二元气液平衡相图的绘制
完全互溶双液系气液平衡相图的绘制。实验报告
完全互溶双液系气液平衡相图的绘制一．实验目的1．测定常压下环己烷－乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点－组成相图。
2．掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。
3．掌握阿贝折射仪的使用方法。
二．实验原理两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。
根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。
两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。
当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。
恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T－x），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为3类：（1）一在工作曲线上找出未知溶液的组成。
三．仪器与试剂沸点仪，阿贝折射仪，调压变压器，超级恒温水浴，温度测定仪，长短取样管。
环己烷物质的量分数x环己烷为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的环己烷－乙醇标准溶液，已知101.325kPa下，纯环己烷的沸点为80.1℃，乙醇的沸点为78.4℃。
25℃时，纯环己烷的折光率为1.4264，乙醇的折光率为1.3593。
四．实验步骤：1．环己烷－乙醇溶液折光率与组成工作曲线的测定调节恒温槽温度并使其稳定，阿贝折射仪上的温度稳定在某一定值，测量环己烷－乙醇标准溶液的折光率。
为了适应季节的变化，可选择若干温度测量，一般可选25℃、30℃、35℃三个温度。
2. 无水乙醇沸点的测定将干燥的沸点仪安装好。
从侧管加入约20mL无水乙醇于蒸馏瓶内，并使传感器（温度计）浸入液体内。
冷凝管接通冷凝水。
按恒流源操作使用说明，将稳流电源调至1.8-2.0A，使加热丝将液体加热至缓慢沸腾。
液体沸腾后，待测温温度计的读数稳定后应再维持3～5min以使体系达到平衡。
在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶。
记下温度计的读数，即为无水乙醇的沸点，同时记录大气压力。
3. 环己烷沸点的测定同2步操作，测定环己烷的沸点。
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。
物化实验 二组分体系气液平衡相图绘制
实验四二组分体系气液平衡相图一．实验目的1．了解液体沸点的测定方法。
2．掌握温度计的露茎校正方法。
3．掌握阿贝折光仪的原理及使用方法4．测定环己烷——乙醇二元系统气液平衡数据，给出沸点组成图。
二．实验原理常温下两液态物质混合构成的体系称为双液系。
若该双液系能按任意比例混合成为一相则称为完全互溶双液系。
若只能在一定比例范围内混合成为一相，其它比例范围内为两相则称部分互溶双液系。
环己烷——乙醇体系是完全互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度。
在一定外压下纯液体的沸点有确定值。
但是双液系沸点不仅与外压有关还随双液系的组成的改变而改变。
同时，在一般情况下双液系蒸馏时的气相组成和液相组成并不相同，因此原则上可通过反复蒸馏即精馏的方法分离双液系中的两液体。
但是当双液系具有恒沸点时，不能用单纯蒸馏的方法分离两液体。
如图4.1所示，本实验所用体系环己烷——乙醇的温度组成图是一个典型的具有最低恒沸点的相图。
