二元溶液的相平衡图
实验D-7二元液系相图-基础化学实验中心
实验D-5 溶液的二元液系T-X图实验目的1.采用回流冷凝法测定不同浓度的二元液系的沸点和气液两相组成，绘制其沸点∽组成(t∽X)图（包括液体折射率工作曲线的绘制），并描述其相图特征，找出其恒沸点温度与组成。
2.用阿贝折光仪测量液体和蒸汽的组成。
了解液体折光率的测量原理和方法。
实验原理一个完全互溶双液体系的沸点∽组成图，表明在气液两相平衡时，沸点与气液两相组成的关系；它对于了解这一体系的性质及精馏过程都有很大的实用价值．在恒压下完全互溶的双液体系T∽X有下列三种情况：1．所有组成溶液沸点介于二纯组分沸点之间，如苯与甲苯(图D5-1A)。
2．有最高恒沸点，如卤化氢和水(图D5-1B)。
3．有最低恒沸点，如苯和乙醇(图D5-1C)。
A B C图D5-1 二元液系相图在图D5-1A中，A'LB'代表液相线，A'VB'代表气相线，等温水平线与气相线和液相线的交点分别代表在该温度时相互成平衡的气相和液相的组成．在图D5-1c中，绘制沸点∽组成图的原理说明如下：当总组成为X的溶液加热时，体系的温度沿着虚线上升，当温度达到T时(即和液相线相交时)溶液开始沸腾，此时平衡的气相组成为yV ，液相组成为X.温度升至Ti，气相组成为yi，液相组成为xi，在此相区f＝C - P + 2式中：f为自由度；P为相数；C为组分数。
在本实验中C＝2，在二相区(气、液二相)，P ＝ 2，∴f＝2，由于压力指定(实验在恒压下进行)所以在二相区内f＝l，因此，若指定温度则气液相浓度就不可改变，此时气、液两相的相对量亦不可变(服从杠杆原理);反之，若指定了气液相的相对量从而气液相组成一定，则沸点也确定了。
本实验采用后者使用Ellis平衡蒸馏仪利用回流方法保持气液两相相对量一定，测定平衡时的沸点，并分别收集气相冷凝液和液相的样品，用化学方法或物理方法分析其组成，这样在T—X图上可找到此沸点T1时互成平衡的液相组成Xl和气相组成yl。
二元气液平衡数据的测定
实验三 二元气液平衡数据的测定一、实验目的1．测定甲醇—乙醇二元体系在常压下的气液平衡数据，绘制相图。
2．通过实验了解平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。
3．掌握气相色谱仪的操作。
4．应用Wilson 方程关联实验数据。
二、实验原理气液平衡数据是化学工业发展新产品、开发新工艺、减少能耗、进行三废处理的重要基础数据之一。
化工生产中的蒸馏和吸收等分离过程设备的设计、改造以及对最佳工艺条件的选择，都需要精确可靠的气液平衡数据。
化工生产过程均涉及相间物质传递，故气液平衡数据的重要性是显而易见的。
随着化工生产的不断发展，现有气液平衡数据远不能满足需要。
许多物系的平衡数据，很难由理论直接计算得到，必须由实验测定。
相平衡研究的经典方法是首先测定少量的实验数据，然后选择合适的模型关联，进而计算平衡曲线；这其中，最常用到的是状态方程法和活度系数法。
气液平衡数据实验测定方法有两类，即间接法和直接法。
直接法中有静态法、流动法和循环法等。
其中以循环法应用最为广泛。
若要测得准确的气液平衡数据，平衡釜的选择是关键。
现已采用的平衡釜形式有多种，且各有特点，应根据待测物系的特征，选择适当的釜型。
平衡釜的选择原则是易于建立平衡、样品用量少、平衡温度测定准确、气相中不夹带液滴、液相不返混及不易爆沸等。
用常规的平衡釜测定平衡数据，需样品量多，测定时间长。
本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，釜内液体和气体分别形成循环系统，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快。
以循环法测定气液平衡数据的平衡釜类型虽多，但基本原理相同，如图1所示。
当体系达到平衡时，两个容器的组成不随时间变化，这时从A 和B 两容器中取样分析，即可得到一组平衡数据。
