1.双组份理想溶液的气液平衡相图

实验五双液系的气—液平衡相图一、实验目的1、绘制在标准压力下乙醇-正丙醇体系的沸点组成图，并确定其恒沸点及恒沸组成;2、熟练掌握测定双组分液体沸点的方法及用折光率确定二组分物系组成的方法;3、掌握超级恒温槽、阿贝折射仪、气压计等仪器的使用方法。

二、实验原理1、相图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，如环已烷-乙醇、正丙醇-乙醇体系都是完全互溶体系。

若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系，例苯-水体系。

在完全互溶双液系中，有一部分能形成理想液态混合物，如苯-甲苯系统，二者的行为均符合拉乌尔定律，但大部分双液系是非理想液态混合物，其行为与拉乌尔定律有偏差。

液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。

在一定外压下，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。

双液系两相平衡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(或t)-组成(x)图，即T（或t）—x图。

它表明了沸点与液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。

在恒定压力下，二组分系统气液达到平衡时，其沸点-组成（t-x）图分三类：(1)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。

如苯-甲苯系统，此时混合物的行为符合拉乌尔定律或对拉乌尔定律的偏差不大。

如图5-1(a)所示。

(2）有最低恒沸点体系，如环已烷-乙醇体系，t—x图上有一个最低点，此点称最低恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大正偏差，如图5-1(b)所示。

对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中同时分离出两个纯组分。

(3）有最高恒沸点体系，如氯仿-丙酮体系，t—x图上有一个最高点，此点称最高恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大负偏差，如图5-1(c)所示。

双液系气—液平衡相图的绘制实验目的1．掌握回流冷凝法测定溶液沸点的方法；2．绘制常压下环己烷—乙醇双液系的T—X图，找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点；3．掌握阿贝折射仪的使用方法。

实验原理在常温下，任意两种液体混合而成的体系称为双液系。

若两液体能按任意比例互溶，则称完全互溶双液体系。

液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界大气压相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点是恒定的。

而双液体系的沸点不仅与外压有关，还与双液体系的组成有关。

图（a）是一种最简单的完全互溶双液体系的T—X图。

图中纵轴是温度（沸点）T，横轴是液体B的摩尔分数（或质量百分组成），上面一条是气相线，下面一条是液相线，对应于同一沸点温度的两曲线上的两个点，就是互相成平衡的气相点和液相点，其相应的组成可从横轴上获得，因此如果在恒压下将溶液蒸馏，测定气相馏出液和液相蒸馏液的组成就能绘出T—X图。

如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，溶液沸点介于两种纯液体沸点之间，如图(a)所示。

溶液与拉乌尔定律有较大的负偏差，溶液存在最高沸点，如图（b）所示。

溶液与拉乌尔定律有较大的正偏差，溶液存在最低沸点，如图（c）所示。

t / otBt / oCtBtA tB B (b) tA A tA xB(a)BAxt / oBAB(c)x'B最高或最低时的气液两相组成相同，这些点称为恒沸点，相应的溶液称为恒沸点混合物。

恒沸点混合物蒸馏时，所得到的气液两相组成相同，靠蒸馏法无法改变其组成。

本实验环己烷—乙醇为体系，属于上述第三类型。

用回流冷凝法测定环己烷—乙醇体系的沸点—组成图，其方法是用阿贝折射仪测定不同组成的体系，在沸点温度时气液相的折射率，再从折射率—组成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制沸点—组成图。

沸点仪如右图所示。

实验仪器与试剂沸点仪、阿贝折射仪、调压变压器、温度计、烧杯、量筒、长、短毛细滴管环己烷、乙醇实验步骤1. 在沸点仪中加入30ml乙醇，加热使之沸腾，回流并观察温度计的变化，待温度稳定1~2分钟，分别记下沸点仪中温度计的沸点仪温度观和环境温度环。

物理化学实验--双液系的气—液平衡相图化学化工学院07应化1W07331120宋强目的要求(1) 绘制在pΘ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及正常沸点的方法。