若将组成在恒沸点处的体系蒸馏时气相组成和液相组成完全一样，因此在整个蒸馏过程中沸点也恒定不变，无法通过蒸馏的方法分离两组分。
恒沸点和恒沸混合物的组成还和外压有关，因此在不同外压条件下实验时所得双液系的相图也不尽相同，通常压力变化不大时恒沸点和恒沸混合物的组成的变化也不大，在未注明压力时一般均指外压为101.325kPa。
图4.1 具有最低恒沸点体系相图示意图本实验采用回流冷凝法测定环己烷——乙醇溶液在不同组成时的沸点。
由于液体沸腾时易发生过热现象，同时气相又易出现分馏效应，因此沸点的准确测定不易。
本实验所用的沸点仪如图 4.2所示，称为奥斯默沸点仪，它是一支带有回流冷凝管的长颈圆底烧瓶，加热用的电热丝直接浸在溶液中，这样可以减少溶液的过热现象和防止暴沸。
冷凝管的底部有一个小球泡用以收集冷凝下来的气相样品，由于分馏作用会使获得的气相样品的组成与气液平衡时的气相组成发生偏差，为此须在吹制沸点仪时尽量缩短小球泡与烧瓶间的距离以减少分馏作用。
04 双液系的气-液平衡相图的绘制
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、预习要求1.理解分馏原理，了解影响双液系气-液平衡的因素。
2.熟悉阿贝折光仪的使用方法，了解折射率与物系组成的关系。
3.掌握如何由实验数据绘制t x -相图的方法。
三、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 。
y 1l 1t 1g B x l B x A B t/℃（a ）气液t/℃A B B x →（b ）t/ ℃气液A B B x →（c ）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，并分别测定气相图。
(馏出物)与液相(蒸馏液)的组成，就能绘出此t x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。
四、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）。
双液系气液平衡相图-学生用
冷凝液蒸汽RP 物理化学实验环己烷—乙醇恒压气液平衡相图绘制一、实验目的 1、 测定常压下环己烷-乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制101325Pa 下的沸点-组成的相图。
2、 掌握阿贝折射仪的原理和使用方法。
3、 掌握水银温度计与大气压力计的校正与使用方法。
二、实验原理液体混合物中各组分在同一温度下具有不同的挥发能力。
因而，经过气液间相变达到平衡后，各组分在气、液两相中的浓度是不相同的。
根据这个特点，使二元混合物在精馏塔中进行反复蒸馏，就可分离得到各纯组分。
为了得到预期的分离效果，设计精馏装置必须掌握精确的气液平衡数据，也就是平衡时的气、液两相的组成与温度、压力间的依赖关系。
大量工业上重要的系统的平衡数据，很难由理论计算，必须由实验直接测定，即在恒压（或恒温）下测定平衡的蒸汽与液体的各组分。
其中，恒压数据应用更广，测定方法也较简便。
恒压测定方法有多种，以循环法最普遍。
循环法原理的示意图见图1。
在沸腾器P 中盛有一定组成的二元溶液，在恒压下加热。
液体沸腾后，逸出的蒸汽经完全冷凝后流入收集器R 。
达一定数量后逸流，经回流管流回到P 。
由于气相中的组成与液相中不同，所以随着沸腾过程的进行，P 、R 两容器中的组成不断改变，直至达到平衡时，气、液两相的组成也保持恒定。
分别从R 、P 中取样进行分析，即得出平衡温度下气相和液相的组成。
图 1 循环法原理示意图 图 2 在最低恒沸点的二元气液平衡相图本实验测定的恒压下环己烷-乙醇二元气液平衡相图，如图2所示。
图中横坐标表示二元系的组成（以B 的摩尔分数表示），纵坐标为温度。
