產(chǎn)品型號：FNTY-3A
產(chǎn)品編號：FNTY-3A

揮發(fā)性雙液系氣液平衡常數

    1.實(shí)驗目的及要求

1）用回流冷凝法測定沸點(diǎn)時(shí)氣相與液相的組成，繪制雙液系(環(huán)己烷～異丙醇的T～X圖)。并找出恒沸點(diǎn)混合物的組成及恒沸點(diǎn)的溫度。

2）了解阿貝折光儀的構造原理，熟悉掌握阿貝折光儀的使用。

    2.實(shí)驗原理

    單組分液體在一定的外壓下沸點(diǎn)為一定值，把兩種*互溶的揮發(fā)性液體(組分A和B)混合后，在一定的溫度下，平衡共存的氣、液兩相組成通常并不相同。因此結果在恒壓下將溶液蒸餾，測定餾出物(氣相)和蒸餾液(液相)的組成，就能找出平衡時(shí)氣、液兩相的成分并繪出T～X圖。

    *互溶的雙液系T～x圖可分為三類(lèi)：①液體與拉烏爾定律的偏差不大在T～x圖上溶液的沸點(diǎn)介于A(yíng)、B兩純物質(zhì)沸點(diǎn)之間如圖1(a)所示，如苯～甲苯體系。②實(shí)際溶液由于A(yíng)、B兩組分相互影響，常與拉烏爾定律有較大負偏差，在T～x圖上出現點(diǎn)，如圖1(b)所示，如鹽酸～水體系；丙酮～氯仿體系等。③A、B兩組分混合后與拉烏爾定律有較大的正偏差，在丁～X圖上出現點(diǎn)如圖1(c)所示，如水～乙醇、苯～乙醇等體系。②③類(lèi)溶液在點(diǎn)或點(diǎn)時(shí)氣～液兩相組成相同，這些點(diǎn)稱(chēng)為恒沸點(diǎn)，其相應的溶液稱(chēng)為恒沸點(diǎn)混合物，恒沸點(diǎn)混合物靠蒸餾無(wú)法改其組成。

    平衡時(shí)氣～液兩相組成的分析，使用折射儀測定，因為溶液的折射率與組成有關(guān)。

圖1    *互溶雙液系的T～X圖

    本實(shí)驗選擇一個(gè)具有恒沸點(diǎn)的環(huán)己烷-異丙醇體系。在101325pa下測定一系列不同組成的混合溶液的沸點(diǎn)及在沸點(diǎn)時(shí)呈平衡的氣液兩相的組成，繪制T～X圖，并從相圖中確定恒沸點(diǎn)的溫度和組成。相圖中確定恒沸點(diǎn)的溫度和組成。

    測定沸點(diǎn)的裝置叫沸點(diǎn)測定儀(圖2)。這是一個(gè)帶回流冷凝管的長(cháng)頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下來(lái)的氣相樣品。電流通過(guò)浸入溶液中的電阻絲。這樣可以減少溶液沸騰時(shí)的過(guò)熱現象，防止暴沸。測定時(shí)，溫度傳感器要插在液面下，準確測出平衡溫度。

    溶液組成分析：由于環(huán)己烷和異丙醇的折光率相差較大，而折光率的測定又只需少量樣品，所以，可用折光率一組成工作曲線(xiàn)來(lái)測得平衡體系的兩相組成。阿貝(Abbe)折光儀的原理及使用詳見(jiàn)“物理化學(xué)實(shí)驗技術(shù)"。

3.儀器與藥品   詳見(jiàn)   /product_view.asp?id=69

生產(chǎn)廠(chǎng)家：南大萬(wàn)和

配置：

恒流源，溫度計（一體化），沸點(diǎn)測定玻璃儀，阿貝折射儀，加熱絲，橡皮塞，取樣管

技術(shù)參數：
1、測溫范圍：-50℃~180℃
2、測溫分辨率：0.01℃
3、精度：±0.05℃
4、電流0~2A連續可調   
5、輸出電壓16V

    蒸餾器1只，阿貝折光儀1臺，溫度傳感器1支，穩流電源(2A)1臺，吸液管(干燥)長(cháng)短各1根，小玻璃漏斗1只，環(huán)己烷(化學(xué)純)，異丙醇(化學(xué)純)。