(3) 掌握用折光率确定二元液体组成的方法。

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。

两种组分若能按任意比例互相溶解，称为完全互溶双液系。

液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。

在一定的外压力下，纯液体的沸点有其确定的值。

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。

例如，在一定温度下，可以画出体系的压力p和组分x的关系图，如体系的压力确定，则可作温度T对x的关系图。

这就是相图。

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，则其他两个变量必有相应的确定值。

图Ⅱ-5-1以苯-甲苯为例表明，温度T这一水平线指出了在此温度时处于平衡的液相组分x和气相组分y的相应值。

苯与甲苯这一双液系基本上接近理想溶液，然而绝大多数实际体系与拉乌尔定律有一定偏差。

偏差不大时，温度-组分相图与图Ⅱ-5-1相似，溶液的沸点仍介于两纯物质的沸点之间。

但是，有些体系的偏差很大，以至其相图将出现极值。

正偏差很大的体系在T-x图上呈现极小值，负偏差很大时则会有极大值。

这样的极值称为恒沸点，其气，液两相的组成相同。

例如，H2O-HCl体系的最高恒沸点在P0时为108.5，恒沸物的组成含HCl20.242%。

通常，测定一系列不同配比溶液的沸点及气、液两相组成，就可绘制气-液体系的相图。

压力不同时，双液系相图将略有差异。

本实验要求将外压校正到1个大气压力。

二、沸点测定仪各种沸点仪的具体构造虽各有特点，但其设计思想则都集中于如何正确测定沸点、便于取样分析、防止过热及避免分馏等方面。

双液系的气液平衡相图实验者：林澄昱生04 2010030007 同组者：张弯弯实验日期：2012-03-10 提交日期：2012-03-16实验指导：刘晓惠1引言两种蒸气压不同的挥发性液体在混合之后，其溶液组成与与其平衡气相的组成不同。

在恒外压下，二组分系统达到气液平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时气液两相组成关系的相图，称为沸点和组成（T-x）图。

大致分为三大类，包括：（1）理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其混合物沸点介于两纯物质沸点之间。

见图1（a）；（2）各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差，有最高恒沸点。

见图1（b）；（3）各组分蒸汽压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，有最低恒沸点。

见图2（c）1。

图1 三类沸点组成（T-x）图本实验为了绘制常压下环己烷-乙醇的气液平衡相图，先利用阿贝折射仪测定一系列已知组成混合溶液及纯液体的折射率，绘制标准曲线，再通过沸点仪测定一系列混合溶液的沸点，收集少量气相冷凝液以及溶液，测定其各自折射率，反查标准曲线得到气液两相的组成，绘得双液系的气液平衡相图。

2实验操作2.1实验药品、仪器及测试装置示意图2.1.1实验药品环己烷，无水乙醇；2.1.2实验仪器沸点仪，调压器，温度传感器，锥形瓶，分析天平（AR2140），阿贝折射仪（型号不明，为靠近恒温箱的一台），恒温箱，胶头滴管，10ml吸量管，洗耳球；2.1.3装置示意图1. 冷却水入口2. 气相冷凝液贮存小泡3. 温度传感器4. 喷嘴5. 电热丝6. 调压器2图2 沸点仪2.2实验条件恒温槽温度：26 ℃室温：未测气压：未测2.3实验操作步骤及方法要点2.3.1标准曲线的测定及绘制2.3.1.1标准溶液的配制取5个干燥、洁净的锥形瓶，编号为1~5，分别称量空瓶质量并记录；依照表1分别量取并加入相应体积的环己烷和无水乙醇，每加入一种溶液以后称量其质量并记录；得到5份已知组分的标准溶液。

表1 标准溶液的配制方案通过称量得到的质量，可以计算得到每锥形瓶中液体含有的环己烷质量分数，通过测定其折射率，可以确定特定环己烷质量分数与折射率的关系；同时，直接量取纯的无水乙醇和环己烷，测定其折射率，可以绘制在环己烷质量分数在0~1之间的无水乙醇混合溶液与折射率的关系曲线。

二、双组分理想溶液的汽液平衡相图1．温度——组成图（t-x-y 图） t-x-y 图的绘制（苯—甲苯） 已知条件：操作总压、平衡数据 步骤：（1）建立坐标系， 确定纯组分沸点t A 、t B（2）确定t-x 对应关系。

描点连线得x t -曲线（3）确定t- y 对应关系。

描点连线得y t -曲线 t-x-y 图的构成：两条线：气相线（露点线）y t -曲线； 液相线（泡点线）x t -曲线 三个区域：液相区、气—液共存区、气相区。

t-x-y 图的讨论：（1）互成平衡的汽液组成点在同一条等温线上；（2）在某一温度下，汽液达到平衡时，y>x ，汽相线始终在液相线之上； （3）混合液沸点介于t A 和t B 之间;（4）在两相区内，温度升高液相中A 组分浓度减小，温度降低汽相中A 组分浓度提高；（5）平衡的汽液两相的量满足杠杆规则； （6）只有在两相区才能对混合液实行有效的分离。