显然曲线的两个端点*A t 、*B t 即指在恒压下纯A 与纯B 的沸点。
若溶液原始的组成为0x ，当它沸腾达到汽液平衡的温度为1t 时，其平衡汽液相组成分别为1y 与1x 。
用不同组成的溶液进行测定，可得一系列t −x −y 数据，据此画出一张由液相线与气相线组成的完整相图。
图2的特点是当系统组成为e x 时，沸腾温度为e t ，平衡的气相组成与液相组成相同。
二元液系气液平衡相图数据处理
建立新表
Page 12
增加列
Page 13
增加列 / 填写数据并设置列值
Page 14
Page 15
填写数据并设置列值
Page 16
拷贝程序算的的数据到book1/Find x from y
Page 17
回到book1
Page 18
粘贴数据让程序算出质量分数
Page 19
拷贝质量分数值
Page 20
Page 21
粘贴质量分数到book2相应列
Page 22
Page 23
设置摩尔分数列值
Page 24
设置摩尔分数列值
Page 25
和气相数据处理方法一样设置液相
Page 26
建立新表增加列并把book2相应数据拷贝过来
Page 27
对表数据进行排列
Page 28
设置第二列为X
Page 29
作点线图
Page 30
增加液相点线图
Page 31
设置不同图样加以区分
Page 32
对曲线进行平滑（B-Spine）
Page 33
设置图样说明
Page 34
设置图样说明
Page 35
找出最低恒沸点
Page 36
标识最低恒沸点相应数据
Page 37
设置数据范围x（0 ~ 1）
五邑大学化工系
二元液系气液平衡相图数据处理
工作曲线 / 标准曲线
Page 2
线性拟合处理
Page 3
Page 4
工作曲线 / 标准曲线：设置Find x/y
Page 5PagFra bibliotek 6双击线条设置边框
二组分系统气液平衡相图的绘制(含数据)
二组分系统气液平衡相图的绘制一实验目的1.确定不同组成的环己烷——乙醇溶液的沸点及气、液两相的平衡浓度，由此绘制其沸点组成图。
2.掌握阿贝折射仪的原理及使用方法。
二实验原理本实验用回流冷凝法测定不同浓度的环己烷——乙醇溶液的沸点和气、液两相的组成，从而绘制T----x图。
下图为环己烷——乙醇的沸点组成图的大致形状，ADC和BEC为气相线，AD´C和BE´C 为液相线。
体系总组成为x的溶液开始沸腾时，气象组成为y ，继续蒸馏，气相量增加，液相量减少（总量不变），溶液温度上升，回流作用，控制了两相的量一定，沸点一定。
此时，气相组成为y´，与其平衡的液相组成为x´，体系的平衡沸点为t沸，此时气液两相服从杠杆原理。
当压力一定时，对两相共存区进行相律分析：独立组分K=2，相数P=2，则自由度f=K－P＋1=2－2＋1=1即有，体系温度一定，则气液两相成分确定。
总量一定时，亮相的量也一定。
在一实验装置中，控制气液两相的相对量一定，使体系温度一定，则气液组成一定。
用精密温度计可以测出平衡温度，取出气液两相样品测定其折射率可以求出其组成。
折射率和组成有一一对应关系，可以通过测定仪系列已知组成的样品折射率，绘出工作曲线。
测出样品就可以从工作曲线上找到未知样品的组成。
三仪器与药品仪器：阿贝折射仪、超级恒温槽、蒸馏瓶、调压变压器、1/10℃刻度温度计、25ml移液管一支、5ml、10ml移液管各两支、锥形瓶四个、滴管若干支药品：环己烷、乙醇、丙酮四实验步骤1.工作曲线的测定把超级恒温槽调至25℃，连接好恒温槽与阿贝折射仪，使恒温水流经折射仪。
准确配制下列溶液，测定纯环己烷，乙醇和下列溶液的折射率，并测定溶液温度。
环己烷 1 2 3 4ml乙醇 4 3 2 1ml2.测定环己烷的沸点按图装好仪器，调压变压器调至最小，将25ml苯加入蒸馏瓶，打开冷凝水，接通电源，缓慢增加电压，加压至12～16V，加压至液体沸腾使，记下温度稳定值。
13 实验五 二元液体溶液的气—液平衡相图
