相圖分析蒸餾

Ⅰ 蒸餾問題

我不知道你是否學物理化學了，這應該是相平衡的問題。

解釋你這個問題不畫相圖是很難解釋的，我盡量說清楚一些，希望你能明白。
首先說明你用的兩種純凈物混合在一起，由於分子之間的作用力與原來環境的作用力發生了變化所以兩種物質的沸點都要受到影響，但具體影響到是么程度，要看兩種物質的混合比例！

上面說到混合比例，這個是這里最關鍵的，乙醇和水當按一個比例混合時候是恆沸點混合物，也就是說當混合中乙醇占 X %（一個定值，有點記不清了) 的時候，無論你怎麼加熱只要它能沸騰都會蒸發出一種混合氣體（其中乙醇占 Y %也是定值），這個X %就是恆沸比。但當比例小於或大於這個比例的時候，隨著溫度的上升達到液相線開始蒸發，隨後會進入氣液共存狀態，這個時候你所蒸出的混合氣力也是混合物，但其中乙醇的含量會隨著溫度的升高而改變，直到達到氣相線這時候液體全部蒸發完。
所以來說，蒸發出來的物質一定不是單質（純凈物），是混合物，而且混合物中水和乙醇的百分比也不會相同，除非開始蒸發的混合物是恆沸混合物。
希望你能理解，要是有相圖就更好理解了，可以去物理化學相平衡那章去查看，先寫這么多，手都累了，呵呵。要是不明白繼續幫你解答，希望對你有幫助~

Ⅱ 如果實驗過程中溶液過熱或者分餾，對相圖有何影響

溫度計測定的是分餾出的蒸汽的溫度,溫度計過高,蒸汽未能充分與溫度計水銀球接觸,導致測量結果偏低;溫度計過低,過熱的蒸汽與水銀球接觸,導致測量結果過高。

Ⅲ 相圖及相關概念

（一）體系與平衡體系

熱力學把從整體中孤立出來的研究對象稱為體系，體系以外與體系有關的部分稱為環境。體系的劃分因研究目的的不同而有差別。以火成岩研究為例，如果要研究長石環帶的成因，我們就需要把單個的長石環帶孤立出來，而在此環帶形成之時，與長石平衡共生的熔體以及其他的晶體相都屬於環境。但如果要研究岩漿的結晶演化過程，那麼整個岩漿房內的岩漿物質都屬於體系，整個圍岩系統就是環境。

體系的劃分有多種方案，按照體系與環境之間物質和能量的交換情況，可劃分為封閉體系、開放體系和孤立體系。與外部環境之間只有能量交換而沒有物質交換者，屬於封閉體系；兩者均有交換者稱為開放體系；兩者均沒有交換者稱為孤立體系。根據體系內部的熱力學平衡狀態，又可分為平衡體系和非平衡體系。平衡體系是以其最低能量狀態同外加條件相一致的體系，其內部絲毫沒有自發地發生變化的趨勢。非平衡體系則是指體系正在變化或具有某種變化趨勢。一個體系不是處於平衡就是處於非平衡狀態。在平衡體系中存在可預見的熱力學規律，因此是熱力學研究的重點。同樣，體系還可以分為穩定體系、亞穩定體系與不穩定體系。穩定體系即平衡體系；亞穩定體系則是看起來處於平衡，但實際體系並未處於最低能量狀態。許多緻密礦物，如金剛石、藍晶石、硬玉或柯石英，僅在壓力高於1at時才真正穩定。之所以能在亞穩定條件下繼續存在，是因為在低溫低壓下反應速率極其緩慢的緣故。同樣地，許多高溫下生成的礦物，如透長石或方石英，在室溫下是亞穩定的。不穩定體系是指礦物或礦物共生體正在向更穩定的結構狀態發生轉變的體系。

