专业： 工科试验班 姓名：__ 李 歆___ 学号：__3080101590__ 日期：__2009.10.22__ 地点：紫金港化学实验楼实验报告 __ 课程名称： 大学化学实验（P） 指导老师：____ 滕启文_ 成绩：____________ 实验名称：二组分完全互溶系统气-液平衡相图 实验类型：____ 同组学生姓名：_______ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
装 订 线
二组分完全互溶体系的气-液平衡相图
一、实验目的
1. 学习测定气-液平衡数据及绘制二组分系统相图的方法，加深理解相图和相律等概念。 2. 掌握测量纯液体和液体混合物沸点的方法。
3. 熟悉阿贝折光仪的原理及操作，熟练掌握超级恒温槽的使用和液体折射率的测量。 4. 了解运用物理化学性质确定混合物组成的方法。
二、基本原理
在一定的外压下，纯液体的沸点是恒定的，但对于完全互溶双液系，沸点不仅与外压有关，而且还与其组成有关，并且在沸点时，平衡的气-液两相组成往往不同。根据相律：F=C-P+2，一个气液共存的二组分体系，其自由度为2，只需再任意确定一个变量，其自由度就减为1，整个体系的存在状态就可以用二维图来描述。本实验中采用在一定压力下，作出体系的温度T和组分x的关系图，即T-x图。 完全互溶体系的T-x图可分为三类：①液体与Raoult定律的偏差不大，在T-x图上，溶液的沸点介于两种纯液体的沸点之间（图1.a），如苯-甲苯系统；②由于两组分的相互作用，溶液与Raoult定律有较大的负偏差，在T-x图上存在最高沸点（图1.b），如卤化氢-水系统；③ 溶液与Raoult定律有较大的正偏差，在T-x图上存在最低沸点（图1.c），如乙醇-水系统。②和③类溶液，在最高或最低沸点时的气-液两相组成相同，这些点称为恒沸点，此浓度的溶液称为恒沸点混合物，相应的温度称为恒沸温度，相应的组成称为恒沸组成。
t/℃
t/℃
t/℃
气
气
气
液
A
液
B
A
液
B
A
xB (a) xB (b) xB (c)
B
图1. 二元液系t-x图
本实验所要测绘的环己烷-乙醇体系即属于第二类溶液。对于一个组成恒定的封闭系统，当系统达到气液平衡温度时，气液两相的组成和温度恒定不变，以此便能得到该温度下的平衡气-液两相组成的一对坐标。依次改变系统的组成就能得到一系列的平衡气-液两相组成坐标点，用光滑曲线连接即成相图。
实验所用的沸点仪结构如图2，冷凝管底部的小球用以收集冷凝下来的气相样品。电热丝直接浸入溶液中加热可避免暴沸现象，温度计外的小玻璃罩有利于降低周围环境
可能造成的温度计读数波动。平衡时气-液两相
5 组成的分析用的是折射率法，因为溶液的折射率
1 与其组成有关。若在一定温度下，测得一系列已
知浓度溶液的折射率，作出该温度下溶液的折射率-组成工作曲线，就可通过测量同温度下的未2 知浓度溶液的折射率得到此溶液的浓度。因折射率是温度的函数，测定时必须严格控制阿贝折光仪的测量温度。 3 三、实验仪器和试剂
仪器：沸点仪，阿贝折光仪，超级恒温槽，调压
6 变压器，1/10℃温度计，普通温度计，滴管若干，吹风机。
4 试剂：环己烷（AR），无水乙醇（AR）。 图2. 沸点仪结构简图 四、实验步骤（环己烷中加入乙醇） 1.辅助温度计；2.测量温度计；1. 制作环己烷-乙醇液态混合物的工作曲线。（实验3.加料口；4.加热丝；5.冷凝液 前已制作完成） 取样口；6.盛冷凝液的小球 2．按照装置图安装沸点仪，保证仪器内部干燥、洁
净。打开超级恒温槽和阿贝折光仪，调节恒温槽的温度，使折光仪的测量温度达到30.0摄氏度左右（±0.2℃）。 3. 测定沸点
在沸点仪中加入30mL环己烷，打开冷却水，接通电源，缓缓加热，直至其沸腾，并保持一段时间，使冷凝液不断淋洗冷凝管底部的小球中的液体，知道温度计的读数保持稳定为止。分别记录测量温度计和辅助温度计的读数。 4. 取样分析
切断电源，停止加热，用烧杯盛冷水套在沸点仪底部，冷却容器内的液体。吸用滴管吸取冷凝管小球内的冷凝液测其折射率2-3次取平均值，在工作曲线上找出其对应的组成。另取一只滴管吸取烧瓶内的残留液按上述方法得到其组成。做好记录。
5. 吹干残留在两滴管内的液体待用，在环己烷中依次加入1mL、1mL、3mL、3mL……乙醇，每次加入后都重复3、4两步骤，直至沸点几乎不再下降以及冷凝液和残留液的折射率近似相等为止。
乙醇中加入环己烷的步骤基本相似，只是试剂加入量不同，具体见数据记录。
五、数据记录与数据处理
试验中我测定的为环己烷中加乙醇部分
室温：25.5℃ 大气压：101.67kPa 测量温度计露茎读数：50.10℃
阿贝折光仪的测量温度为：29.8℃（±0.1℃）
