二组分体系气-液平衡相图
实验七 双液系气液平衡相图的测绘
实验七、双液系气—液平衡相图的测绘专业：11化学姓名：赖煊荣座号：32 同组人：黄音彬时间：2013.12. 3Ⅰ、目的要求1．测定相应组成时的沸点并制作常压下环已烷—无水乙醇双液系的平衡相图。
2．从沸点组成图了解分馏原理。
3．了解沸点的测定技术，掌握两组分液体沸点的测定方法。
4．掌握折光率与组成的关系及阿贝折光仪的使用方法。
Ⅱ、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。
两个组分若能按任意比例互相溶解，称完全互溶双液系。
液体的沸点是指液体的蒸气压与外压相等时的温度。
在一定的外压下，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。
根据相律：自由度=组分数-相数+2 。
因此，一个以气—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。
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，则其它两个变量必有相应的确定值。
二、沸点测定仪沸点仪的构造特点满足：正确测定沸点、便于取样分析、防止过热及避免分馏等。
如图2，是一只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。
溶液中事先加入沸石以减少溶液沸腾时的过热现象及防止暴沸。
三、组成分析本实验选用的环已烷和乙醇，两者折光率相差颇大，而折光率测定又只需少量样品，平衡体系两相组成的获得由事先测得的折光率——组成的工作曲线查得。
折光仪的原理及使用详见参考资料。
Ⅲ、仪器与试剂沸点测定仪一套，普通温度计一支、超级恒温器一套（配接触点温度计、温度计各一支），酒精灯一个、铁架台一附、阿贝折光仪一台、长滴管、烧杯、移液管、擦镜纸等。
环已烷（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、丙酮（分析纯）、重蒸馏水等。
Ⅳ、实验步骤1．联接超级恒温器与阿贝折光仪。
调节超级恒温器恒温水浴温度为设定温度25℃，与阿贝折光仪温度一致。
双液系气—液平衡相图
双液系气—液平衡相图一、实验目的1.用沸点仪测定在常压下环己烷-乙醇的气液平衡相图。
2.掌握阿贝折射仪的测量原理及使用方法，掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
3.掌握测定双组分液体沸点的方法。
二、实验原理两种液体混合而成的二组分体系称为双液系。
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。
本实验选择一个具有最低恒沸点的环己烷—乙醇体系。
在常压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。
三、实验仪器及试剂沸点测定仪 1个 阿贝折光仪 1台 直流稳压电源 1台 水银温度计 1支玻璃温度计 1支超级恒温水浴 1台长滴管 2支环己烷-乙醇系列溶液:1、以环己烷摩尔分数计为0.05，0.15，0.30，0.45，0.55，0.65，0.80，0.95各50ml2、以环己烷摩尔分数为0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70，0.80，0.90各10ml四、实验步骤绘制标准曲线——安装沸点测定仪——测定沸点——测定平衡的气-液相组成——重复测量其余溶液相平衡1、绘制标准曲线①调节恒温水浴温度，使阿贝折光仪上的温度计读数保持在某一定值。
②分别测定环己烷摩尔分数为0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70，0.80，0.90的九个溶液以及环己烷和乙醇的折光率，每个需重复3次。
③用较大的坐标纸绘制若干条不同温度下的折光率-组成工作曲线。
2、安装沸点测定仪将干燥的沸点测定仪按照片所示安装好。
第四章 相平衡(第三节)
pA
p* A
xA
pB
p* B
xB
p
pA
pB
p* A
xA
p* B
xB
pA* (1
xB)
pB* xB
p pA* ( pB* pA* ) xB
液相线方程
p* A
和
p* B
分别为纯A和B在指定温度时的饱和
蒸气压，p为体系的总蒸气压
液相线特点：过（0，pA*）和（1，pB*）直线