（二）相律與相圖

體系中物理性質和化學性質完全均勻一致的部分稱為一種 「相」。相與相間存在界面，可用機械的方法把它們分離。可見，體系中具有確定成分的一種礦物就是一種相，均勻的熔體也是一種相。但若熔體之間不混熔則構成了不同的相。

在一個平衡體系中，平衡共生的相數受系統組成和外界環境變化的控制。相數與系統組分數及自由度數之間的內在關聯就是吉布斯相律的內涵。這里的自由度數是指能夠獨立變化而不改變系統原有相數的變數數。

如果體系內各個相的化學組成可以用C種化學物質來表達，且C是所有可能性方案中數目最小的那種選擇，我們稱C為最小獨立組分數。於是每種相的組成都可以以摩爾分數的形式表達為X₁，X₂，X₃，…，X_c，且∑X_i（i＝1，2，…，C）＝1。下面來分析該體系中的變數數目。體系的外部變數一般設定為2，即只考慮溫度和壓力變化，適用於封閉系統。體系的內部變數則體現在各個相的化學組成變化上。若體系中存在P個相，那麼就存在P（C－1）個獨立組分變數，因為每個相中所有組分的摩爾分數和為1，實際上只有C－1個獨立摩爾分數能夠作為變數。如此可知體系的獨立變數數為^2＋P（C－1）。

然而，在平衡體系中各相之間不存在任何物質轉移，每一種組分在體系各相（a，b，c，…，p）中的化學勢相等。換言之，對於P種相中的任意組分i而言，其在各相中並不能獨立變化，而是受P－1個關系式制約。那麼，整個體系中可以獨立變化的變數數就應該減少C（P－1）。因此，體系的自由度應該是F＝［^2＋P（C－1）］－［C（P－1）］，或者F＝^2＋C－P。

請注意，數字2代表的是變數溫度與壓力，適用於封閉體系。如果是開放體系，需要考慮到外界物質的帶入與帶出，此時數字應大於2。另一方面，如果壓力（或是溫度）確定了，或是恆定不變，那麼F＝1＋C－P，如果壓力和溫度都確定了，那麼F＝C－P。

相圖也稱相態圖或相平衡狀態圖，是用來表示平衡體系中組成、共生相與其他變數（如溫度、壓力）之間關系的圖解。相圖一般只能表示兩個參數的情況，即壓力－溫度，壓力－成分或溫度－成分。三個或多個變數的相圖只能在特殊的投影下才能表示出來。在岩石學研究中我們常常藉助相圖來說明岩石的結晶或反應過程。另一方面，達到了平衡態的礦物組合往往也能反映結晶過程中物理化學條件的變化，因此相圖分析是一種非常有用的研究手段。需要說明的是，相圖與相律涉及較多的實驗岩石學與熱力學知識，讀者可以參考相關教材和參考書目（例如，周珣若和王方正，1987；周金城和王孝磊，2005；鄧晉福，1987；Ernest，1981中文版等）。

（三）一元體系：純相熔融與同質多象

一元系是指研究對象只有一種純物質，即獨立組分數C＝1。根據相律公式，F＝1－P＋2＝3－P，因此相數最多不超過3，自由度不超過2。這里我們以無揮發分的SiO₂相圖為例加以說明。

SiO₂一元系（圖5－1）有重要的地質意義。在SiO₂一元系中存在七個相，即SiO₂的六個同質多相變體（α－石英、β－石英、鱗石英、方石英、柯石英、斯石英）和熔體相。每個礦物或熔體的穩定區域稱為 「雙變域」，在每個雙變域內，P＝1，自由度F＝3－1＝2，意味著壓力、溫度兩個變數可以在一定的范圍內獨立變化而不改變體系的相組成。雙變域被「單變線」 隔開，在單變線上兩個相鄰礦物或熔體與礦物共存。在單變線上，P＝2，自由度F＝3－2＝1。這意味著要保持兩個相鄰相共存，就只有一個變數可以獨立變化。因此溫度和壓力要保持協變關系，二者之間的關系就是單變線的幾何方程。三條單變線或三個雙變域交會的點為三相共存的點。該點上，P＝3，C＝1，即F＝0，所以，此點是溫度、壓力都不能獨立變化的 「不變點」。

