北京化工大学：《物理化学》课程教学资源（实验指导）二组分体系气-液平衡相图

二组分体茶气一液平衡相餐图 页码，1/3 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)。 35.5 34815 338.15 333. 乙 图一环己烷一乙醉体系的温度一组成相图 二组分气液相图作法如下：用沸点仪（图二）测定乙醇一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，根据折射率一组成的标准曲线（图三）用内插法求出气相组 成和液相组成。 file://E:\whsy\whsy05.htm 2008-4-22

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）。 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。 二组分体系气-液平衡相图 页码，1/3 file://E:\whsy\whsy05.htm 2008-4-22

二组分体系气一液平衡相图 页码，2/3 41 1.39 L.39 1.37 1.3594/ 00.2040.60810 图二沸点仪 图三乙醇一环己烷体系折射率一组成标准曲线图 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）。 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 温府计汞柱上升至稳定值，就品沸点，读准至01℃。 2.与此同时另一同学练习折射仪的用法并测定折射仪标尺零点，钠黄光D线（波长589.26m 通过25℃的无水乙醇，折射率应为n°=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△=一0.0006，实验中每次测定应加上 △，此例为减去0.0006。用环己烷(n=1.4326)校正零点也是同样。 3.测定乙醇一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1.5m环己烷至无水乙醇中，测定沸点并测沸胯时气、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。 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。 //E:\whsy\whsy05.htm 2008-4-22

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）。 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℃。 2．与此同时另一同学练习折射仪的用法并测定折射仪标尺零点，钠黄光D线（波长589.26nm） 通过25℃的无水乙醇，折射率应为 ＝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（ ＝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。 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。 图二 沸点仪 图三 乙醇－环己烷体系折射率－组成标准曲线图 D n D n25 二组分体系气-液平衡相图 页码，2/3 file://E:\whsy\whsy05.htm 2008-4-22

二组分体系气一液平衡相图 页码，3/3 五.数据处理 1.根据沸点数据以及从折射率一组成曲线内插得到气液组成： 乙醇一环己烷溶液不同组成的沸点及气、液组成 如入量 T n n 液相组成 气相组成 20m1Z应 加1,5环己烷 加2.0球己烷 2,0己梳 加8.0坏已烷 加10.0环己烷 加10.0环己烷 加100环已烧 环己烷一乙醇溶液不同组成的沸点及气、波组成 加入量 T n 气相组成 25ml环己烷 加05乙醇 如05乙醇 加05乙醇 加10乙醇 加1.02醇 加2.0乙醇 加5.0乙醉 2.画出乙醇一环己烷气液相图。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最有何影响 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？ 参考文献： [1门周怀申，韩世钧，《化学工程》，5.21(1980)。 []F.Daniels,R Albert,J.W.Williams,C.D.Comwell,P.Bender,J.E.Harriman,Experimenta Physical Chemistry,7th edn.,MeGraw-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，高等教有出版社(1990)。 [4]顾菌珍、叶于浦，相平衡和相图基础，北京大学出版社(1991)。 file://E:\whsy\whsy05.htm 2008-4-22

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 环己烷－乙醇溶液不同组成的沸点及气、液组成 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？ 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）。 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 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 二组分体系气-液平衡相图 页码，3/3 file://E:\whsy\whsy05.htm 2008-4-22