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。
p
x
p y A
A
A
=
B
A B
A 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7-3
2.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。
可以用气相中的某一组分的分压和与之平衡的液相中的摩尔分数之比来表示,即:
A
A
x p v =
A
讨论:(1)分压↑液相中的摩尔分数↓,则挥发度↑
(2)若为纯组分液体,
挥发度随温度而变化。
)(t f x A =)(t f y A =B
B B x p v =
A A p v =0
B B p v =)(t f v =
(3)对于理想溶液,因符合拉乌尔定律,则:00A A A A A p x x p v == 0
0B B
B
B B p x x p v ==
挥发度随温度而变化。
相对挥发度:溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比,以B A -α表
示。常省略下标用α表示。 则:
B
B A A B A x p x
p v v ==
α
若操作压力P 不高, 根据道尔顿分压定律,
B
B A
A B B A A x y x y x py x py =
=
α 或
B
A B A x x
y y α=
A
A
A A x x y y -=-11α
略去下标A ,整理得:
x x
y )1(1-+=
αα 即为汽液相平衡方程。
讨论:(1)对于理想溶液,则:00B
A
p p =α
0A p 、0B p 随温度而变化,而两者的比值变化不大。当操作温度不很大时,相对挥
发度近似为一常数。 通常
(2)相对挥发度表示溶液分离的难易程度。
若1=α, y=x,用普通蒸馏方法无法分离;若1>α, y>x ,易分离; 若1 α, B 组分为易挥发组分,A 组分为难挥发组分。 【例题7-2】
小结:双组分理想溶液的汽液平衡相图 作业:习题7-4
)(t f v =2
釜
顶均ααα+=
釜
均ααα?=顶
双液系气-液平衡相图的绘制 一、实验目的 (1)用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成,绘制双液系相图。找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度。 (2)掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的测定方法。 (3)了解阿贝折射计的构造原理,熟悉掌握阿贝折射计的使用方法。 二、实验原理 2.1液体的沸点 液体的沸点是液体饱和蒸汽压和外压相等时的温度,在外压一定时,纯液体的沸点有一个确定值。 2.2双液系的沸点 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。理想的二组分体系在全部浓度范围内符合拉乌尔定律。结构相似、性质相近的组分间可以形成近似的理想体系,这样可以形成简单的T-x (y )图。大多数情况下,曲线将出现或正或负的偏差。当这一偏差足够大时,在T-x (y )曲线上将出现极大点(负偏差)或极小点(正偏差)。这种最高和最低沸点称为恒沸点,所对应的溶液称为恒沸混合物。 恒定压力下,真实的完全互溶双液系的气-液平衡相图(T -x ),根据体系对拉乌尔定律的偏差情况,可分为3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:存在一个最小蒸汽压值,比两个纯液体的蒸汽压都小,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:存在一个最大蒸汽压值,比两个纯液体的蒸汽压都大,混合物存在着最低沸点,如水-乙醇体系,如图1(c))所示。 图1. 二组分真实液态混合物气—液平衡相图(T-x 图) 考虑综合因素,实验选择具有最低恒沸点的乙醇-乙酸乙酯双液系。根据相平衡原理,对二组分体系,当压力恒定时,在气液平衡两相区,体系的自由度为1。若温度一定时,则气液亮相的组成也随之而定。当溶液组成一定时,根据杠 t A t A t A t B t B t B t / o C t / o t / o x B x B x B A B A A B B (a) (b) (c)x ' x '