（7）压力对t —x —y 图的影响：压力增大，温度升高，曲线上移，且两相区变窄。

pxp y AAA=BA BA p p p p x --=t-x-y 图的应用：（1）确定温度—组成间的关系；（2）分析蒸馏及精馏原理 课堂练习：习题7-32．汽－液相组成图（y —x 图） y —x 图的绘制：已知条件：操作总压、平衡数据。

步骤：（1）建立坐标系，作出y=x 的对角线。

（2）由 将x 和y 对应点描点连线。

y —x 图的讨论（1）y>x ，故y —x 曲线在对角线之上。

（2）互成平衡的气液组成点落在y —x 曲线上。

（3）操作压力越大，y —x 曲线越靠近对角线，分离越难进行。

（4）x-y 曲线上各点具有不同的温度；右上方温度低，左下方温度高。

y —x 图的应用：图解理论塔板数目。

练习：苯—甲苯、正庚烷—正辛烷、甲醇—水 y —x 图（10×10）各两张。

三、相对挥发度挥发度：表示溶液挥发的难易程度。

双液系的气—液平衡相图一、实验目的1.绘制在Pθ环已烷—乙醇的气液平衡相图，了解相图和相律基本概念；2.掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法；3.掌握用折光率确定二元液体的组成方法。

二、实验原理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。

两种挥发性液体混合，假设该二组分的蒸气压不同，则溶液的组成与其平衡气相的组成不同。

在压力保持一定，二组分系统气液到达平衡时，表示液态混合物的沸点与平衡时组成关系的相图，称为沸点和组成〔T-x〕图。

沸点和组成〔T-x〕的关系有以下三种：〔1〕理想液体混合物或接近理想液体混合物的双液系，其液体混合物的沸点介于两纯物质沸点之间见图1(a)；〔2〕各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的负偏差，其溶液有最高恒沸点见图1(b)；〔3〕各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差，其溶液有最低恒沸点见图1(c)。

第〔2〕、〔3〕两类溶液在最高或最低恒沸点时的气液两相组成相同，加热蒸发的结果只使气相总量增加，气液相组成及溶液沸点保持不变，这时的温度称恒沸点，相应的组成称恒沸组成。

图1. 沸点和组成〔T-x〕图本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷—乙醇双液系的T-x图。

方法是用沸点仪〔如图2所示〕直接测定一系列不同组成之溶液的气液平衡温度〔即沸点)，并收集少量馏出液〔即气相冷凝液〕及吸取少量溶液〔即液相〕，分别用阿贝折光仪测定其折光率。

根据已知组成的溶液折光率，作出一定温度下〔25℃〕该溶液的折光率—组成工作曲线，然后根据测得的样品溶液的气液两相的折光率，在此曲线上即可按内描法得到待测未知样品溶液的组成。

图2. 沸点测定仪示意图三、仪器与药品沸点测定仪1只丙酮〔分析纯〕水银温度计〔50~100℃，分度值0.1℃〕1支超级恒温水浴1台玻璃温度计〔0~100℃，分度值1℃〕1支称量瓶〔高型〕10只调压变压器〔0.5kVA〕1只25mL移液管数字式Abbbe折光仪〔棱镜恒温〕1台长滴管10支带玻璃磨口塞试管〔5mL〕4支无水乙醇〔分析纯〕烧杯〔50ml，250ml〕各1支环己烷〔分析纯〕玻璃漏斗〔直径5cm〕1只重蒸馏水，冰四、实验步骤1.调节超级恒温水浴温度，使阿贝折光仪上的温度计读数保持在25℃。

二、双组分理想溶液的汽液平衡相图1．温度——组成图（t-x-y 图） t-x-y 图的绘制（苯—甲苯） 已知条件：操作总压、平衡数据 步骤：（1）建立坐标系， 确定纯组分沸点t A 、t B（2）确定t-x 对应关系。

描点连线得x t -曲线（3）确定t- y 对应关系。

描点连线得y t -曲线 t-x-y 图的构成：两条线：气相线（露点线）y t -曲线； 液相线（泡点线）x t -曲线 三个区域：液相区、气—液共存区、气相区。

t-x-y 图的讨论：（1）互成平衡的汽液组成点在同一条等温线上；（2）在某一温度下，汽液达到平衡时，y>x ，汽相线始终在液相线之上； （3）混合液沸点介于t A 和t B 之间;（4）在两相区内，温度升高液相中A 组分浓度减小，温度降低汽相中A 组分浓度提高；（5）平衡的汽液两相的量满足杠杆规则； （6）只有在两相区才能对混合液实行有效的分离。