实验五 二元液态混合物的气-液平衡相图【目的要求】1．实验测定并绘制环己烷-乙醇体系的沸点组成（T -x ）图，确定其恒沸点及恒沸混合物的组成。
2．了解测量折光率的原理，掌握阿贝折光仪的使用方法。
【实验原理】两种液体能在任意浓度范围内完全相溶的体系称完全互溶的双液体系。
根据相律：f =K Φ+2式中：f 为体系的自由度；K 为体系中的组分数；Φ为体系中的相数；2是指压力和温度两个变量。
对于定压下的二组分液态混合物，相律可表示为：f =3-Φ。
在大气压力下，液体的蒸气压和外压相等时，平衡温度即为沸点。
对于完全互溶的双液体系，当气液两相平衡时Φ=2，f =1。
完全互溶的双液体系在定压下并没有固定的沸点，为一沸程，并且是和溶液的组成有关的，即T 是x 的函数。
完全互溶的双液体系，由于两种液体的蒸气压不同，溶液上方的气相组成和液相组成是不相同的，测定溶液的沸点和溶液在沸点时的气相和液相的组成，可绘制出溶液的气-液平衡相图，即溶液的沸点与组成关系图，T -x -y 图。
完全互溶的双液体系，T -x -y 图可分三类：如图5-1所示。
图5-1(1)是理想液态混合物和偏离拉乌尔定律较小的体系的T -x -y 相图；图5-1(2)是对拉乌尔定律有较大正偏差的体系；图5-1(3)是对拉乌尔定律有较大负偏差的体系。
在图5-1(2)和图5-1(3)中，由于偏离拉乌尔定律较大以致在T -x -y 图上分别出现了最低点和最高点，在最低点和最高点上，液态混合物的气相组成和液相组成相同，这种组成的液态混合物称为恒沸混合物，在最高点和最低点上时液态混合物的沸点称为恒沸点。
将一定组成的环已烷-乙醇混合物在特制的蒸馏器中进行蒸馏。
当温度保持不变时，即表示气、液两相己达平衡，记下沸点温度，并测定沸点时气相（冷凝液）和液相的组成，Fig.5-1 二组分完全互溶双液体系的T -x -y 相图 (1)理想或近似理想的体系 (2)有最低恒沸点的体系 (3)有最高恒沸点的体系 Fig.5-1 Phase diagram for mixture of binary liquid(1)Ideal mixture (2)With minimum aezotropic point (3) With maximum aezotropic 液相Liquid 气相Gas T B x B (y B ) (3) M A B液相Liquid气相Gas T A T B x B (y B ) T (1) AB 液相Liquid 气相Gas T A T Bx B (y B ) (2) M A B T A图5-2 沸点仪示意图 1.温度计；2.接加热器；3.加液口；4.电热丝连接点；5.电热丝；6.分馏液；7.分馏液取样口 Fig.5-2 The sketch of ebulliometer 1.thermometer;2. connection pole;3. inlet orifice; 4. connection point of heater with wire;5.heater; 6. fractional liquid;7. sampling orifice 即可得到一组T -x -y 数据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二元气液平衡相图的绘制
一、 实验目的：
1、 定不同组成的环己烷—乙醇溶液的沸点及气、液两相的平衡浓度，由此绘
制其沸点—组成图。
2、 握爱贝斯折射仪的原理及使用方法。
二、 实验原理：
了解二元溶液的沸点—组成图，对两组分的分离—精馏有 指导意义。
本实验室用回流冷凝法测定不同浓度的环己烷—乙醇溶液的沸点和气、液两相的组成，从而绘制T-x 图。
图1为环己烷—乙醇的沸点—组成的大致形状，ADC 和BEC 为气相线，AD ’C 和DE ’C 为液相线。
他们表明了沸点和气、液组成个关系。
