產品型號：FNTY-3A
產品編號：FNTY-3A

揮發性雙液系氣液平衡常數

    1.實驗目的及要求

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

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.實驗原理

    單組分液體在一定的外壓下沸點為一定值，把兩種*互溶的揮發性液體(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：①液體與拉烏爾定律的偏差不大在T～x圖上溶液的沸點介于A、B兩純物質沸點之間如圖1(a)所示，如苯～甲苯體系。②實際溶液由于A、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，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圖上出現點如圖1(c)所示，如水～乙醇、苯～乙醇等體系。②③類溶液在點或點時氣～液兩相組成相同，這些點稱為恒沸點，其相應的溶液稱為恒沸點混合物，恒沸點混合物靠蒸餾無法改其組成。

    平衡時氣～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。

圖1    *互溶雙液系的T～X圖

    本實驗選擇一個具有恒沸點的環己烷-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及在沸點時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的溫度和組成。相圖中確定恒沸點的溫度和組成。

    測定沸點的裝置叫沸點測定儀(圖2)。這是一個帶回流冷凝管的長頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下來的氣相樣品。電流通過浸入溶液中的電阻絲。這樣可以減少溶液沸騰時的過熱現象，防止暴沸。測定時，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來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“物理化學實驗技術”。

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

生產廠家：南大萬和

配置：

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

技術參數：
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)長短各1根，小玻璃漏斗1只，環己烷(化學純)，異丙醇(化學純)。

    4.實驗步驟

1）純液體折光率的測定   分別測定異丙醇和環己烷的折光率，重復2—3次。

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

3）沸點-組成數據的測定

（1）將干燥的沸點儀按圖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％質量的環己烷溶液約50Ml(已配好)。

（3）測定沸點及平衡的氣-液組成   在蒸餾器中加入25mL含有異丙醇約為5%的環己烷溶液，打開冷卻水，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氣相的組成(為什么?)，為加速達到平衡可將袋狀部內最初冷凝的液體傾回蒸餾器底部，并反復2～3次，待溫度讀數恒定再維持3-5min后記下沸點并停止加熱。隨即在冷凝管上口插入長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而改變成分。每份樣品需讀數三次，取其平均值。實驗完畢，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％的環已烷溶液進行實驗，各次實驗后的溶液均倒回原瓶中。實驗過程中應注意室內氣壓的讀數。

    5   實驗注意事項

    1）電阻絲不能露出液面，一定要被欲測液體浸沒，否則通電加熱會引起有機液體燃燒。通過電流不能太大(在本實驗所用電阻絲時)，只要能使欲測液體沸騰即可，過大會引起欲測液體(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，棱鏡上不能觸及硬物(如滴管)，探棱鏡時需用擦鏡紙。

    5）實驗過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）溶液的沸點與大氣壓有關。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。異丙醇為355.5K；T_b為在實驗時大氣壓P的沸點。

    計算純異丙醇在實驗時的大氣壓下沸點，與實驗時溫度計上讀得的沸點相比較，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。

    2）已知293.2K時環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與質量百分數的關系曲線，根據實驗測定的結果，從圖上查出餾出液及蒸餾液的成分(如在實驗測定折光率時的溫度不是20℃，則應另找一條在該溫度的標準曲線，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，從圖求出環己烷～異丙醇體系的恒沸點組成及其溫度。環已烷的正常沸點為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）蒸餾時因儀器保溫條件欠佳，在氣相到達袋狀部前，沸點較高的組成會發生部分冷凝，這樣它們的丁～X圖將怎樣變化?

    3）你認為本實驗所用的蒸餾器尚有哪些缺點?如何改進?

4）試估計哪些因素是本實驗誤差的主要來源?

5）試推導沸點校正公式：

8   討論

    1）具有恒沸點的雙液體系很多，如環己烷～乙醇體系，苯～乙醇體系以及本實驗的環己烷～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。其余體系液相線較為平坦，T～X圖欠佳，但苯有毒，故未選用。

    2）本實驗所用蒸餾器是較簡單的一種，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木塞中的雜質進入溶液中)。是用帶有二孔的玻璃塞來替代木塞，把銅絲用火漆或環氧樹脂固定在玻璃塞的孔上。

    3）蒸餾氣體到達冷凝管前，常會有部分沸點較高的組分被冷凝，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遠，在儀器外再加棉套之類的保溫層，以減少蒸氣先行冷凝。

    4）本實驗中，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系曲線也可以由測定密度來定出其組成。但這種方法往往需較多的溶液量，而且費時，而使用測定折射率的方法，簡便且液體用量少，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：南京大學出版社   物理化學實驗    復旦大學物化實驗   山東大學物化實驗

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