（7）压力对t —x —y 图的影响：压力增大，温度升高，曲线上移，且两相区变窄。

pxp y AAA0=BA BA p p p p x --=t-x-y 图的应用：（1）确定温度—组成间的关系；（2）分析蒸馏及精馏原理 课堂练习：习题7-32．汽－液相组成图（y —x 图） y —x 图的绘制：已知条件：操作总压、平衡数据。

步骤：（1）建立坐标系，作出y=x 的对角线。

（2）由 将x 和y 对应点描点连线。

y —x 图的讨论（1）y>x ，故y —x 曲线在对角线之上。

（2）互成平衡的气液组成点落在y —x 曲线上。

（3）操作压力越大，y —x 曲线越靠近对角线，分离越难进行。

（4）x-y 曲线上各点具有不同的温度；右上方温度低，左下方温度高。

y —x 图的应用：图解理论塔板数目。

练习：苯—甲苯、正庚烷—正辛烷、甲醇—水 y —x 图（10×10）各两张。

三、相对挥发度挥发度：表示溶液挥发的难易程度。

22二组分理想混合物的气液平衡相图鉴于理想液体混合物中的组分都遵守Raoult 定律，这种混合物的气液平衡相图是可以通过计算得到的，它是各种实际气液平衡相图研究的基础。

本专题便来介绍这种模型混合物的气液平衡相图，并从中引出杠杆规则等重要的概念。

1. 相律分析对于一个二组分气液平衡系统，若两个组分间没有化学反应，也没有其他独立的限制条件，则由相律可得系统的自由度为：πππ−=−−+−=′−−+−=400222R R K F （22-1）由于系统至少有一个相，自由度最多等于3。

这就是说，要构作二组分气液平衡相图需要三个坐标，是一个T 、p 、B x 或B y 的三维立体图。

然而，为了简单和易读，人们常常使其中一个强度性质保持不变，而去表示其它两者的关系，从而将立体相图变成两个平面相图。

例如，在T 保持不变的条件下，构作B x 或B y 与p 的关系图，此图称为恒温相图。

或者，也可在保持p 不变的条件下，构作B x 或B y 与T 的关系图，此图称为恒压相图。

因此，所有二组分气液平衡系统，都可有两个平面相图。

2. 恒温相图专题17已述，理想混合物中的所有组分，在任意温度和压力下，都遵守Raoult 定律。

如果气液平衡时气相压力较低，则可得总压B *B B *A B A )1(x p x p p p p +−=+= （22-2）AB *A B p p p p x −−= （22-3） 式（22-3）便是液相组成B x 与压力p 的关系式。

式中*A p 、*B p 分别为两个纯组分的饱和蒸气压，对于确定的系统，在指定的温度下是两个常数。

不难看出，式（22-2）是一个线性关系，在图22-1所示的恒温相图中，是一条直线（如实线所示），它称为液相线。

又因气相中组分B 的平衡分压可由下式表示B *B B B x pp p p y == （22-4） 故将式（22-3）代入式（22-4），可得)()(*A *B *A *B B p p p p p p y −−= （22-5）式（22-5）便是气相组成B y 与压力p 的关系式。

双液系的气液平衡相图姓名：学号：班级：指导教师：一、实验目的1、绘制在pθ下环己烷－乙醇二元系统的气液平衡相图，了解相图和相律的基本概念。

2、掌握测定双组份液体的沸点及正常沸点的方法。

3、掌握用折光率确定二元液体组成的方法。

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图），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为三类：（1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯－苯体系，如图1 (a)所示。

（2）最大负偏差：存在一个最小蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都小，混合物存在着最高沸点，如盐酸－水体系，如图1 (b)所示。

（3）最大正偏差：存在一个最大蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都大，混合物存在着最低沸点，如正丙醇—水体系，如图1 (c)所示。

图1 二组分真实液态混合物气—液平衡相图对于后两种情况，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，而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。

为了绘制双液系的T－x相图，需测定几组原始组成不同的双液系在气－液两相平衡后的沸点和液相、气相的平衡组成。

本实验以环己烷－乙醇为体系，该体系属于上述第三种类型。

在沸点仪中蒸馏不同组成的混合物，测定其沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出T－x 相图。

本实验中气液两相的组成均采用折光率法测定。

折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，因此在测量物质的折光率时要求温度恒定。

三、实验仪器和试剂实验仪器：沸点测定仪、水银温度计、玻璃温度计、数字式Abber折光仪、恒温水浴装置、玻璃漏斗、胶头滴管实验试剂：环己烷、无水乙醇、蒸馏水四、实验步骤1、调节恒温水浴装置的温度为25℃。