当达到平衡时，两相的压力、温度、化学位、逸度相等，其热力学基本关系为：V i L i f f = （1）s φγ=i i i i Py P x （2）常压下，气相可视为理想气体， i =1；忽略压力对液体逸度的影响， i = 0 i 从而得出低压下气液平衡关系式为：i i i i Py γP x =s（3）式中—体系压力（总压）；P s i —纯组分i 在平衡温度下饱和蒸气压，可用安托尼（Antoine ）公式计算； i 、 i —分别为组分i 在液相和气相中的摩尔分率； i —组分i 的活度系数。
二元溶液的相平衡图
（3）h- x(或w)图
利用T- x描绘出， 反映了过程的热量进出
h q1 (1 xB )hA xBhB
h q1 (1 xB )hA xB hB
• 特点 1. 饱和线不相交
在横坐标端点处蒸气与液体的比焓差 分别为两个纯组分的汽化潜热 2. 等温线不平行 从x＝0起，等温线的斜率先减小，然 后增大(在横坐标的两个端点等温线同 纵坐标重合)
4.3 二元溶液相平衡图
Nc 2, N p 2 则N f 2
• 两个变量，平面图表示•Leabharlann 有： p- x(或w)图•
T- x(或w)图
•
h- x(或w) 图
（1）p- x(或w)图
• 同一压力下，气相中浓度与 液相中浓度不一样，饱和蒸 汽压高的物质，气相中浓度 高
• 混合物饱和气压与浓度有关
（2）T- x(或w)图
h q1 (1 xB )hA xBhB
不同压力下的h- x(或w)图 利用T- x描绘出， 反映了过程的热量进出
• 特点 1. 饱和线不相交 2. 等温线不平行 3. 压力升高饱和线上移
• 同一压力下，气相中浓度与 液相中浓度不一样，饱和蒸 汽压高(沸点低)的物质，气 相中浓度高
• 混合物饱和气压与浓度有关
• 不同压力下的T- x(或w)图
➢气、液相中浓度不同 ➢x为一定浓度时， 溶液相变温度有两个， 分别为露点TD 和泡点TB 介于两物质的饱和温度 之间 ➢压力越高，气液浓度 差变小
二元相图
实验二异丙醇——环己烷体系的气——液平衡相图一、目的1. 在常压下测定一完全互溶双液系在不同组成时的沸点和气液两相平衡时的组成并作出沸点——组成相图。
2. 了解沸点的测定方法。
3. 用阿贝折光仪测量液相和气相的组成，了解液体折光率的测定原理和方法。
二、原理两种在常温时为液体的物质混合起来而成的二组分体系称为双液系，两液体若能按任意比例互相溶解，称完全互溶双液系；若只能在一定比例范围内互溶，则称为部分互溶双液系。
例如异丙醇、环己烷双液系；丙酮、氯仿双液系；乙醇、水双液系都是完全互溶双液系，苯、水双液系是部分互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度。
在一定的外压下，纯液体的沸点有确定的值。
但对双液系，沸点不仅是与外压有关，而且还和双液系的组成有关，即和双液系中两种液体的相对含量有关。
由两种挥发性液体所构成的溶液与气相呈平衡时，气相组成与液相组成经常不同，亦即在恒压下将该溶液蒸馏，馏出液和母液组成不同。
对理想溶液，每一组分在气相中所占的分压P B等于该纯组分的饱和蒸发压P B与液相中该组分之摩尔分数的乘积，此即拉乌尔定律的数学表达式：P B=P B X B。
对大多数实际溶液由于两种液体分子的相互影响，与拉乌尔定律发生很大的偏差，原因是在两种组分之间存在着化学反应的趋势或者发生缔合，致使溶液的挥发性变小，另外有些物质组成溶液后使缔合度变小，溶液的挥发度增大，在这些实际溶液沸点组成曲线上便出现了最高或最低点，其液相曲线与气相曲线相交于一点，即两相组分相同，再继续蒸馏，只是使气相的总量增加而溶液的组成及沸点均不改变，这溶液称为恒沸混合物。
本实验研究由异丙醇——环己烷按不同比例组成的溶液，在蒸馏过程中，当达到一定沸点时，分别取出馏出液和母液试样，用物理方法，测其折光率分析其组成，尔后t-x相图。