`` 实验2 双液系的气液平衡相图 唐盛昌2006011835 分6 同组实验者:徐培 实验日期:2008-10-9,提交报告日期:2008-10-23 带实验助教:尚培华 1 引言(简明的实验目的/原理) 实验目的: 1.用沸点仪测定在常压下环已烷—乙醇的气液平衡相图。 2.掌握阿贝折射仪的使用方法。 实验原理: 将两种挥发性液体混合,若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,二组分系统气液达到平衡时,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)的关系有下列三种:(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5—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5—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5—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。第一类混合物可用一般精馏法分离出这两种纯物质,第(2)、(3)类混合物用一般精馏方法只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。 图1 沸点组成图 为了测定二元液系的T-x图,需在气液达到平衡后,同时测定溶液的沸点、气相和液相组成。 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(图2)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),分别用阿贝折射仅测定其折射率。为了求出相应的组成,必须先测定已知组成的溶液的折射率,
二组分系统气液平衡相图的绘制 一实验目的 1.确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.掌握阿贝折射仪的原理及使用方法。 二实验原理 本实验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。 下图为环己烷——乙醇的沸点组成图的大致形状,ADC和BEC为气相线,AD′C和BE′C 为液相线。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,气相量增加,液相量减少(总量不变),溶液温度上升,回流作用,控制了两相的量一定,沸点一定。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,此时气液两相服从杠杆原理。 当压力一定时,对两相共存区进行相律分析:独立组分K=2,相数P=2,则自由度f=K-P+1=2-2+1=1 即有,体系温度一定,则气液两相成分确定。总量一定时,亮相的量也一定。在一实验装置中,控制气液两相的相对量一定,使体系温度一定, 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。折射率和组成有一一对应 关系,可以通过测定仪系列已知组成的样品折射率,绘出 工作曲线。测出样品就可以从工作曲线上找到未知样品的 组成。 三仪器与药品 仪器:阿贝折射仪、超级恒温槽、蒸馏瓶、调压 变压器、1/10℃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℃,连接好恒温槽与阿贝折 射仪,使恒温水流经折射仪。 准确配制下列溶液,测定纯环己烷,乙醇和下列 溶液的折射率,并测定溶液温度。 环己烷 1 2 3 4ml 乙醇 4 3 2 1ml 2.测定环己烷的沸点 按图装好仪器,调压变压器调至最小,将25ml苯加入蒸馏瓶,打开冷凝水,接通电源,
实验三双液系气液平衡相图的绘制姓名:学号: 班级:实验日期:2015年9月21日 提交报告日期:2015年9月28日 1、实验目的 1.了解沸点仪的原理和使用方法。 2.在大气压力下用沸点仪测绘环己烷-乙醇双液系的气相平衡相图。 3.掌握阿贝折射仪的使用方法。 2、实验原理 双液系是指两种液态物质混合而成的物系。双液系可以分为完全互溶双液系、部分互溶双液系和完全不溶双液系。 将两种挥发性液体混合,若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,二组分系统气液达到平衡时,表示液态混合物的沸点与平衡时组成关系的平衡状态图,简称相图。沸点和组成的关系有下列三种:(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;(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;(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。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。第一类混合物可用一般精馏法分离出这两种纯物质,第(2)、(3)类混合物用一般精馏方法只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。 为了测定二元液系的相图,需在气液达到平衡后,同时测定溶液的沸点、气相和液相组成。 本实验是测定具有最低恒沸点的环己烷—乙醇双液系的相图。方法是用沸点仪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