    4.實(shí)驗步驟

1）純液體折光率的測定   分別測定異丙醇和環(huán)己烷的折光率，重復2—3次。

2）工作曲線(xiàn)的繪制   根據室溫下異丙醇和環(huán)己烷的密度，精確配制若干個(gè)環(huán)己烷不同質(zhì)量分數的雙液系，配好后立即蓋緊，依次在室溫下測定各溶液的折光率(本實(shí)驗中此步驟省略，同學(xué)們可直接用表1中的文獻值校正后使用)，繪制工作曲線(xiàn)。

3）沸點(diǎn)-組成數據的測定

（1）將干燥的沸點(diǎn)儀按圖2安裝好，檢查帶有溫度傳感器的橡皮塞是否塞緊。加熱用的電阻絲要盡量靠近底部中心，溫度傳感器的底部不能接觸電阻絲，而且每次更換溶液后，要保證測定條件盡量平行（包括溫度傳感器和電阻絲的相對位置）。

（2）溶液配置   粗略配制含異丙醇約5％，lO％，25％，35％，50％，75％，85％，90％，95％質(zhì)量的環(huán)己烷溶液約50Ml(已配好)。

（3）測定沸點(diǎn)及平衡的氣-液組成   在蒸餾器中加入25mL含有異丙醇約為5%的環(huán)己烷溶液，打開(kāi)冷卻水，同法加熱使溶液沸騰。最初在冷凝管下端袋狀部的液體不能代表平衡時(shí)氣相的組成(為什么?)，為加速達到平衡可將袋狀部?jì)茸畛趵淠囊后w傾回蒸餾器底部，并反復2～3次，待溫度讀數恒定再維持3-5min后記下沸點(diǎn)并停止加熱。隨即在冷凝管上口插入長(cháng)吸液管吸取袋狀部的蒸出液，迅速測其折光率。再用另一根短的吸液管，從蒸餾器的加料口吸出液體迅速測其折光率。迅速測定是防止由于蒸發(fā)而改變成分。每份樣品需讀數三次，取其平均值。實(shí)驗完畢，將蒸餾器中溶液倒回原瓶。

圖2蒸餾器的結構圖

1.溫度傳感器；2.加料；3.加熱絲

                           4.蒸出液取樣口   5.袋狀部

同法用含有異丙醇約為10％，25％，35％，50％，75％，85％，90％，95％的環(huán)已烷溶液進(jìn)行實(shí)驗，各次實(shí)驗后的溶液均倒回原瓶中。實(shí)驗過(guò)程中應注意室內氣壓的讀數。

    5   實(shí)驗注意事項

    1）電阻絲不能露出液面，一定要被欲測液體浸沒(méi)，否則通電加熱會(huì )引起有機液體燃燒。通過(guò)電流不能太大(在本實(shí)驗所用電阻絲時(shí))，只要能使欲測液體沸騰即可，過(guò)大會(huì )引起欲測液體(有機化合物)的燃燒或燒斷電阻絲。

    2）一定要使體系達到氣、液平衡，即溫度讀數恒定不變。

    3）只能在停止通電加熱后才能取樣分析。   

    4）使用阿貝折光儀時(shí)，棱鏡上不能觸及硬物(如滴管)，探棱鏡時(shí)需用擦鏡紙。

    5）實(shí)驗過(guò)程中必須在冷凝管中通入冷卻水，以使氣相全部冷凝。

    6   數據處理

    1）溶液的沸點(diǎn)與大氣壓有關(guān)。應用特魯(Trouton)規則及克勞修斯一克萊受龍公式可得溶液沸點(diǎn)隨大氣壓變化而變化的近似式：

式中T_ob為在標準大氣壓(Po=101325Pa)下的正常沸點(diǎn)。異丙醇為355.5K；T_b為在實(shí)驗時(shí)大氣壓P的沸點(diǎn)。