折光率是一个物质的特征数值，溶液的折光率与组成有关，因此在一定温度下测定一系列已知浓度溶液的折光率，作出该溶液折光率——组成工作曲线，就可按内插法得到这种未知溶液的组成。
物理化学实验二 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。
双液系的气液平衡相图
一、目的要求1．用沸点仪测定在一大气压下乙醇及环己烷双液系的气液平衡时气相与液相的组成及平衡温度，绘制温度-组成图，并找出恒沸混合物的组成及恒沸点的温度。
2．学会阿贝折光仪的使用。
二、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，则称部分互溶双液系。
双液系的气液平衡相图T-x图可分为三类，见图5-1。
例如图x，液相组成点x。
无水乙醇(ml)1234环己烷(ml)43213．用阿贝折光仪测标准溶液以及纯乙醇、纯环己烷的折射率。
4．测定体系的沸点及气液两相的折射率。
测定方法如下：将一配制好的样品注入沸点仪中，液体量应盖过加热丝，处在温度计水银球的中部，旋开冷凝水，接通电源，电压不能超过规定电压，否则会烧断加热丝。
当液体沸腾、温度稳定后，记下沸腾温度及环境温度，并停止加热。
分别用滴管吸取气相及液相的液体用阿贝折光仪测其折射率，每份样品读数二次取平均值。
测定完之后，将沸点仪中的溶液倒回原试剂瓶中，换另一种样品按上述操作进行测定。
五、注意事项1．沸点仪中没有装人溶液之前绝对不能通电加热，如果没有溶液，通电加热丝后沸点仪会炸裂。
2．一定要在停止通电加热之后，方可取样进行分析。
3．使用阿贝折光仪时，棱镜上不能触及硬物（滴管），用擦镜纸擦镜面。
六、数据处理1．将标准溶液的体积百分数按式(5-1)换算成重量百分数，然后以重量百分数对折射作图。
W%=×100%(5-1)式中V1、D1分别代表乙醇的体积及比重，乙醇的比重在20℃为0.7893；V2、D2分别代表环己烷的体积及比重，环己烷的比重在20℃时为0.7791。
2．沸点校正，由于温度计的水银柱未全部浸人待测温度的区域内而须进行露茎校正。
校正公式D t露＝K·n·（t测一t环） (5-2)式中K=0.00016，n为露出于被测体系之外的水银柱长度，t测为测量温度计上的读数，t环为环境温度。
物理化学实验二元液系的气液平衡相图
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t/℃图6—1 沸点—组成图液，测定纯环己烷，乙醇和下列溶液的折射率，并测定溶液温度。
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。
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• 混合物饱和气压与浓度有关
• 不同压力下的T- x(或w)图
➢气、液相中浓度不同 ➢x为一定浓度时， 溶液相变温度有两个， 分别为露点TD 和泡点TB 介于两物质的饱和温度 之间 ➢压力越高，气液浓度 差变小
（3）h- x(或w)图
利用T- x描绘出， 反映了过程的热量进出
h q1 (1 xB )hA xBhB
h q1 (1 xB )hA xB hB
• 特点 1. 饱和线不相交
在横坐标端点处蒸气与液体的比焓差 分别为两个纯组分的汽化潜热 2. 等温线不平行 从x＝0起，等温线的斜率先减小，然 后增大(在横坐标的两个端点等温线同 纵坐标重合)
h q1 (1 xB )hA xBhB
不同压力下的h- x(或w)图 利用T- x描绘出， 反映了过程的热量进出
• 特点 1. 饱和线不相交 2. 等温线不平行 3. 压 2 则N f 2
• 两个变量，平面图表示
• 有： p- x(或w)图
•
T- x(或w)图
•
h- x(或w) 图
（1）p- x(或w)图
• 同一压力下，气相中浓度与 液相中浓度不一样，饱和蒸 汽压高的物质，气相中浓度 高
• 混合物饱和气压与浓度有关
（2）T- x(或w)图