双液系气液相图的绘制

一、实验目的

1. 绘制苯—乙醇双液系的沸点—组成气液平衡相图，了解和巩固相图、相律的基本概念，确定苯—乙醇双液系恒沸组成及恒沸温度。 2. 掌握阿贝折光仪的原理及使用方法。 3. 掌握沸点的测定方法。

二、实验原理

两种液态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构成完全互溶体系时，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，沸点与两组分的相对含量有关。我们把一定压力下，双液系的沸点与组成的T-x关系图称为相图。一般有下列三种情况：

t / oCtBt / oCtBtAtBxB(b)tAAtAxB(a)BAx't / oCBAxB(c)x'B图III-7-1 完全互溶双液系的沸点—组成图

1. 混合物的沸点介于两种纯组分之间（如图III-7-1(a)） 2. 混合物存在着最高沸点（图III-7-1(b)） 3. 混合物存在着最低沸点（图III-7-1(c)） 对于后两种情况，为具有恒沸点的双液系相图。它们在最低或最高恒沸点时的气相和液相组成相同。因而不能象第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离，只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。为了测定双液系的T-x图，需在气液平衡后，同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。实验中气液平衡组分的分离是通过沸点仪实现的，而各相组成的准确测定是通过阿贝折光仪测量折射率进行的。

本实验测定的苯—乙醇双液系相图属于具有最低恒沸点一类的体系。方法是利用沸点仪（图III-7-2）直接测定一系列不同组成混合物的气液平衡温度（沸点），并收集少量气相和液相冷凝液，分别用阿贝折光率仪测定其折射率，然后根据折射率与样品浓度之间的工作曲线，查得所对应的气相、液相组成。

沸点仪有多种，各自有各自的特点，但主要是达到测量沸点和分离平衡时气相和液相的

目的。本实验使用的沸点仪是一只带有回流冷凝管的长径圆底蒸馏瓶。冷凝管底部有一凹形小槽，可收集少量冷凝的气相样品。通入的电流先经过变压器调压后，再通过浸没在溶液中的电热丝对溶液加热，这样可防止暴沸和过热现象。

三、实验仪器及试剂

沸点测定仪 1套 阿贝折光仪（包括恒温装置） 1套 长、短吸管 各15支 调压器 1台 温度计（50-100 C, 1/10 C） 1支

（0-50 C，1/10 C） 1支 量桶（100 ml） 1个 烧杯 （500 ml） 1 个 苯 (A. R.)

苯-乙醇混合液（30%） 苯-乙醇混合液（50%） 苯-乙醇混合液（80%） 苯-乙醇混合液 （5—95%） 10个 图III-7-2 沸点仪的结构图 冰 1.温度计；2.加样口；3.电热丝；4. 气相

四：实验步骤

冷凝液取样口；5凹形小槽

1. 标准曲线的绘制

先将阿贝折光仪的恒温装置控制在一特定温度（如25 C，也可根据室温进行选择）。然后用阿贝折光仪测定苯、乙醇以及已知准确浓度（乙醇含量分别为30%，50%, 80%）的苯-—乙醇混合液的折射率，作折射率-组成的关系曲线。 2. 按照图III-7-2所示安装好仪器。要注意电热丝以及电热丝连线的接点应完全浸没在液体

内；温度计的水银球应一半没在待测液里，但不能和电热丝相接触。 3. 溶液沸点及气相、液相组成的测定

分别测定体积百分比为5%、15%、25%、35%、45%、55%、65%、75%、85%、95%的苯-乙醇混合物在沸点下的气相、液相组成。测定方法为：取25毫升溶液，置于沸点仪之蒸馏瓶内，接通冷凝水，通电并缓慢调节变压器使液体加热至沸腾，控制蒸汽在冷凝管回流高度为2厘米左右。观察温度计的变化，待温度计稳定后，再维持3-5分钟，以使体系达到平衡。在这个过程中，应不时地将充满冷凝管下部凹槽内的气相冷凝液倾倒入蒸馏瓶中。待平衡建立后，记下温度计的读数，进行露径校正并记录大气压。将变压器电压调为零，停止加热。用盛有冰水混合物的烧杯浸没烧瓶，待充分冷却后，用干燥、洁净的吸管分别从冷凝管上端和蒸馏瓶支管处取气相和液相冷凝液，用阿贝折光仪测定其折射率。每个样品测定三次，取其平均值。将蒸馏瓶内的溶液倒入回收瓶。按上述步骤完成其它组成的沸点以及气相和液相的折射率测定。

四、数据记录和处理

1. 将实验数据记录于表中。 室温： 大气压：

表III-7-1 苯—乙醇折射率与组成 乙醇 折射率 0 % 30 % 50 % 80 ％ 100 ％ 表III-7-2 苯－乙醇混合物的沸点、折射率及组成 组成(乙醇) 压力校正 沸点 露径校正 测量沸点 校正沸点 气折2 相射3 冷率 凝平均值 液 组成 液折2 相射3 冷率 凝平均值 液 组成 1 1 5 % 15 % 25 % 35 % 45 % 55 % 65% 75 % 85 % 95% 2. 由表III-7-1绘制出折射率－组成的关系曲线，然后根据表2中气相、液相的折射率查出平衡后气相和液相的组成。

3. 根据表III-7-2中校正后的沸点和组成绘制出气—液平衡相图，确定恒沸组成和恒沸温度。

五、思考题

１. 折射率测定为什么要在恒温下进行？

２. 影响实验精度的因素之一是回流的好坏，如何使回流进行得充分，标志是什么？

３. 蒸馏瓶、量桶等是否需要用水洗涤，是否需要用待测液润洗？蒸馏瓶中残余的苯—乙醇

溶液对下一个试样的测定有没有影响？

六、注意事项

1. 电热丝及其接触点不能露出液面，一定要浸没在待测液内，否则通电加热会引起有机溶剂燃烧。

2. 读取溶液沸点和停止加热准备测定折光率时，一定要使体系达到气液平衡。取样分析后，吸管不能倒置

3. 严格控制加热电压，只要能使液体沸腾即可。过大的电流，会引起待测液燃烧或烧断电

阻丝，甚至烧坏变压器。

４. 测定折射率的时候一定要迅速，以防止由于挥发而改变其组成。