1、实验四 斜式沸点计法测定二元互溶系 汽液平衡相图 一、实验目的 1了解恒压（大气压）下汽液平衡数据的测定方法，用斜式沸点计测定乙醇环己烷汽液平衡数据并绘出TX相图。 2了解斜式沸点计的构造特点，并与Swietoslawski等沸点计（参见实验28之图3-11）比较斜式沸点计有哪些优、缺点。 3掌握阿贝折光仪的构造、原理、使用方法，并用阿贝折光仪测定溶液组成。 二、基本原理 根据相律，在恒定的压力P下，二元系气液平衡共存时，体系的独立强度变量只有一个，因此体系的平衡温度T、 平衡液相组成X存在着一一对应的TX关系（称为泡点线）；同理，T与汽相平衡组成Y也存在着一一对应的关系（称为露点线）。以T为
2、纵坐标，以X、Y为横坐标，绘出TX和TY曲线，便得到了恒压下的气液平衡相图有时简称TX（Y）图。 二元互溶系是指对于任意的组成其液相均为一相的两组分体系。实验表明，在通常的温度和压力下，它的TX（Y）图有三种类型（图313、图14、图15，图中，X和Y都以组成B的摩尔分数表示）。 与图3-13不同，图3-14和图3-15中分别存在着最小和最大极值点（分别称为最低恒沸点和最高恒沸点）。由热力学理论可以证明：在恒定的压力下，若汽液二相的平衡组成一样，则平衡温度必是最低或最高；反之亦然。（本实验测定的环己烷乙醇体系属于图3-14的类型。） 测定二元互溶体系 TX（Y）图的方法是：在某个恒定的压力下，
3、使体系达到汽液平衡状态，测出汽液平衡温度T后，同时取出汽、液相样品并分析其组成Y和X，从而便得到（TX）曲线上的一个点（T0，XB）和TY曲线上的一个点（T0，YB），如图3-13所示。（近年来，也发展了一些用非分析方法测定气液平衡数据，这可以参见有关文献。）测定一系列不同组成溶液的沸点Ti和与之对应的B（或A）物质液相组成xi和气相组成yi，以X（Y）为横坐标，T为纵坐标可得TX（Y）相图。 本实验采用测定折光率的方法分析样品的组成。此法的根据是：在给定的温度下，溶液的组成与图3-13 无极值点的 图3-14 有最小极值点的 图3-15 有最大极值点的 TX(y)图 TX(y)图 TX(y)
4、图 其折光率是一一对应的。因此，可预先测定出一系列已知组成的该种溶液的折光率，得到所谓“组成折光率”工作曲线。然后，测出未知组成的该种溶液的折光率，从工作曲线可查出对应的组成。 相平衡是后续课程化工原理的重要内容之一。以 TX（Y）相图作为依据之一的分馏操作，不论在工业生产中的物理提纯还是实验室研究中都有广泛的应用，因此熟悉溶液的沸点以及气液平衡组成的测定方法是有益的。 三、仪器及试剂 本实验采用斜式沸点计测定TX（Y）图，测定装置如图3-16所示。 测定溶液折光率采用阿贝折光仪，其构造、原理和使用方法参见本书第七章之光学测量技术。 实验所需仪器和试剂如下： 1斜式沸点计 1套 2电磁搅拌器
5、1台 3自耦式调压器（500W，0250V）1台 4二级标准温度计(50100，最小分度0.1) 1支 5注射器1或2ml 14支 6阿贝折光仪 1台 7环己烷（分析纯） 8乙醇（分析纯） 四、实验步骤 1、加样品 2、通冷却水 3、开启磁力搅拌器，慢慢由小至大调节搅拌速度 4、加热。调节变压器到25左右 5、气液达到平衡，温度恒定不变时，测汽液平衡温度（沸点）T测。及气、液相的折光率。 6、绘制沸点-组成图 五、操作注意事项 1、加样至如图3-16所示的液面线以上。 2、开通冷却水时，要缓慢，防止水压过大，将橡胶管接口冲开，把水弄到电器上。 3、搅拌速度不要太快，以免小磁棒钻入斜式沸点计的加
6、热管中。 4、加热功率不能太大（不超过25V），以免烧断加热器电阻丝。 5、取样，测折射率动作要快，防止挥发。 6、折射仪用后打开自然挥发或用擦镜纸吸干下片，扇风挥发（不可擦）上片。棱镜不能触及硬物(如1-加热管；2-提升管；3-平衡室； 4-温度计；5-液相取样口；6-气相取样口；7-冷凝器；8-加料（取料）口； 9-磁性搅拌棒；10-磁力搅拌器； 11-加热电压调节器 图3-16 多功能斜式沸点计 滴管)。 7、吸液管要保持清洁干燥，不能带入残液。 六、实验数据的记录及处理 1数据记录。在数据记录表中记下不同组成的沸点及相应的 ni,l和 ni,g,同时记下温度计的校正值ti和阿贝折光仪的
7、校正值N（仪温）。 数据记录表： 实验前室温 ；实验结束室温 ；平均室温 ； 实验前大气压 ；实验结束大气压 ；平均大气压 ； t/ n1 ng 序号 测t t 校t 室测n 温）（仪N cn15校）环（lX 室测n 温）（仪N cn15校）环（gX 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 表中t为每支温度计的校正值。N(仪+温)为实验过程中不同时间阿贝折光仪的校正值。 2数据处理 （1） 温度计误差校正。 （2）阿贝折光仪校正。 （3）作标准工作曲线。 （4）用公式Cglin15)(,=室测， )(, glin温）（仪N求出第i个实验点的C15)g(l,in。将所求
8、得的数值写入上述数据记录表格中。 （5）用公式t校，it测，iti求出t校，I ，并将数据记录在数据记录表中。 （6）根据cgn15标和cln15标的数值，从标准工作曲线上分别查出相应的 X环,g和 X环l写入数据记录表中。 （7）根据数据记录表中t校，i、X环l,i和X环g,i在坐标纸上画出实验大气压下的tX 和 tY 曲线（即相图），并求出恒沸点的温度 t恒和组成 X环恒（文献值为64.6、X环0.56）。 七、思考题 1何为相图?气液平衡相图有几种类型?什么叫恒沸点? 2如何绘制相图?本实验实际测量的物理量是什么? 3阿贝折光仪为何要校正，本实验是采用什么方法校正阿贝折光仪? 4如何判断
9、气液两相已达平衡? 5在室温下测定折光率，存在什么问题? 6你如何由实验所测得到折光率求X环? 7讨论本实验的主要误差来源。 八、阿贝折光仪的使用 1. 用擦镜纸将镜面擦干，取样管垂直向下将样品滴加在镜面上，注意不要有气泡，然后将上棱镜合上，关上旋钮。 2. 打开遮光板，合上反射镜。 3. 轻轻旋转目镜，使视野最清晰。 4. 旋转刻度调节手轮（下手轮），使目镜中出现明暗面（中间有色散面），图a。 5. 旋转色散调节手轮（上手轮），使目镜中色散面消失，出现半明半暗面，图 b,c。 6. 再旋转刻度调节手轮（下手轮），使分界线处在十字相交点，图d。 7. 在下标尺上读取样品的折光率。 阿贝折光仪读数系统示意图