圖5－1 SiO₂一元系相圖（據Blatt ＆ Tracy，1996）

石英的同質多象體廣泛分布於地殼之中。鱗石英和方石英只會出現在低壓高溫的火山環境之中。在地殼岩石中要找到高壓的柯石英是非常困難的，其主要見於高壓－超高壓變質帶中。另外，在隕石撞擊成因的富硅質的岩石中也找到了柯石英和斯石英。前者是因為高壓－超高壓岩石可能曾經進入到地幔深處，後者則與隕石撞擊時產生的瞬時高壓有關。當高壓－超高壓變質的柯石英折返到地殼層次後，會發生不同程度的退變質而轉化為石英。

（四）二元體系

二元系有兩個獨立組分，即C＝2。如果只考慮溫度或壓力其中之一的影響，則其相律公式為：F＝2－P＋1＝3－P，相數P的變化范圍為1～3，自由度F的變化范圍為0～2。常見的二元相圖類型有低共熔系，一致分解熔融系，液態、固態有限及無限混熔系等。二元系相圖判讀方便，在分析岩漿結晶過程、礦物共生組合、岩石結構及成因方面有重要意義。本節僅介紹兩個較為常用的二元系相圖，並說明相圖的解讀方法。

1.透輝石（Di）－鈣長石（An）二元系

透輝石（Di）－鈣長石（An）二元體系由鮑文在1915年首次闡述，已經成為經典的二元系相圖，可以用來理解玄武質岩漿中斜長石與輝石結晶的簡單模型（圖5－2）。請注意，在這個二元體系中，二組分的化學表達式與晶體相的化學式完全一致。但在大多數體系中，相的化學式與系統組分的化學表達式是不同的。

圖5－2 一個標准大氣壓下（P＝10⁵Pa）

透輝石－鈣長石二元系相圖（據Yoder，1976）

為了更深入地理解二元體系，必須熟悉一些特別線條的含義與規則。相圖中表示熔融完全結束或者是結晶剛剛開始的曲線稱為液相線（liquis）。與之對應，表示熔融剛剛開始或者是結晶完全結束的曲線稱為固相線（solis）。垂向的等值線指示體系的化學組成。在圖5－2中表示為縱向的線落在90％處，具體的含義是體系由90％的鈣長石（An）和10％的透輝石（Di）組成。等溫線也叫等熱線，在圖中是一條水平線。

組成為An ＝90％ 的體系在1400℃下共生的兩個相為熔體＋鈣長石晶體。此時熔體的化學組分又是多少呢？熔體與晶體的比值又是多少呢？ 回答這兩個問題，必須認識到等溫線與液相線相交於L點，與右縱軸交於S點，圖中分別以空心圓與實心方形表示。介於L點與S點間的線段稱為連接線，它將兩個穩定共生相通過點線聯系起來。點S代表鈣長石晶體，點L代表1400℃時與鈣長石共生的熔體的組成，作一條過點L的垂向等值線與橫軸相交，可得到熔體的組分由62％的鈣長石和38％的透輝石組成。

L相與S相的相對比值可運用杠桿法則來確定。具體方法如下：等溫連接線上的點S與點L各自代表了1400℃下共生的固態相與液態相。想像這條線是一個置於支點上的機械杠桿，兩端分別有S與L。平衡實際上就類似兒童游樂園里的蹺蹺板，固態相的質量分數S乘以其杠桿臂長y必等於液態相的質量分數L乘以它的杠桿臂長x，即S×y＝L×x。固體相和液體相質量分數之和為100％，即S＋L＝1，得到S×y＝（1－S）×x＝x－S×x或S＝x/（x＋y）。因此，我們測量圖5－2中的距離x與y，並且計算出比值為0.72，此比值就是固態相鈣長石晶體在1400℃下的質量分數。即晶體佔72％，剩下的28％是熔體。注意例子中的成分點與固態相點S的距離較其與液態相點L的距離更近，相應地晶體的比例較熔體而言更高。隨著溫度的不斷下降，晶出的鈣長石量不斷增加，而剩餘的熔體成分不斷朝富透輝石組分的方向演化。

