实验二 双液系沸点-成分图的绘制

双液系沸点-成分图的绘制

一、实验目的

1、用冷凝回流法测定不同浓度的环己烷-乙醇体系的沸点； 2、正确使用阿贝折射仪；

3、绘制沸点-成分图，确定体系的最低恒沸点和相应的组成。 二、实验原理 1、沸点-成分图

在恒压下，完全互溶双液体系的沸点与成分关系有三种情况(如图1-1、1-2、1-3)： （1）溶液沸点介于二纯组分之间，如甲苯与苯；

（2）溶液有最高恒沸点，如卤化氢和水，丙酮和氯仿等； （3）溶液有最低恒沸点，如环己烷和乙醇，水和乙醇等。

图1-3表示有最低恒沸点的体系的沸点-成分图。图中：A’LB’代表液相线，AVB’代表气相线。等温的水平线段和气、液的交点表示在该温度时互成平衡的两相成分。

图1－1简单互溶双液体系的T～x图 图1－2具有最高恒沸点的T～x图

图1－3具有最低恒沸点的的T～x图

绘制沸点-成分图的简单原理：当总成分为x的溶液开始蒸馏时，体系的温度沿虚线上升，开始沸腾时成分为y的气相生成，气相量很少，继续蒸馏，气相量增多，沸点沿虚线继续上升，当气相线与液相线沿箭头指示方向达到x’和y’时，体系气液两相达成平衡，两相的物质数量按杠杆原理分配。在实验装置中，利用回流的方法保持气、液两相的相对量一定，体系温度恒定。待两相平衡后，取出两相物质用阿贝仪侧折射率，再用标准曲线取点的方法分析两相成分，给出该温度下气、液二相平衡成分的坐标点；改变体系总成分，再如上

法找出另一对坐标点。将所有气相点和液相点连成气相线和液相线，即得T-x平衡图。 2、阿贝仪的使用

阿贝仪利用了折射和全反射全反射原理设计而成。 将样品滴在棱镜上，旋转棱镜使目镜能看到半明半暗现象。旋转补偿棱镜消除色散，在转动棱镜使明暗界线正好与目镜中的十字线交点重合，从标尺上直接读取折射率。 三、实验仪器及药品 1、仪器

恒沸点仪 阿贝尔折射仪（WZS-I 940168） 蒸馏瓶 电阻丝 变压器 水银温度计（50~100℃ ，分度值0.1℃ ）

恒温水浴装置 5mL、20mL移液管 滴瓶 万分之一天平 2、药品 乙醇 环己烷

图1-4 恒沸点仪 四、实验内容

1、沸点和两相成分的测定

1）洗净、烘干蒸馏瓶，加20mL乙醇使温度升高并沸腾，每隔30s记一次数据； 2）待温度稳定3min后，记最终温度及大气压；

3）断电，用两只滴管取支管口处气相冷凝液及蒸馏瓶中液体，用阿贝折射仪测折射率，气相冷凝液测1次，液相测2次；

4）蒸馏瓶中依次加2mL、2mL、3mL、4mL、5mL环己烷，按上述方法测沸点及气液两相折射率；

5）回收母液，少量环己烷洗蒸馏瓶3~4次，注入20mL环己烷，测纯沸点及气液两相折射率；

6）再向蒸馏瓶中依次加0.5mL、0.5mL、0.5mL、2mL、5mL、5mL乙醇，分别测沸点及气、液两相折射率。 2、标准工作曲线绘制

1）8个滴瓶编号，分别准确称质量并记录，依次向各瓶加5mL、4mL、3mL、2.5mL、2mL、1.5mL、1mL、0.5mL乙醇，称质量并记录数据，再依次向各瓶加入1mL、2mL、3mL、3.5mL、4mL、4.5mL、5mL、5.5mL环己烷，称质量并记录数据； 2）恒温下测配置样品折射率（三次）；

3）利用内插法，在标准工作曲线中找出各折射率对应成分，画T-x平衡图。 五、实验数据及处理

1、初始为20mL乙醇

表1 向乙醇中加环己烷数据表 环己烷/mL 沸点/℃ 气相冷凝液的折射率 液相折射率第一次测量 液相折射率第二次测量 液相折射率（平均值） 0.00 2.00 4.00 7.00 11.00 16.00 2、初始为20mL环己烷

表2 向环己烷中加乙醇数据 乙醇/mL 沸点/℃ 气相冷凝液的折射率 液相折射率第一次测量 液相折射率第二次测量 液相折射率（平均值） 0.00 0.50 1.00 1.50 3.50 8.50 13.50

3、 绘制标准工作曲线

表3 标准成分数据表 滴瓶编号 空瓶质量m0/g 加入乙醇后质量m1/g 加入环己烷后质量m2/g 乙醇质量（m1-m0）/g 乙醇环己烷总质量（m2-m0）/g 乙醇质量分数 乙醇质量分数/% 液体折射率第一次测量 液相折射率第二次测量 液相折射率第三次测量 液体折射率（平均值）

1 2 3 4 滴瓶编号 空瓶质量m0/g 加入乙醇后质量m1/g 加入环己烷后质量m2/g 乙醇质量（m1-m0）/g 乙醇环己烷总质量（m2-m0）/g 乙醇质量分数 乙醇质量分数/% 液体折射率第一次测量 液相折射率第二次测量 液相折射率第三次测量 液体折射率（平均值） 5 6 7 8

根据表3的数据作出液体折射率-乙醇质量分数的关系图，如下图所示：

图3 标准工作曲线 其中拟合函数（一次拟合）： y0.06715x1.42179

4.根据表4绘制沸点-成分图，确定体系的最低恒沸点和相应的组成。 表4 由拟合函数计算乙醇质量分数表

向乙醇中加环己烷时沸点 气相冷凝 液折射率 算得气相乙醇质量分数% 液相折射率 算得液相乙醇质量分数% 向环己烷中加乙醇时沸点 气相冷凝液折射率 算得气相乙醇质量分数% 液相折射率 算得液相乙醇质量分数%

六、注意事项

1加热电阻丝一定要被欲测液体浸没，否则通电加热时可能会引起有机液体燃烧；所加电压不能太大，加热丝上有小气泡逸出即可。 2取样时，先停止通电再冷却再取样。

3每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。

4阿贝折射仪的棱镜不能用硬物触及（如滴管），擦拭棱镜需用擦镜纸。

5滴管一定要用吹风机吹干，否则由于滴管上的残留液，而影响气相或液相的组成。 6恒温槽中的水的温度应始终保持恒定，否则将影响气相或液相的折光率，从而影响气相或液相的组成。

七、思考题（四选二）

1．欲取出平衡气液相样品，为什么必须在沸点仪中冷却后方可用以测定其折射率？ 2．平衡时，气液两相温度是否应该一样，实际是否一样，对测量有何影响？

3．如果要测纯环己烷、纯乙醇的沸点，蒸馏瓶必须洗净，而且烘干，而测混合液沸点和组成时，蒸馏瓶则不洗也不烘，为什么?

4．如何判断气－液已达到平衡状态？讨论此溶液蒸馏时的分离情况？