编号123456 7 8 贝折射仅测定其折射率。为了求出相应的组成,必须先测定已知组成的溶液的折射率,作出折射率对组成的工作曲线,在此曲线上即可查得对应于样品折射率的组成。 3、实验仪器和试剂 1.仪器 沸点仪1个、加热电源(0.5kW)1台、阿贝折射仪1台、长颈胶头滴管2支、镜头纸、 超级恒温槽、50~10℃温度计1支。 2.药品 乙醇、环己烷、丙酮。 4、实验操作步骤及方法要点 1.启动超级恒温槽的加热和搅拌系统,把超级恒温槽的控制温度调至27℃。 2.测定标准溶液的折射率 用与超级恒温槽相连接的已经恒温的阿贝折射仪测定标准溶液的折射率,作折射率对组成的工作曲线。 3.溶液沸点及气液平衡组成的测定。 往沸点仪中加入20mL乙醇,通冷却水,打开电源并调电压至12V,加热溶液至沸腾。待其温度计上所指示的温度保持恒定后,读下该温度值,同时停止加热,并立即在小泡中取气相冷凝液,迅速测定其折射率,并用另一滴管取少量液相测定其折射率。 接下来,往沸点仪中分别加入1mL、2mL、2mL、2mL、5mL环己烷,并按前述方法测定气液平衡温度和气液两相的折光率。结束后,将沸点仪中溶液倒入回收瓶并用电吹风把沸点仪烘干。 往沸点仪中加入20mL环己烷,经行实验。在之后往沸点仪中分别加入的是1mL、2mL、2mL、2mL、5mL乙醇。 注意:每次测量折射率后,要将折射仪的棱镜打开晾干,以备下次测定用。 5、实验数据 1)原始实验测量数据 大气压力:97.13kPa 室温:25.5℃ 以下数据测定过程中阿贝折射仪(恒温槽)温度为27.0℃。
实验四二组分真实液态混合物的气—液平衡相图的绘制 一、实验目的 1.掌握二组分真实液态混合物的沸点、气液组成的测定方法。 2.掌握阿贝折光仪的使用。 3.绘制环已烷—乙醇体系的沸点—组成图,确定其恒沸点及恒沸组成。 二、实验原理 在恒定压力下,二组分达到气液平衡时,表示溶液的沸点与组成的相图称为沸点—组成图,即t x —图可分为三类: —图。二组分真实液态混合物的t x (1)溶液的沸点介于两纯组分沸点之间(图4—10(a))。 (2)各组分对拉乌尔定律发生最大正偏差,其溶液有最低恒沸点(图4—10(b))。 (3) 各组分对拉乌尔定律发生最大负偏差,其溶液有最高恒沸点(图4—10(c))。 对(2)、(3)类系统在最低或最高沸点处的气液两相组成相同,加热蒸发的结果只能使气相总量增加,气液两相组成及溶液沸点保持不变,这是的温度称为恒 沸点,相应的组成称为恒沸组成。 为了测定t x —图,需在气—液两相达到平衡后,同时测 定气相组成、液相组成和溶液的沸点。本实验采用折光率法 测定系统的组成。即需测定已配置好的不同组成的溶液的折 光率,然后绘制折光率与组成的标准曲线,即本实验的工作 曲线。实验采用简单蒸馏瓶,用电热丝直接放入溶液中加热 (如图4—11),以减少过热和暴沸现象。气相分析是取冷凝 器下端小玻璃球中的冷凝液,液相分析是取蒸馏瓶内的液体。 分析仪器采用阿贝折光仪。 三、仪器和药品 蒸馏瓶一个;温度计一支(50℃~100℃,0.01精度);阿 贝折光仪一台;长、短滴管各一支;20ml量筒一个;1ml刻 度滴管一支。 环已烷;无水乙醇;20%、40%、60%、80%环已烷—乙 醇混合液;脱脂棉。 四、实验步骤
双液系的气-液平衡相图 1. 简述由实验绘制环己烷-乙醇气-液平衡T-x相图的基本原理。 答:通过测定不同沸点下组分的气、液相的折射率,在标准的工作曲线上找出该折射率对应的浓度,结合其沸点画出平衡相图。 2. 在双液系的气-液平衡相图实验中,作环己烷-乙醇的标准折光率-组成曲线的目的是什么? 答:作标准曲线的目的是通过测气、液相相得折射率从而在标准工作曲线上找出对应的浓度。 3. 用精馏的方法是否可把乙醇和环己烷混合液完全分离,为什么? 答:不能完全分离。因为环己烷-乙醇二组分具有最低恒沸点。 4. 测定纯环己烷和纯乙醇的沸点时,沸点仪中有水或其它物质行吗? 答:有水和其他物质都是不行的。因为有水和其他物质会使所测沸点改变。 5. 为什么工业上常生产95%酒精?只用精馏含水酒精的方法是否可能获得无水酒精? 答:因为水-乙醇二组分具有最低恒沸点,所以工业上常生产95%的酒精。用精馏的方法无法获得无水酒精,只能获得95%的酒精。 6. 在双液系的气-液平衡相图实验中,如何判断气-液相达平衡状态?