一般由同系物和同分异构体所构成的溶液可 近似视为理想溶液。
2.完全互溶理想溶液的p-x-y相图
（2）气液平衡时气液组成的表示方法
气相组成：yA，yB 液相组成：xA，xB 通常选用易挥发组分B的摩尔分数来表示气液相组成
2.完全互溶理想溶液的p-x-y相图
(3) 气液平衡时p-xB的关系
由拉乌尔定律：
M-N前：气液两相共存
N点：仅剩最后一个液滴
N-F：气相区，压力不断减小
2.完全互溶理想溶液的p-x-y相图
物系点和相点
l
物系点：表示总组成的点
l=g
相点：表示某一项组成的点
g
在单相区，物系点和相点相同； 在气液平衡区，物系点和相点不同。
2.完全互溶理想溶液的p-x-y相图
(7) 杠杆规则 描述达到气液平衡时，气相
§4.3 二组分气液平衡相图
1 二组分体系相图特点 2 完全互溶理想溶液的压力-组成图 3 完全互溶理想溶液的温度-组成图 4 完全互溶非理想溶液的p-x-y相图和T-x-y相图 5 精馏的原理
1.二组分体系相图的特点
对于二组分体系，K=2，f =K-Φ+2=2- Φ +2=4- Φ 。
第5章-两组分系统-液相
1
二组分系统相律
两组分系统的相律可表达为：C=2; =2
f=4－ (1)
f=0, max=4, 最多四相共存。 =1, fmax=3, 需三维图象才能完整描绘系统状态。 二元系统的相图常常固定某因素不变(如温度或压力)， 用二维平面相图表示系统状态的变化情况。 二元系统的相图常为:
T/℃
连接 T-x 图中液相线的各点便 384℃
可得到液相线.
383
373
用类似的方法可以绘制 T-x
图中的气相线，或者用计算的方
363
法也可得到气相线。
353
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 xA
381℃ 373℃ 365℃ 357℃
353.3℃
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 xA
精馏原理
T
B的沸点低, 挥发性较强: yB>xB 将组成为y1的气相收集起来, 并将其冷却至温度T1: 其中将有部分冷凝为液体x2, 与之达平衡的气相组成为 y2, y2>y1. 重复以上过程，气相中B的浓度愈 来愈高，最后可以获得纯的B。 而由液相可以获得纯的A。
A
液相 xB
气相
y1 y2
T1
y3
x2
x3 B
13
精馏原理
实际的工业精馏工 段, 为连续操作，各层的操 作温度相对稳定，溶液 的组成也稳定；
在精馏塔的低温段一般 可以获得纯净的B,在 高 温段,可获得纯净的A。
T
T7 x8 T6 x7
T5
x6
T
T1 T2
y8
x1 x2
T3
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。
化工原理9.2 相平衡关系9.2 两组分溶液的气液平衡
1、相律
根据相律有： f C 2
对于双组分物系的气液平衡：
C2 2 f 2
即双组分物系气、液相平衡的自由度为2 对多组分物系的气、液相平衡的自由度为组分数C
双组分物系的独立变量： 汽相组成 y、液相组成 x、温度 T 、 压力P
继续加热，随温度升高，物系变 为互成平衡的汽液两相，两相温 度相同组成分别为 yA 和 xA 。
t/ C
气相区
露点
两相区
露点线
泡点
泡点线 液相区
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的 气相，最后一滴液相的组成为 xA。
图线说明：
① 曲线 t-x 表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系， 称为饱和液体线或泡点曲线。 ② 曲线t-y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系， 称为饱和蒸气线或露点曲线。 ③ 在t-x 线下方为过冷液相区。 ④ 在t-y 线上方为过热气相区。 ⑤ 在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。
p*A、p*B 取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总
压下液相组成与溶液泡点温度关系。已知溶液的泡 点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液组成也 可算出溶液泡点。
