簡(jiǎn)介：任意兩個(gè)在常溫時(shí)為液態(tài)的物質(zhì)混合起來組成的體系稱為雙液系。兩種溶液若能按任意比例進(jìn)行溶解，稱為完全互溶雙液系；若只能在一定比例范圍內(nèi)溶解，稱為部分互溶雙液系。環(huán)己烷-乙醇二元體系就是完全互溶雙液系。

1. 目的要求

(1) 繪制在P⁰下環(huán)己烷-乙醇雙液系的氣-液平衡相圖，了解相圖和相律的基本概念。

(2) 掌握測(cè)定雙組分液體沸點(diǎn)的方法。��

(3) 掌握用折光率確定二元液體組成的方法。��

2. 基本原理��

任意兩個(gè)在常溫時(shí)為液態(tài)的物質(zhì)混合起來組成的體系稱為雙液系。兩種溶液若能按任意比例進(jìn)行溶解，稱為完全互溶雙液系；若只能在一定比例范圍內(nèi)溶解，稱為部分互溶雙液系。環(huán)己烷-乙醇二元體系就是完全互溶雙液系。��

液系蒸餾時(shí)的氣相組成和液相組成并不相同。通常用幾何作圖的方法將雙液系的沸點(diǎn)對(duì)其氣相和液相的組成作圖，所得圖形叫雙液系的沸點(diǎn)(T)組成(x)圖，即T—x圖。它表明了在沸點(diǎn)時(shí)的液相組成和與之平衡的氣相組成之間的關(guān)系。�お�

圖Ⅱ-2-1雙液系的T-x圖�� ��

雙液系的T—x圖有三種情況：��

(1)理想溶液的T—x圖(圖Ⅱ-2-1a)，它表示混合液的沸點(diǎn)介于A、B二純組分沸點(diǎn)之間。這類雙液系可用分餾法從溶液中分離出兩個(gè)純組分。

(2）有最低恒沸點(diǎn)體系的T—x圖（圖Ⅱ-2-1b）和有最高恒沸點(diǎn)體系的T—x圖（圖Ⅱ-2-1c）。這類體系的T—x圖上有一個(gè)最低和一個(gè)最高點(diǎn)，在此點(diǎn)相互平衡的液相和氣相具有相同的組成，分別叫做最低恒沸點(diǎn)和最高恒沸點(diǎn)。對(duì)于這類的雙液系，用分餾法不能從溶液中分離出兩個(gè)純組分。��

本實(shí)驗(yàn)選擇一個(gè)具有最低恒沸點(diǎn)的環(huán)己烷—乙醇體系。在101.325KPa下測(cè)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。��

測(cè)定沸點(diǎn)的裝置叫沸點(diǎn)測(cè)定儀(圖Ⅱ-2-2)。這是一個(gè)帶回流冷凝管的長(zhǎng)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。這樣既可減少溶液沸騰時(shí)的過熱現(xiàn)象,還能防止暴沸。測(cè)定時(shí)，溫度計(jì)水銀球要一半在液面下，一半在氣相中，以便準(zhǔn)確測(cè)出平衡溫度。

溶液組成分析。由于環(huán)己烷和乙醇的折光率相差較大，而折光率的測(cè)定又只需少量樣品，所以，可用折光率-組成工作曲線來測(cè)得平衡體系的兩相組成。阿貝(Abbe)折光儀的原理及使用詳見本書Ⅲ物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)范。

圖Ⅱ-2-2沸點(diǎn)儀��

1.溫度計(jì) 2.加液口 3.電熱絲��4.分餾液取樣口 5.分餾液��

3. 儀器 試劑��

沸點(diǎn)測(cè)定儀 1個(gè)��

阿貝 折光儀 1臺(tái)��

直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)��

取樣管 10支��

環(huán)己烷(分析純)��

無水乙醇(分析純)��

4. 實(shí)驗(yàn)步驟��

(1) 純液體折光率的測(cè)定 ：分別測(cè)定乙醇和環(huán)己烷的折光率，重復(fù)2次～3次。

(2) 工作曲線的繪制：根據(jù)室溫下乙醇和環(huán)己烷的密度，精確配制環(huán)己烷的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1、0.2、0.3、0.4 …，1的乙醇溶液，配好后立即蓋緊，依次在室溫下測(cè)定各溶液的折光 率(本實(shí)驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)溶液已經(jīng)配好，同學(xué)們可直接測(cè)定)，繪制工作曲線。��

