實(shí)驗(yàn)四　雙液系的氣液平衡相圖

一、目的要求

1.采用回流冷凝法測(cè)定不同濃度的乙醇-乙酸乙酯體系的沸點(diǎn)和氣液兩相平衡成分。

2.繪制沸點(diǎn)-組成圖。

3.掌握阿貝折射儀的使用方法。

二、實(shí)驗(yàn)原理

在常溫下，兩液態(tài)物質(zhì)以任意比例相互溶解所組成的體系，在恒定壓力下表示溶液沸點(diǎn)與組成關(guān)系的相圖稱為沸點(diǎn)-組成圖。完全互溶雙液系恒定壓力下的沸點(diǎn)-組成圖可分為三類：①溶液沸點(diǎn)介于兩純組分沸點(diǎn)之間（圖4-1）；②溶液存在最低沸點(diǎn)（圖4-2）；③溶液存在最高沸點(diǎn)（圖4-3）。

對(duì)于②、③類溶液，有時(shí)稱為具有恒沸點(diǎn)雙液系，這兩類溶液與第①類溶液的根本區(qū)別是溶液在最低或最高沸點(diǎn)時(shí)氣、液兩相組成相同。因而也就不能像①類溶液那樣通過(guò)反復(fù)蒸餾而使雙液系的兩組分完全分離。

對(duì)于②、③類溶液，簡(jiǎn)單的反復(fù)蒸餾只能獲得某一純組分和最低或最高沸點(diǎn)相應(yīng)組成的混合物。要想獲得兩純組分，還要采取其他方法協(xié)助解決。溶液的最低或最高沸點(diǎn)稱為溶液的恒沸點(diǎn)，與此溫度相應(yīng)的組成稱為恒沸組成。

為了繪制沸點(diǎn)-組成圖，本實(shí)驗(yàn)利用回流及分析的方法測(cè)定不同組成溶液的沸點(diǎn)及氣液組成，沸點(diǎn)數(shù)據(jù)可直接獲得，氣液組成則利用組成與折射率之間的關(guān)系，應(yīng)用阿貝折射儀間接測(cè)得。即通過(guò)液體折射率的測(cè)定來(lái)確定其組成。

本實(shí)驗(yàn)用的沸點(diǎn)儀如圖4-4所示，主要部分是一個(gè)帶有回流冷凝管的長(zhǎng)頸圓底燒瓶，冷凝管底部有一個(gè)球形小室D，用于收集冷凝下來(lái)的氣相樣品，液相樣品則通過(guò)燒瓶上的支管抽取。本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上防止過(guò)熱現(xiàn)象和分餾效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)操作上，必須正確取得氣相和液相樣品，在取樣及加樣測(cè)定時(shí)，動(dòng)作要迅速，防止藥品的揮發(fā)及吸水。

三、儀器和試劑

沸點(diǎn)儀；阿貝折射儀；無(wú)水乙醇（A.R.）；調(diào)壓變壓器（0.5kV·A）1個(gè)；乙酸乙酯（A.R.）；超級(jí)恒溫槽1臺(tái)；溫度計(jì)（50～100℃，1/10）1支；250mL燒杯1個(gè)；移液管（20mL兩支，5mL兩支）。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.開(kāi)啟恒溫槽，調(diào)節(jié)至實(shí)驗(yàn)所需溫度。

2.乙醇-乙酸乙酯溶液的折射率-組成工作曲線的測(cè)定

對(duì)于乙醇-乙酸乙酯等部分有機(jī)液體混合體系，溶液組成（用乙酸乙酯的體積分?jǐn)?shù)表示）與折射率基本成直線關(guān)系，故只要測(cè)定純乙醇、純乙酸乙酯的折射率，以乙酸乙酯的體積分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，折射率為縱坐標(biāo)，將兩點(diǎn)連成直線，就得到折射率-組成工作曲線。

3.樣品的測(cè)定

（1）溶液的配制

分別依次加入表4-1中所列數(shù)量的乙醇、乙酸乙酯作沸點(diǎn)的測(cè)定及取樣。

（2）沸點(diǎn)的測(cè)定

自支管L加入所要測(cè)定的溶液，打開(kāi)冷凝水，接通電源，調(diào)節(jié)電壓將液體緩慢加熱，當(dāng)液體沸騰后，且蒸氣在冷凝管中回流，如此沸騰一段時(shí)間，使冷凝液不斷淋洗小球室D中的液體，直到溫度計(jì)上的讀數(shù)穩(wěn)定為止（一般達(dá)到平衡需沸騰7～10min），記錄溫度計(jì)的讀數(shù)。

（3）取樣

停止加熱。用一支細(xì)長(zhǎng)的干燥滴管，自冷凝管口伸入小球室D，吸取其中全部冷凝液，放在事先準(zhǔn)備好的干燥取樣管中，立即蓋好塞子。用另一支干燥滴管自支管L吸取A內(nèi)的溶液約1mL，放在另一支干燥取樣管中，立即蓋好塞子。在樣品的轉(zhuǎn)移過(guò)程中動(dòng)作要迅速而仔細(xì)，并應(yīng)盡早測(cè)定樣品的折射率，不宜久藏。

（4）測(cè)定折射率

分別測(cè)定所取的氣相與液相樣品的折射率，每一樣品加樣兩次，測(cè)兩次折射率，取其平均值。每次加樣前必須用擦鏡紙吸去殘留在鏡面上的溶液。

五、數(shù)據(jù)處理

1.按實(shí)驗(yàn)步驟2作出折射率-組成工作曲線。

2.將氣、液兩相樣品的折射率從工作曲線上查出相應(yīng)的組成。

3.作沸點(diǎn)-氣液相組成圖，從圖中確定系統(tǒng)的恒沸點(diǎn)溫度及恒沸混合物的組成。

六、思考題

1.在測(cè)定時(shí)，有過(guò)熱或分餾作用，將使所測(cè)相圖圖形產(chǎn)生什么變化？

2.沸點(diǎn)儀中的小球室D體積過(guò)大或過(guò)小，對(duì)測(cè)量有何影響？

3.按所得相圖，討論此溶液蒸餾時(shí)分離情況。

附：阿貝折射儀（圖4-5）的使用方法

將被測(cè)液體用干凈滴管加在折射棱鏡表面，并將進(jìn)光棱鏡蓋上，用鎖緊手輪10鎖緊，要求液層均勻，充滿視場(chǎng)，無(wú)氣泡。打開(kāi)遮光板3，合上反射鏡1，調(diào)節(jié)目鏡視度，使十字線成像清晰，此時(shí)旋轉(zhuǎn)折射率刻度調(diào)節(jié)手輪15并在目鏡視場(chǎng)中找到明暗分界線的位置，再轉(zhuǎn)色散調(diào)節(jié)手輪6使分界線不帶任何彩色，微調(diào)折射率刻度調(diào)節(jié)手輪15，使分界線位于十字線的中心，再適當(dāng)旋轉(zhuǎn)照明刻度盤(pán)聚光鏡12，此時(shí)目鏡視場(chǎng)下方顯示的示值即為被測(cè)液體的折射率。