表1. 环己烷中加入乙醇混合物的气-液平衡数据
实验条件下，纯环己烷的沸点为80.88℃，折射率为1.4208
乙醇加入量/mL 0.2
t测/℃ 77.80 t辅/℃ 34.8 校正后沸点/℃ 78.14 气相（冷凝液） 折射率 1.4164 组成 0.892 液相（残留液） 折射率 1.4198 组成 0.990
0.5 0.5 1 2 4 4 73.33 69.60 66.50 65.30 64.98 64.90 34.8 33.5 35.0 34.5 33.8 33.8 73.63 69.89 66.75 65.54 65.22 65.14 1.4080 1.4036 1.4006 1.3991 1.3987 1.3985 0.716 0.632 0.578 0.552 0.545 0.541 1.4187 1.4175 1.4151 1.4102 1.4009 1.3933 0.966 0.939 0.886 0.781 0.600 0.552 *表中的组成均以环己烷的百分含量表示
乙醇中加环己烷数据
试验中我测定的为环己烷中加乙醇部分
室温：26.5℃ 大气压：101.82kPa 测量温度计露茎读数：49.72℃
阿贝折光仪的测量温度为：29.6℃（±0.1℃）
表2. 乙醇中加入环己烷混合物的气-液平衡数据
实验条件下，纯环己烷的沸点为78.50℃，折射率为1.3570
环己烷加入量/mL 1 3 3 5 5 7 7 t测/℃ 76.35 72.36 68.98 66.19 65.39 65.00 64.80 t辅/℃ 36.4 32.8 30.8 31.2 29.4 29.6 30.5 校正后沸点/℃ 76.66 72.67 69.28 66.46 65.67 65.27 65.07 气相（冷凝液） 折射率 1.3648 1.3808 1.3888 1.3944 1.3958 1.3965 1.3966 组成 0.089 0.284 0.399 0.489 0.512 0.524 0.526 液相（残留液） 折射率 1.3584 1.3623 1.3679 1.3769 1.3841 1.3882 1.3948 组成 0.016 0.061 0.125 0.233 0.330 0.390 0.495 *表中的组成均以环己烷的百分含量表示
据数据绘制相图如下
图3. 环己烷-乙醇二组分系统沸点-组成图
在origin中抓点得到：恒沸组成X环=0.531，恒沸温度为65.22℃ 文献理论值为：恒沸组成X环=0.555，恒沸温度为64.90℃
六、实验结果分析与讨论
图4. 相图恒沸点局部放大图
从上图可以看出，向乙醇中滴加环己烷和向环己烷中滴加乙醇得到的恒沸点数据是
不重合的。另一方面，实验测得的数据和理论值之间有一定的偏差。造成这些误差的原因主要有一下几点：
1.因为实验操作是由两人各自完成最后进行数据汇总，这其中的实验条件、仪器、操作、数据读取等方面两人之间都存在差异，其中的系统误差以及偶然误差也就不可避免。
2.在实验过程中，因实验仪器的精确度不能保证，阿贝折光仪的测量温度并不恒定，因此折射率也就不是在同一个温度下得到的，因折射率是温度的函数，所以数据间会有偏差，而标准工作曲线的使用条件是30℃，故所得的混合物组成就有误差。
3.溶液的沸点与外界气压是有关系的，在实验条件下，外界的气压并不是标准大气压，因此在高精度要求的实验中还需对混合物的沸点进行压力校正，公式为：
273.15+t测/℃1013225??/Pa?t=× 压10101325
此次试验中需要注意以下几个问题：
1.本实验采用的是回流分析法，因而回流的好坏将直接影响到实验的质量。要回流得好，首先是要注意回流时电热丝的供热，用调压变压器由0开始逐渐调大电压，使溶液缓慢加热。液体沸腾后，在调节电压和冷却水流量，是蒸汽在冷凝管中回流的高度保持在1-2cm左右。若液体剧烈沸腾，易造成气相冷凝不完全。待测量温度计的读书稳定后再维持3-5min以使体系达到平衡。
2.在实验操作的步骤中，对每一次试剂的加入量虽进行的规定，但实际加入量与所要求的加入量有较小偏差时，并不会对实验的最终结果产生影响。这是因为相图中组成的最后确定并不是以试剂加入量来确定的，而是通过最后遮光率的大小来确定的，因此折光率测量的准确性才是应该注重的。
3.在测折光率时，操作要迅速，动作迟缓容易造成试样中低沸点成分挥发，从而造成折光率测定不偏差；测量折光率时应尽量保证在恒温条件下进行；测量时应使液体充满棱镜，否则会造成目镜中看到的图像形状不规则，难以确定明暗界限，读数不准确。 4.使用折射仪时，开合棱镜要小心，使用时不能将滴管或其他硬物碰到镜面；每次
二组分完全互溶系统的气-液平衡相图