應(yīng)該指出的是，溶液的折光率是和溫度有關(guān)的。嚴(yán)格說來，折光率的測(cè)定應(yīng)在恒溫條件下進(jìn)行。��

(3) 測(cè)定沸點(diǎn)-組成數(shù)據(jù)：

① 安裝沸點(diǎn)測(cè)定儀：將干燥的沸點(diǎn)測(cè)定儀按圖Ⅱ-2-2安裝好，檢查帶有溫度計(jì)的橡皮塞是否(塞緊。加熱用的電阻絲要靠近底部中心，溫度計(jì)的水銀球不能接觸電阻絲，而且每次更換溶液后，要保證測(cè)定條件盡量平行(包括水銀溫度計(jì)和電阻絲的相對(duì)位置)。

② 溶液配制：粗略配制環(huán)己烷的重量百分濃度為0.05，0.1，0.2，0.45，0.55，0.6，0.7，0.8，0.9等組成的環(huán)己烷-乙醇溶液約50mL(已配好)。

③ 測(cè)定沸點(diǎn)及平衡的氣～液相組成：取掉塞子，加入所要測(cè)定的溶液(約40mL)，其(液面以在水銀球中部為宜。接好加熱線路，打開冷凝水，再接通電源。調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使加熱電壓為10V～15V，緩慢加熱。當(dāng)液體沸騰后，再調(diào)節(jié)電壓控制之，使液體沸騰時(shí)能在冷凝管中凝聚。使蒸氣在冷凝管中回流高度不宜太高，以2cm左右為好。如此,沸騰一段時(shí)間，待溫度穩(wěn)定后再維持3min～5min以使體系達(dá)到平衡，再記錄沸點(diǎn)溫度。然后停止加熱，并立即測(cè)定氣液兩相的折光率。用盛有冰水的250mL燒杯套在沸點(diǎn)測(cè)定儀底部使體系冷卻。用干燥滴管自冷凝管口伸入小球，吸取其中全部冷凝液。用另一支滴管由支管吸取圓底)燒瓶?jī)?nèi)的溶液約1mL。上述兩者即可認(rèn)為是體系平衡時(shí)氣、液兩相的樣品。分別迅速測(cè)定它(們的折光率。每個(gè)樣品測(cè)定完畢，應(yīng)將溶液倒回原瓶，再以相同方法測(cè)另一樣品，得到一系列不同組成的環(huán)己烷—乙醇的沸點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的氣—液兩相的折光率。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，由工作曲線確定氣—液兩相的組成。

5. 數(shù)據(jù)處理��

(1) 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表，格式如下：��

室溫： 大氣壓：��

記錄格式1

表Ⅱ-2-1 環(huán)己烷—乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的折光率��

表Ⅱ-2-2 不同組成的環(huán)己烷-乙醇溶液的折光率��

(2) 繪制工作曲線，即環(huán)己烷—乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的折光率與組成的關(guān)系曲線。

(3) 根據(jù)工作曲線確定各待測(cè)溶液氣相和液相的平衡組成，填入表中。以組成為橫軸，沸點(diǎn)為縱軸，繪出氣相與液相的平衡曲線，即雙液系相圖。��

(4) 由圖中確定最低恒沸點(diǎn)的溫度和組成。��

(5) 文獻(xiàn)值：��

① 環(huán)乙烷—乙醇體系的折光率-組成關(guān)系。��

表Ⅱ-2-3 25℃時(shí)環(huán)己烷—乙醇體系的折光率一組成關(guān)系

(3) 如果要測(cè)純環(huán)己烷、純乙醇的沸點(diǎn)，蒸餾瓶必須洗凈，而且烘干，而測(cè)混合液沸點(diǎn)和組成時(shí)，蒸餾瓶則不洗也不烘，為什么?