實驗四　雙液系的氣液平衡相圖

一、目的要求

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

2.繪制沸點-組成圖。

3.掌握阿貝折射儀的使用方法。

二、實驗原理

在常溫下，兩液態物質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與組成關系的相圖稱為沸點-組成圖。完全互溶雙液系恒定壓力下的沸點-組成圖可分為三類：①溶液沸點介于兩純組分沸點之間（圖4-1）；②溶液存在最低沸點（圖4-2）；③溶液存在最高沸點（圖4-3）。

對于②、③類溶液，有時稱為具有恒沸點雙液系，這兩類溶液與第①類溶液的根本區別是溶液在最低或最高沸點時氣、液兩相組成相同。因而也就不能像①類溶液那樣通過反復蒸餾而使雙液系的兩組分完全分離。

對于②、③類溶液，簡單的反復蒸餾只能獲得某一純組分和最低或最高沸點相應組成的混合物。要想獲得兩純組分，還要采取其他方法協助解決。溶液的最低或最高沸點稱為溶液的恒沸點，與此溫度相應的組成稱為恒沸組成。

為了繪制沸點-組成圖，本實驗利用回流及分析的方法測定不同組成溶液的沸點及氣液組成，沸點數據可直接獲得，氣液組成則利用組成與折射率之間的關系，應用阿貝折射儀間接測得。即通過液體折射率的測定來確定其組成。

本實驗用的沸點儀如圖4-4所示，主要部分是一個帶有回流冷凝管的長頸圓底燒瓶，冷凝管底部有一個球形小室D，用于收集冷凝下來的氣相樣品，液相樣品則通過燒瓶上的支管抽取。本實驗的關鍵是在實驗設計上防止過熱現象和分餾效應。在實驗操作上，必須正確取得氣相和液相樣品，在取樣及加樣測定時，動作要迅速，防止藥品的揮發及吸水。

三、儀器和試劑

沸點儀；阿貝折射儀；無水乙醇（A.R.）；調壓變壓器（0.5kV·A）1個；乙酸乙酯（A.R.）；超級恒溫槽1臺；溫度計（50～100℃，1/10）1支；250mL燒杯1個；移液管（20mL兩支，5mL兩支）。

四、實驗步驟

1.開啟恒溫槽，調節至實驗所需溫度。

2.乙醇-乙酸乙酯溶液的折射率-組成工作曲線的測定

對于乙醇-乙酸乙酯等部分有機液體混合體系，溶液組成（用乙酸乙酯的體積分數表示）與折射率基本成直線關系，故只要測定純乙醇、純乙酸乙酯的折射率，以乙酸乙酯的體積分數為橫坐標，折射率為縱坐標，將兩點連成直線，就得到折射率-組成工作曲線。

3.樣品的測定

（1）溶液的配制

分別依次加入表4-1中所列數量的乙醇、乙酸乙酯作沸點的測定及取樣。

（2）沸點的測定

自支管L加入所要測定的溶液，打開冷凝水，接通電源，調節電壓將液體緩慢加熱，當液體沸騰后，且蒸氣在冷凝管中回流，如此沸騰一段時間，使冷凝液不斷淋洗小球室D中的液體，直到溫度計上的讀數穩定為止（一般達到平衡需沸騰7～10min），記錄溫度計的讀數。

（3）取樣

停止加熱。用一支細長的干燥滴管，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。在樣品的轉移過程中動作要迅速而仔細，并應盡早測定樣品的折射率，不宜久藏。

（4）測定折射率

分別測定所取的氣相與液相樣品的折射率，每一樣品加樣兩次，測兩次折射率，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、數據處理

1.按實驗步驟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的組成。

3.作沸點-氣液相組成圖，從圖中確定系統的恒沸點溫度及恒沸混合物的組成。

六、思考題

1.在測定時，有過熱或分餾作用，將使所測相圖圖形產生什么變化？

2.沸點儀中的小球室D體積過大或過小，對測量有何影響？

3.按所得相圖，討論此溶液蒸餾時分離情況。

附：阿貝折射儀（圖4-5）的使用方法

將被測液體用干凈滴管加在折射棱鏡表面，并將進光棱鏡蓋上，用鎖緊手輪10鎖緊，要求液層均勻，充滿視場，無氣泡。打開遮光板3，合上反射鏡1，調節目鏡視度，使十字線成像清晰，此時旋轉折射率刻度調節手輪15并在目鏡視場中找到明暗分界線的位置，再轉色散調節手輪6使分界線不帶任何彩色，微調折射率刻度調節手輪15，使分界線位于十字線的中心，再適當旋轉照明刻度盤聚光鏡12，此時目鏡視場下方顯示的示值即為被測液體的折射率。