乙醇－乙酸乙酯双液系相图

实验92　乙醇－乙酸乙酯双液系相图

实验目的

了解测定二元液相体系的气－液平衡相图及绘制相图的方法，理解相图和相律的基本概念；了解液体折射率的测量方法，掌握阿贝折光仪的一般原理及操作方法；了解用光学方法进行物理化学实验的基本原理。

实验原理

两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系。如果两个组分以任意比例互相溶解，则称为完全互溶双液系。液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度。在一定的外压下，纯液体的沸点有确定的值，但对于完全互溶的双液系，沸点不仅与外压有关，而且还和双液系的组成有关。在定压下，完全互溶的双液系的沸点－组成图（见图6－12），可分为三类：

（1）溶液的沸点介于两纯组分的沸点之间，如图6－12（a）所示，如苯－甲苯体系；

（2）溶液有最高沸点，如图6－12（b）所示，如丙酮－氯仿体系、卤化氢－水体系；

（3）溶液有最低沸点，如图6－12（c）所示，如水－乙醇、苯－乙醇体系。

图6－12　完全互溶的双液系沸点－组成图

图6－12中（a）类相图在体系处于沸点时，气、液两相的组成不相同，因而可以通过反复蒸馏使双液系的两个组分完全分离。（b）、（c）类相图的特点是出现极值。苯－甲苯双液系基本接近于理想溶液，而绝大多数实际体系与拉乌尔（Raoult）定律有一定偏差。正偏差很大的体系，如图6－12（c）所示，在t－x图上呈现极小值；负偏差很大时，如图6－12（b）所示，则会出现极大值。相图中出现极值的那一点，称为恒沸点。具有该点组成的双液系，在蒸馏时的气相组成和液相组成完全一样，在整个蒸馏过程中，沸点也恒定不变。对应于恒沸点组成的双液系，称为恒沸混合物，不能通过简单的蒸馏获得某一纯组分。如要获得两个纯组分，则需采取其他方法。

一定温度下的折射率，是物质的一个特征性质，溶液的折射率与组成有关，因此，测定一系列已知浓度的溶液的折射率，作出在某一温度下该溶液的折射率－组成工作曲线，根据未知溶液的折射率，可按内插法得到这种未知溶液的组成。

乙醇－乙酸乙酯双液系是具有最低恒沸点的体系，实验时通过将不同组成的双液系加热回流使体系达到平衡，用配置超级恒温槽的阿贝折光仪来测定平衡体系的气－液平衡组成，用沸点测定仪测量平衡温度，绘制其t－x图。

实验用品

仪器　沸点测定仪；阿贝折光仪；超级恒温槽等。

试剂　无水乙醇（分析纯）；乙酸乙酯（分析纯）等。

实验步骤

（1）安装沸点仪。将干燥的沸点仪按图6－13安装好。注意：要检查瓶口带有温度计（可用测温传感器代替）的软木塞是否塞紧，同时将加热用的电热丝置于靠近容器底部的中心位置。

图6－13　沸点仪

（2）工作曲线的绘制。精确配制体积分数为0.2、0.4、0.6、0.8的乙醇－乙酸乙酯混合液。在恒温（25℃）下，用阿贝折光仪（使用方法见附录A）测定其折射率，测定时，调节通入阿贝折光仪的恒温槽的水温在（25±0.1）℃，每个样品要同时测读三次折射率。将体积分数分别换成摩尔分数。绘制组成－折射率工作曲线。

（3）测定沸点。自支管口加入乙醇体积分数为0.1的30mL乙醇－乙酸乙酯粗配混合溶液，开冷却水，接通电源，将加热电压调至15V，加热体系至沸腾，且蒸气能在冷凝管中凝聚。如此沸腾一段时间，直到沸点仪显示温度读数稳定在2min之内不再继续变化为止。记录温度t。

（4）气、液相组成的测定。切断电源，停止加热，冷却容器内液体，分别用干燥的移液管吸取E处的蒸气冷凝液和瓶中残留液测定其折射率。测定时，调节通入阿贝折光仪的恒温槽的水温在（25±0.1）℃，每个样品要同时测读三次折射率，取平均值，记录在相应的表格中。

（5）粗配乙醇体积分数为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9的乙醇－乙酸乙酯混合溶液，重复（3）、（4）步实验内容。

实验结果与数据处理

（1）用实验步骤（2）中所得的数据，绘制乙醇－乙酸乙酯的工作曲线（作图或回归方程）。

（2）将实验数据及初步处理结果填入表6－2（组成由工作曲线查得）。

表6－2　乙醇－乙酸乙酯双液系沸点－组成数据表

（3）以温度为纵坐标，物质的组成为横坐标绘制乙醇－乙酸乙酯二元体系的沸点－组成图，并从图中找出二元体系恒沸点对应的温度及组成。将实验结果与文献值比较。

思考题

（1）操作步骤中，在加入不同量的各组分时，如发生了微小偏差，对相图的绘制有无影响？为什么？

（2）折射率的测定为什么要在恒定温度下进行？

（3）影响实验精度的因素之一是回流的好坏。如何进行好？它的标志是什么？

（4）正确使用阿贝折光仪要注意些什么？

（5）由所得相图，讨论某一组成的溶液在简单蒸馏中的分离情况。