答:观察贝克曼温度计的读数,如果读数稳定3-5分钟,说明已达平衡状态。 7. 在双液系的气-液平衡相图实验中,每次加入沸点仪中的环己烷或乙醇是否应按记录表所规定的体积精确计量?为什么? 答:不需要按记录表的加。因为组分的浓度不是按所加物质的量计算得来的,而是通过测折射率间接得到的。 8. 在双液系的气-液平衡相图实验中,在测定沸点时,溶液出现分馏现象,将使绘出的相图图形发生什么变化? 答:出现馏分将使测得的沸点偏高,使相图向上移动。 9. 在双液系的气-液平衡相图实验中,蒸馏器中收集气相冷凝的小球大小对结果有何影响? 答:小球太小难以收集气相,小球太大,小球内的组分更新太慢,产生馏分,导致实验误差。 10. 在双液系的气-液平衡相图实验中,通过测定什么参数来测定双液系气-液平衡时气相和液相的组成? 答:通过测定组分的折射率来测定双液系气-液平衡时气相和液相的组成。 11. 在双液系的气-液平衡相图中,如何通过测定溶液的折光率来求得溶液的组成? 答:通过测得的折射率在标准曲线上找出对应的浓度,根据气、液相平衡浓度与测得的沸点作出平衡相图。
双液系气-液平衡相图的绘制 一、实验目的、要求 1. 测定常压下环己烷-乙醇二元系统的汽液平衡数据,绘制101325Pa下的沸点-组成的相图。 2. 掌握阿贝折射仪的原理和使用方法。 二、实验原理 液体混合物中各组分在同一温度下具有不同的挥发能力。因而,经过汽液见相变达到平衡后,各组分在汽、液两相中的浓度是不相同的。根据这个特点,使二元混合物在精馏塔中进行反复蒸馏,就可分离得到各纯组分。为了得到预期的分离效果,设计精馏装置必须掌握精确的汽液平衡数据,也就是平衡时的汽、液两相的组成与温度、压力见的依赖关系。大量工业上重要的系统的平衡数据,很难由理论计算,必须由实验直接测定,即在恒压(或恒温)下测定平衡的蒸汽与液体的各组分。其中,恒压数据应用更广,测定方法也较简便。 本实验测定的恒压下环己烷-乙醇二元汽液平衡相图。图中横坐标表示二元系的组成(以B的摩尔分数表示),纵坐标为温度。用不同组成的溶液进行测定,可得一系列数据,据此画出一张由液相线与汽相线组成的完整相图。 下图为环己烷——乙醇的沸点组成图的大致形状,ADC和BEC为气相线,AD′C和BE′C 为液相线。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,气相量增加,液相量减少(总量不变),溶液温度上升,回流作用,控制了两相的量一定,沸点一定。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,此时气液两相服从杠杆原理。 当压力一定时,对两相共存区进行相律分析:独立组分C=2,相数P=2,则自由度F=C-P+1=2-2+1=1 即有,体系温度一定,则气液两相成分确定。总量一定时,两相的量也一定。在一实验装置中,控制气液两相的相对量一定,使体系温度一定, 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。折射率和组 成有一一对应关系,可以通过测定仪系列已知组成的样品 折射率,绘出工作曲线。测出样品就可以从工作曲线上找 到未知样品的组成。 三、使用仪器、材料 沸点仪1套,阿贝折射仪,移液管,环己烷,无水乙醇 四、实验步骤 1、测定折射率与组成的关系,绘制工作曲线 将9支小试管编号,依次移入0.1 ml, 0.2 ml, …, 0.9 ml的环己烷,然后依次移入0.9 ml, 0.8 ml,…, 0.1 ml的无水乙醇,配成9份已知浓度的溶液,用阿贝折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和纯无水乙醇的折射率,以折射率对浓度作图。 2、测定环己烷-乙醇体系的沸点与组成的关系 (1) 右半部沸点-组成关系的测定取20 ml无水乙醇加入沸点仪中,然后依次加入环己烷0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 4.0, 14.0 ml,测定溶液沸点,及气、液组分折射率n。完成后,将溶液倒入回收瓶。 (2) 左半部沸点-组成关系的测定取25 ml环己烷加入沸点仪中,然后依次加入
