所以本实验采用由均相样品加人第三物质而变成二相的方法，测定二相间的相互溶解度。

当二相共存并且达到平衡时，将二相分离，测得二相的成分，然后用直线连接这二点，即得连结线。

一般用等边三角形的方法表示三元相图（图1）。等边三角形的三个顶点各代表纯组分；三角形三条边AB、BC、CA分别代表A和B、B和C、C和A所组成的二组分的组成；而三角形内任何一点表示三组分的组成。

例如图1-1中的P点，其组成可表示如下：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等分，则P点的A、B、C组成分别为：

A％＝Cb，B％＝Ac，C％＝Ba

对共轭溶液的三组分体系，即三组分中二对液体AB及AC完全互溶，而另一对BC则不溶或部分互溶的相图，如图1-2所示。图中EK1K2K3DL3L2L1F是互溶度曲线，K1L1、K2L2等是连结线。互溶度曲线下面是两相区，上面是一相区。

图1-1等边三角形法表示三元相图图1-2共轭溶液的三元相图

三仪器药品

100 ml磨口锥形瓶，50ml磨口锥形瓶，50ml滴定管，200ml锥形瓶，2ml移液管，1ml 移液管，苯，醋酸，NaOH溶液（0.5mol/dm3），酚酞指示剂。

四实验步骤

(1)测定互溶度曲线

取三根洁净的滴定管分别装入苯、醋酸及水（装苯和醋酸的滴定管应事先干燥）。用滴定管加5ml苯于干净的100ml磨口锥形瓶内，再用滴定管滴入1ml醋酸。摇匀成均相后，由滴定管慢慢滴入蒸馏水，边滴边摇动，并仔细观察有无浑浊现象，直到有浑浊的“油珠”出现，记下这时所用水的体积。

再加入2ml醋酸，体系又成均相。继续用水滴定、使体系再由清变浑。分别记下这时体系中苯、醋酸及水所加入的总毫升数。而后依次再加入3、3、5、5、5ml醋酸。同法分别用水进行滴定，并记录体系中各组分的含量。测定后，在体系中再加人10ml苯，使体系分成二相，塞好塞子，留给下面测定连结线用。

另取一干净的100ml磨口锥形瓶，先用滴定管加入1ml苯及5ml醋酸，摇成均相后，用水滴定，使其成两相。以后再依次加人1、2、5ml的醋酸，用水滴定，方法同前。滴完后，加苯15ml，使体系分成两相。塞好瓶塞留待测连结线用。

再取一个100ml磨口锥形瓶，用滴定管加入0.5ml苯及8ml醋酸，摇匀后，用水滴定，使其由清变浑，记下所用水的体积数。然后，再依次加入2、5ml醋酸，继续用水滴至终点。

在滴定时要一滴一滴慢慢地加，特别是醋酸含量很少时，更应特别注意。在醋酸含量较多时，开始时可滴得快一些，接近终点要慢慢地滴定，因为这时溶液接近饱和，溶解平衡需要较长的时间，因此更要多加振荡。由于分散的“油珠”颗粒能散射光线，所以只要体系出现浑浊，而在2—3分钟内仍不消失，即可认为已到终点。

此实验由于有水参加，故所用装苯和醋酸的容器都必须干燥。

(2)连结线的测定

将由上述所得的二个溶液中各个组分的含量准确地记录下来。将瓶塞塞紧后，用力摇动，摇动时勿使瓶内液体流出。然后每隔5分钟摇一次，约半小时后，分别倒入二个干净的分液漏斗内。待二液分层后，分别将各层液体放入干净的磨口锥形瓶中，用2ml移液管取上层溶液2ml置于已称好的25ml磨口锥形瓶内，准确称其质量，然后用水洗入200ml锥形瓶中，加少许酚酞，用NaOH标准溶液滴定其中醋酸的含量。

同样用1ml移液管取下层液体1ml，称量，以酚酞为指示剂，用NaOH滴定醋酸的含量。

在不用分液漏斗分离，直接采用移液管取下层液体时，可采用洗耳球吹气法。即在轻轻吹气的同时使移液管插入下层液体，这样可防止上层液体进入移液管中。

五数据处理

(1)互溶度曲线的绘制

根据各次所用的苯、醋酸和水的体积以及在实验所处的温度下水、苯、醋酸的密度，求算每次体系出现复相时这三种组分的质量及体系的总质量。计算三种组分所占的质量百分数。按下表列出各次所得的数据：

根据上表数据，在三角坐标纸上，画出各次的组成点。然后用曲线板，将这些点连结成一光滑的曲线。

标明由曲线分割开的各相区的意义

(2)连结线的绘制

a.计算二瓶中苯、醋酸和水的质量百分数，画于上面的三角相图内。

b.由所取各相的质量及由NaOH滴定所得的数据，求出醋酸在各相内的质量百分数。

c.将醋酸的质量百分数画在三角相图的互溶度曲线上。水层内的醋酸含量画于含水成分多

的一边，苯层内的醋酸含量画于含苯成分多的另一边。

联结由c所得的二个成平衡的液层的组成点，即为连结线。该连结线应通过由a所得的体系的总组成点。