当汽相为理想气体时
yA
pA p总
p*A xA p总
xA
p总 pB* p*A pB*
yA
p*A p总
p总 pB* p*A pB*
（1）正偏差溶液 γi＞ 1 平衡分压高于拉乌尔定律的计算值，泡点下降。
（2）负偏差溶液 γi＜1 平衡分压低于拉乌尔定律的计算值，泡点升高。
二组分气液平衡相图实验报告
二组分气液平衡相图实验报告实验目的，通过实验，掌握二组分气液平衡相图的测定方法和实验技术。
实验原理，在一定温度下，将两种组分的混合物置于容器中，通过调节温度和压力，观察和记录气液相变的情况，最终绘制出气液平衡相图。
实验仪器，实验中所用的仪器有压力计、温度计、气液平衡相图测定装置等。
实验步骤：
1. 将两种组分混合物置于气液平衡相图测定装置中，调节温度和压力；
2. 观察和记录气液相变的情况，包括气液相变的压力和温度值；
3. 根据记录的数据，绘制出气液平衡相图。
实验结果与分析：
通过实验测定和数据处理，得到了二组分气液平衡相图。
在图中，我们可以清晰地看到气相和液相的边界，以及气液相变的压力和温度值。
根据相图的形状和数据分析，我们可以得出一些结论和规律。
实验结论：
1. 随着温度的升高，气相区域逐渐扩大，液相区域逐渐缩小；
2. 随着压力的升高，气相区域逐渐扩大，液相区域逐渐缩小；
3. 在一定温度下，压力越大，气相区域越大，液相区域越小；
4. 在一定压力下，温度越高，气相区域越大，液相区域越小。
实验总结：
通过本次实验，我们掌握了二组分气液平衡相图的测定方法和实验技术，了解了气液相变的规律和特点。
同时，也加深了对相图的理解和应用，为今后的实验和研究工作打下了坚实的基础。
结语：
二组分气液平衡相图实验是化学实验中的重要内容，通过本次实验，我们不仅学会了实验操作技巧，更重要的是对气液平衡相图有了更深入的理解。
希望通过今后的学习和实践，能够更好地运用这些知识，为科学研究和工程应用做出贡献。
两组分溶液的气液平衡
p
0 A
vB pB0
二、相对挥发度：两组分挥发度之比
vA pA xA
vB pB xB
10
1.4 相对挥发度
理想气体： PyA xA yAxB 或 yA xA
PyB xB yB xA
yB
xB
理想溶液：
pA0 pB0
双组分物系：yB=1-yA，xB=1-xA，代入并略去下标得：
y x
MB
aA
xAM A xAM A xBM B
d 混合分子量 M F xAM A xBM B
4
1.2 拉乌尔定律（Raoult’s Law）
理想物系： （1）液相是理想溶液，遵循拉乌尔定律； （2）气相是理想气体，遵循道尔顿分压定律。
当理想溶液的气液两相平衡时，溶液上方组分的 分压与溶液中该组分的摩尔分率成正比，即：
再设泡点温度90℃，算得 x≈0.6
所以，泡点温度为90℃。
yA
p
0 A
P
xA
135 .5 0.6 103
0.79
7
1.3 气液平衡相图
一、t-x-y图 1. 两条线,三个区域
BE — t-x关系，泡点线 DF — t-y关系，露点线 液相区 气液共存区 气相区
2. 杠杆规则
8
1.3 气液平衡相图
温度/℃ 80.1 85.0 90.0 95.0 100.0 105.0 110.6
pA0/kPa 101.3 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 240.0
PB0/kPa 40.0 46.0 54.0 63.3 74.3 86.0 101.3
解：设平衡时泡点温度为95℃，算得 x=0.43
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通过25℃的无水乙醇，折射率应为 n D ＝1.3594（文献值），如果25℃实测值为1.3600，则1.3600－
1.3594=0.0006 表 明 标 尺 零 点 有 正 误 差，应 予 校 正，校 正 值 △ ＝ － 0.0006，实 验 中 每 次 测 定 应 加 上
△，此例为减去0.0006。用环己烷（
n
D 25
＝1.4326）校正零点也是同样。
3．测定乙醇－环己烷溶液不同组成时的沸点及此时（气液平衡）气、液相的组成。待上述无水 乙醇冷却至近于室温或不烫手时，加1.5ml环己烷至无水乙醇中，测定沸点并测沸腾时气、液组成。 再 依 次 加 入 环 己 烷 2.0、2.0、8.0、10.0、10.0、10.0ml 至 无 水 乙 醇 中，分 别 测 其 沸 点 和 气、液 相 组 成。
