实验四　双液系的气液平衡相图

一、目的要求

1.采用回流冷凝法测定不同浓度的乙醇-乙酸乙酯体系的沸点和气液两相平衡成分。

2.绘制沸点-组成图。

3.掌握阿贝折射仪的使用方法。

二、实验原理

在常温下，两液态物质以任意比例相互溶解所组成的体系，在恒定压力下表示溶液沸点与组成关系的相图称为沸点-组成图。完全互溶双液系恒定压力下的沸点-组成图可分为三类：①溶液沸点介于两纯组分沸点之间（图4-1）；②溶液存在最低沸点（图4-2）；③溶液存在最高沸点（图4-3）。

对于②、③类溶液，有时称为具有恒沸点双液系，这两类溶液与第①类溶液的根本区别是溶液在最低或最高沸点时气、液两相组成相同。因而也就不能像①类溶液那样通过反复蒸馏而使双液系的两组分完全分离。

对于②、③类溶液，简单的反复蒸馏只能获得某一纯组分和最低或最高沸点相应组成的混合物。要想获得两纯组分，还要采取其他方法协助解决。溶液的最低或最高沸点称为溶液的恒沸点，与此温度相应的组成称为恒沸组成。

为了绘制沸点-组成图，本实验利用回流及分析的方法测定不同组成溶液的沸点及气液组成，沸点数据可直接获得，气液组成则利用组成与折射率之间的关系，应用阿贝折射仪间接测得。即通过液体折射率的测定来确定其组成。

本实验用的沸点仪如图4-4所示，主要部分是一个带有回流冷凝管的长颈圆底烧瓶，冷凝管底部有一个球形小室D，用于收集冷凝下来的气相样品，液相样品则通过烧瓶上的支管抽取。本实验的关键是在实验设计上防止过热现象和分馏效应。在实验操作上，必须正确取得气相和液相样品，在取样及加样测定时，动作要迅速，防止药品的挥发及吸水。

三、仪器和试剂

沸点仪；阿贝折射仪；无水乙醇（A.R.）；调压变压器（0.5kV·A）1个；乙酸乙酯（A.R.）；超级恒温槽1台；温度计（50～100℃，1/10）1支；250mL烧杯1个；移液管（20mL两支，5mL两支）。

四、实验步骤

1.开启恒温槽，调节至实验所需温度。

2.乙醇-乙酸乙酯溶液的折射率-组成工作曲线的测定

对于乙醇-乙酸乙酯等部分有机液体混合体系，溶液组成（用乙酸乙酯的体积分数表示）与折射率基本成直线关系，故只要测定纯乙醇、纯乙酸乙酯的折射率，以乙酸乙酯的体积分数为横坐标，折射率为纵坐标，将两点连成直线，就得到折射率-组成工作曲线。

3.样品的测定

（1）溶液的配制

分别依次加入表4-1中所列数量的乙醇、乙酸乙酯作沸点的测定及取样。

（2）沸点的测定

自支管L加入所要测定的溶液，打开冷凝水，接通电源，调节电压将液体缓慢加热，当液体沸腾后，且蒸气在冷凝管中回流，如此沸腾一段时间，使冷凝液不断淋洗小球室D中的液体，直到温度计上的读数稳定为止（一般达到平衡需沸腾7～10min），记录温度计的读数。

（3）取样

停止加热。用一支细长的干燥滴管，自冷凝管口伸入小球室D，吸取其中全部冷凝液，放在事先准备好的干燥取样管中，立即盖好塞子。用另一支干燥滴管自支管L吸取A内的溶液约1mL，放在另一支干燥取样管中，立即盖好塞子。在样品的转移过程中动作要迅速而仔细，并应尽早测定样品的折射率，不宜久藏。

（4）测定折射率

分别测定所取的气相与液相样品的折射率，每一样品加样两次，测两次折射率，取其平均值。每次加样前必须用擦镜纸吸去残留在镜面上的溶液。

五、数据处理

1.按实验步骤2作出折射率-组成工作曲线。

2.将气、液两相样品的折射率从工作曲线上查出相应的组成。

3.作沸点-气液相组成图，从图中确定系统的恒沸点温度及恒沸混合物的组成。

六、思考题

1.在测定时，有过热或分馏作用，将使所测相图图形产生什么变化？

2.沸点仪中的小球室D体积过大或过小，对测量有何影响？

3.按所得相图，讨论此溶液蒸馏时分离情况。

附：阿贝折射仪（图4-5）的使用方法

将被测液体用干净滴管加在折射棱镜表面，并将进光棱镜盖上，用锁紧手轮10锁紧，要求液层均匀，充满视场，无气泡。打开遮光板3，合上反射镜1，调节目镜视度，使十字线成像清晰，此时旋转折射率刻度调节手轮15并在目镜视场中找到明暗分界线的位置，再转色散调节手轮6使分界线不带任何彩色，微调折射率刻度调节手轮15，使分界线位于十字线的中心，再适当旋转照明刻度盘聚光镜12，此时目镜视场下方显示的示值即为被测液体的折射率。