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。 2.3.1.2标准溶液折射率测定 (1)将阿贝折射仪与恒温箱相连,调节反光镜使目镜视野明亮,此 时仪器可以用来测量; (2)用胶头滴管加入待测溶液,在右目镜视野中观察,用右侧旋钮 调节色散程度,使明暗分界线清晰,再用左侧旋钮调节,使明 暗交界线处于叉丝中心。注意接下来实验过程中保证左侧旋钮
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,若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,二组分系统气液达到平衡时,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)的关系有下列三种: (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
双液系的气液平衡相图 张泳辉,PB08206072 中国科学技术大学化学系 摘要:本实验利用一定温度下溶液折光率与其浓度的对应关系,用阿贝折射仪测量出各种 浓度的水—正丙醇双液系在达到沸点时的气相和液相组成,并且绘制双液系的平衡相图,以确定体系的最低恒沸点。 关键词:气液双相恒沸点平衡相图折光率 前言:本次实验主要是通过测量不同组成的双相系的折光率得到其相图。再通过测量不同 组成下的沸点得到双液系组成与沸点的关系。 在常温下,两液态物质混合而成的体系称为双液系。两液体若只能在一定比例范围内互相溶解,称为部分互溶双液系,若两液体能以任意比例相互溶解,则称为完全互溶双液系。这次实验的水—正丙醇就是部分互溶双液系。 液体的沸点是指液体的蒸汽压与外压相等时的温度。在一定的外压下,纯液体的沸点有确定的值。但对于双液系来说,沸点不仅与外压有关,而且还与双液系的组成有关,即与双液系中两种液体的相对含量有关。 双液系在蒸馏时具有另一个特点是:在一般情况下,双液系的气相组成和液相组成并不相同。因此原则上有可能用反复蒸馏的方法,使双液系中的两液体互相分离。 本实验两相中的成分分析均采用折射率法,通过测折光率的大小在工作曲线上找出未知溶液的浓度与组成,从而画出体系的相图,找出最低恒沸点。 实验部分: 1、实验装置: 调压变压器型号:ZBK 42004-87 额定电压:220V 额定容量:1KVA 单相50Hz 数字阿贝折射仪物理光学有限公司型号:WAY-2S 申光 超级恒温器上海实验仪器厂出厂日期:2001年9月 最高使用温度:95℃电压:220V 频率:50Hz 功率:15KW 2、实验方法 ①调节恒温槽温度并使其稳定,使阿贝折射仪上的温度稳定在30℃±0.2℃。 ②安装沸点仪:将烘干的沸点仪安装好,注意带有温度计和加热丝的橡皮塞要塞紧,不要触及烧瓶底部,温度计和加热丝之间要有一定的距离,装上辅助温度计G。操作时要小心,防止打破水银温度计。
4.3 完全互溶的双夜系相图 4.3.1 二组分系统的相律的应用 最多可有四相平衡共存,是无变量系统。 最多可有三个自由度-T ,p ,x 均可变,属三变量系统。因此,要完整的描述二组分系统相平衡状态,需要三维坐标的立体图。但为了方便,往往指定一个变量固定不变,观察另外两个变量之间的关系,这样就得到一个平面图。如: 保持温度不变,得 p-x 图 较常用 保持压力不变,得 T-x 图 常用 保持组成不变,得 T-p 图 不常用。 若保持一个变量为常量,从立体图上得到平面图。相律 单相,两个自由度。 最多三相共存。 二组分系统相图种类很多,以物态来区分,大致分为: 完全互溶双液系 气-液平衡相图 部分互溶双液系 完全不互溶双液系 具有简单低共熔混合物 稳定化合物 有化合物生成 不稳定化合物 固-液平衡相图 固相完全互溶 固相部分互溶 固相部分互溶 等 C 2C 24= f Φ+=Φ =--min max 1 3Φf ==min max 0 4 f Φ==213f ΦΦ *=-+=-*min max 1 2Φf ==*max min 3 0 Φf ==