    計算純異丙醇在實(shí)驗時(shí)的大氣壓下沸點(diǎn)，與實(shí)驗時(shí)溫度計上讀得的沸點(diǎn)相比較，求出溫度計本身誤差的改正值。并逐一改正各不同濃度溶液的沸點(diǎn)。

    2）已知293.2K時(shí)環(huán)已烷與異丙醇混合液的濃度與折光率n²⁰_D的數據如表1所示。

表1

注：摘自Jean Timmermans：(The Physico—Chemical Constants of Binary Systems))Vol·2，P·37(Wiley。Interscience'New   York，1959-1960)．

用坐標紙(或Excel)繪出n²⁰_D與質(zhì)量百分數的關(guān)系曲線(xiàn)，根據實(shí)驗測定的結果，從圖上查出餾出液及蒸餾液的成分(如在實(shí)驗測定折光率時(shí)的溫度不是20℃，則應另找一條在該溫度的標準曲線(xiàn)，或者近似地以溫度每升高1℃，折光率降低4×10^-4，改正到20℃再在圖上找出相應成分)，列于表2中。   

表2.2                  室溫                大氣壓                                       

    3）用以上所得數據繪制其T～X圖，從圖求出環(huán)己烷～異丙醇體系的恒沸點(diǎn)組成及其溫度。環(huán)已烷的正常沸點(diǎn)為353.4K。

    7   思考題

    1）蒸餾器中收集氣相冷凝液的袋狀部的大小對結果有何影響?

    2）蒸餾時(shí)因儀器保溫條件欠佳，在氣相到達袋狀部前，沸點(diǎn)較高的組成會(huì )發(fā)生部分冷凝，這樣它們的丁～X圖將怎樣變化?

    3）你認為本實(shí)驗所用的蒸餾器尚有哪些缺點(diǎn)?如何改進(jìn)?

4）試估計哪些因素是本實(shí)驗誤差的主要來(lái)源?

5）試推導沸點(diǎn)校正公式：

8   討論

    1）具有恒沸點(diǎn)的雙液體系很多，如環(huán)己烷～乙醇體系，苯～乙醇體系以及本實(shí)驗的環(huán)己烷～異丙醇體系。上述體系中苯～乙醇體系可以精確繪制出T～x圖。其余體系液相線(xiàn)較為平坦，T～X圖欠佳，但苯有毒，故未選用。

    2）本實(shí)驗所用蒸餾器是較簡(jiǎn)單的一種，它利用電阻絲在溶液內部加熱，這樣比較均勻，可減少燥沸。所用電阻絲是26^#鎳鉻絲，長(cháng)度約14cm，繞成約3mm直徑的螺旋圈，再焊接于14^#銅絲上，然后把銅絲穿過(guò)包有錫紙的木塞(銅絲勿與錫紙接觸，用錫紙包木塞可防止蒸餾時(shí)木塞中的雜質(zhì)進(jìn)入溶液中)。是用帶有二孔的玻璃塞來(lái)替代木塞，把銅絲用火漆或環(huán)氧樹(shù)脂固定在玻璃塞的孔上。

    3）蒸餾氣體到達冷凝管前，常會(huì )有部分沸點(diǎn)較高的組分被冷凝，因而所測得氣相成分可能并不代表真正的氣相成分，為減小由此引入的誤差，蒸餾器中的支管位置不宜太高，沸騰液體的液面與支管上袋狀部間的距離不應過(guò)遠，在儀器外再加棉套之類(lèi)的保溫層，以減少蒸氣先行冷凝。

    4）本實(shí)驗中，水銀溫度大部分是在蒸餾器內部，露出器外的部分較少，故對溫度計的露絲校正可忽略。

    5）如果已知溶液的密度與組成的關(guān)系曲線(xiàn)也可以由測定密度來(lái)定出其組成。但這種方法往往需較多的溶液量，而且費時(shí)，而使用測定折射率的方法，簡(jiǎn)便且液體用量少，但它要求組成體系的兩組分的折射率有一定差值。

參考文獻：南京大學(xué)出版社   物理化學(xué)實(shí)驗    復旦大學(xué)物化實(shí)驗   山東大學(xué)物化實(shí)驗

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