当体系总组成为x 的溶液开始沸腾时，气象组成为y ，继续蒸馏，则气相量增加，液相量相应减少（总量不变），溶液温度上升，由于回流作用，控制了两相的量为一定，其沸点也为一定，此时气相组成为y ’，与其平衡的液相组成为x ’，体系的平衡沸点为t 沸，此时气液两相的量服从杠杆原理。
当压力一定时，对两项共存区进行相律分析：独立组分数K=2，相数P=2，所以自由度f=K-P+1=2-2+1=1
这说明，若体系温度一定，气、液两相成分就已确定，当总量一定时由杠杆原理可知，
两相的量也一定，反之，在一定实验装置汇总，用利用回流的方法，控制气液两相的相对量为一定，使体系的温度一定，则气液组成一定。
用精密温度计可以测出平衡温度，取出气液两相样品测定其折射率可以求出其组成。
因为折射率和组成由一一对应的关系，则可以通过测定仪系列一直组成的样品折射率，会出工作曲线即折射率—组成曲线。
这样，只要测出样品的折射率就可从工作曲线上找到未知样品的组成。
三、 仪器和药品
仪器：阿贝折射仪、超级恒温槽、蒸馏瓶、调压变压器、1/10°C 刻度温度计、25ml 移液管一支、5ml 、10ml 移液管各两支、锥形瓶四个、滴管若干支。
药品：环己烷、乙醇、丙酮。
四、实验步骤
t/℃ 图6—1 沸点—组成图
1、工作曲线的测定
把超级恒温槽调至25°C，用橡皮
管连接好恒温槽与阿贝折射仪，使
恒温水流经折射仪。
准确配置下列
溶液，测定纯
环己烷，乙醇和下列溶液的折射
率，并测定溶液温度。
2、测定环己烷的沸点
按图装好仪器，先把调压变压器调至电压最小，将25ml苯加入蒸馏瓶内，打开冷凝水，接通电源，缓慢增加电压，加压至12-16V，加热至液体沸腾时，记下温度稳定值。
3、停止加热，按下列次序加入乙醇
每次甲烷后，测其非典及气、液两相的折射率1ml 2ml 4ml 5ml 7ml 乙醇可以从支管加入，要沸腾较长一段时间后才能达到平衡，当温度稳定不变后，记下温度值。
停止加热，立即取出小槽中的气相样品测其折射率，接着测定液相折射率，测定要点是先气相后液相。
4、做完上述试验后，拔下电源插头，回收母液，再用电吹风吹干沸点仪，加入25ml乙醇，测其沸点，按下列次序加入环己烷，分别测其沸点及气、液两相的折射率，然后拔下电源插头，一切恢复原状。
1ml 3ml 5ml 7ml 7 ml
四、数据记录
1.计算出标准溶液的质量百分数 做出折射率——组成图 即工作曲线。
由附表可知 乙醇的密度为0.7902g/ml 环己烷的密度为0.7836g/ml。
所以 环己烷%=v环己烷*p环己烷/(V环己烷*P环己烷+V乙醇*P乙醇)
六 关键操作和注意事项
1.由于蒸馏瓶中的气相外壁处在室温下 气相有精馏作用。
即高度不同 气相成分不同 在接近液面的气相组成比较正确 因此冷凝管的进气管应当尽量的低 或者下段气相加以保温。
盛气相样品的小槽有0.5ml已够 则可较快达到平衡。
但操作时 液面也不可过高 加热不可过猛 以免液沫进入气相样品中。
2. 阿贝折射仪使用经验
1）明暗分界线从上和从下趋向十字交点 其数值常不一致。
取两者的平均值 或所有测定 连同校准都从一个方向趋向十字交点 即可消除此项误差。
2）丙酮或其他易挥发性液体从棱镜上挥发后 棱镜温度有所降低 因此棱镜干燥后要和上一段时间或者样品加好后过一会再测。
3)由于气相样品 冷凝管 挥发性较大 量少 蒸发面大 只有在停止加热后迅速取样测定 才能气相组成的正确性。
至于液相 因为量多 挥发性小 很少发生不正常情况 故可从容测定。
4)用滴管取样 注意滴管的倾斜度 不要让样品流入橡皮帽。
七 思考与讨论
1.绘制工作曲线的目的是什么
答 绘制工作曲线的目的是为了确定环己烷和乙醇不同质量比的条件下的折射率 好为沸点——组成图和找出最低恒沸点打基础。
2.每次加入乙醇及环己烷的量是否要求准确
答 每次加入乙醇和环己烷的量可以不是很准确。
3.实验测得的沸点与标准大气压的沸点是否一致
答 实验测得的沸点与标准大气压的沸点不一致。