file://E:\whsy\whsy05.htm
2008-4-22
二组分体系气-液平衡相图
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五．数据处理
1．根据沸点数据以及从折射率－组成曲线内插得到气液组成；
乙醇－环己烷溶液不同组成的沸点及气、液组成
加入量
T
n液
n气
液相组成
气相组成
20ml乙醇 加1。5环己烷 加2.0环己烷 加2.0环己烷 加8.0环己烷 加10.0环己烷 加10.0环己烷 加10.0环己烷
4．同法测定环己烷－乙醇不同组成的沸点及其相应的气、液组成。在沸点仪先加入25ml环己 烷，测定沸点，然后依次加入无水乙醇0.5、0.5、0.5、1.0、1.0、2.0、5.0ml，分别测定沸点和气、 液组成。
判断沸点的准则：温度计汞柱上升明显变缓；液体发生大量气泡；蒸汽冷凝得到的液体很快充 满支管。此时一手握住台架，一手扶好台架底座，倾斜沸点仪，将支管中冷凝液倒回液体中（此步 骤简称“回流”），，立即读温度计示值，反复回流数次待温度计示值稳定，就是沸点。
file://E:\whsy\whsy05.ht 沸点仪
图三 乙醇－环己烷体系折射率－组成标准曲线图
这样，一个纵坐标（沸点值）对应两个横坐标（气相和液相组成），如图中的X……X，；连接 各点画出气相线和液相线，以纯乙醇、纯环己烷和共沸物为端点连成封闭曲线。
三．仪器与试剂
沸点仪1套；2KVA0～250V自耦调压变压器1台；温度计1支；阿贝折光仪1台；试管与滴管；无 水乙醇（二级）；环己烷（二级）。
二组分体系气-液平衡相图
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二组分体系气-液平衡相图
一．实验目的
1．根据实验数据绘制恒压下二组分体系的气液相图，理解相图中点、线、面的意义，理解组 分、相和自由度的概念；
2．了解和掌握折射仪的原理和使用方法。
二．实验原理
乙醇和环己烷完全互溶，溶液性质与理想溶液相差甚远。相图如图一所示，纵坐标为温度，横 坐标为环己烷的摩尔分数。标准大气压（101.325kPa）下纯乙醇（横坐标为0）和环己烷（横坐标 100％）的沸点分别为78.6和81.5℃。气相线上方为气态，液相线下方为液态，气相线和液相线之间 为气液平衡，二线之交点为最低恒沸点混合物，标准大气压下共沸物的沸点和组成是64.8℃、57％ （环己烷摩尔分数）。
参考文献：
［1］周怀申，韩世钧，《化学工程》，5,21（1980）。 ［2］F. Daniels, R. Albert, J. W. Williams, C. D. Cornwell, P. Bender, J. E. Harriman, Experimental Physical Chemistry, 7th edn., McGraw-Hill Inc., New York(1975)。 ［3］傅献彩，沈文霞，姚天扬编，《物理化学》，上册，第四版，高等教育出版社（1990）。 ［4］顾菡珍、叶于浦，相平衡和相图基础，北京大学出版社（1991）。
图一 环己烷－乙醇体系的温度－组成相图
二组分气液相图作法如下：用沸点仪（图二）测定乙醇－环己烷各种组成的沸点，用折射仪测 定沸点时气相冷凝液和液相的折射率，根据折射率－组成的标准曲线（图三）用内插法求出气相组 成和液相组成。
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二组分体系气-液平衡相图
四．实验步骤
1．测定纯液体（以乙醇为例）的沸点：自沸点仪支管加入20ml无水乙醇。塞紧瓶塞，将加热 丝浸没在液体中，调节温度计水银球一半浸在液体里，一半露于蒸汽中。开启冷凝水，接通电源， 调节变压器电压自零开始缓缓增大（不要超过20V），液体受热升温，加热丝附近气泡逐渐增多， 温度计汞柱上升至稳定值，就是沸点，读准至0.1℃。
环己烷－乙醇溶液不同组成的沸点及气、液组成
加入量
T
n液
n气
液相组成
气相组成
25ml环己烷
加0.5乙醇
加0.5乙醇
加0.5乙醇
加1.0乙醇
加1.0乙醇
加2.0乙醇
加5.0乙醇
2．画出乙醇－环己烷气液相图。如果时间不够，每组可画出相图的一半。
六．思考题
1.实验时，若所吸取的蒸气冷凝试样挥发掉了，是否需要重新配制溶液？ 2.沸点仪中盛气相冷凝液的小球体积过大或过小对测量有何影响？ 3.该体系用普通蒸馏办法能同时得到两种纯组分吗？为什么？