當熔體組分演化到E點時，透輝石與鈣長石同時晶出，因而被稱為共結點。此時體系由鈣長石、熔體的兩相共生轉變為鈣長石晶體、透輝石晶體與熔體的三相共生。當P確定時，根據相律F＝1＋C－P＝1＋2－3＝0。這表明共結點E是等壓二元圖解中唯一的一個不變點。在E點所有變數都必須是確定，即壓力P＝1atm，T＝1274℃。此時熔體的成分為XL＝An42Di58。

透輝石－鈣長石體系可以看成玄武質岩漿結晶過程的簡單模型。含有較多鈣長石組分的岩漿在液相線處會首先結晶出鈣長石，從完全的液態相變為液態相＋鈣長石結晶相。在一段溫度范圍內，鈣長石持續不斷地結晶。當溫度降低至共結點處時，透輝石也開始晶出。可以料想，這種成分的玄武岩會由高溫的鈣長石斑晶與細小的含有輝石的基質組成。而如果岩漿更富含透輝石組分的話，玄武岩則可能會由輝石斑晶與含有鈣長石的細小基質組成。

2.鎂橄欖石（Fo）－SiO₂二元系

該二元系（圖5－3）的熔融過程可分為兩種情況：不一致熔融與一致熔融。一致熔融是指一種固體熔融後形成一種同成分的液相。不一致熔融則是指某結晶相在溫度升高時並不直接熔出成分一致的熔體，而是轉變為另一種固相和熔體，後兩者與原來的固相成分不一致。結晶過程則恰好相反，隨著溫度的降低，熔體與一種早期結晶相反應生成一種新的具有不一致熔融性質的晶體。在岩漿冷卻過程中，若溫度下降得足夠快，即在熔體與早期結晶的礦物反應完成之前總體系就已經凝固，這種反應關系就可以被保存下來，可以觀察到反應生成的新礦物以反應邊的形式環圍在早期結晶的礦物相之外。

圖5－3 一個標准大氣壓（P＝10⁵Pa）下鎂橄欖石－石英二元系相圖（據Bowen ＆ Anderson，1914，修改）

當圖5－3a中成分為X的熔體冷卻到溫度T₁時，純鎂橄欖石開始結晶。隨著進一步的冷卻，鎂橄欖石逐漸析出，使熔體變得更加富SiO₂，直至體系溫度下降到T₂到達近結點（或轉熔點），此時成分為L₂的熔體和與純鎂橄欖石平衡共存。近結點是固體與熔體間的反應點。在更高溫下礦物與熔體可以共存，但在較低溫下要發生反應。因此，繼續冷卻將導致鎂橄欖石與富SiO₂熔體發生反應，生成頑火輝石。直至全部熔體耗盡，系統轉變為鎂橄欖石和頑火輝石共生。如果熔體較頑火輝石略微富SiO₂，如圖5－3b中成分為Y的熔體，冷卻到溫度T₄時鎂橄欖石開始晶出。隨著溫度的逐漸下降，鎂橄欖石不斷析出，剩餘熔體變得越來越富SiO₂，直至體繫到達溫度T5。在溫度為T₅時，與成分為X的熔體演化的情況相同，鎂橄欖石與富SiO₂熔體L₂反應形成頑火輝石，如果體系溫度能在T₅保持足夠的時間，所有的鎂橄欖石都將反應殆盡。至T₅的稍下方開始，大量頑火輝石從熔體中結晶，體系進入頑火輝石和熔體共存區。最後溫度達到T₆時，體系由頑火輝石和共結點成分的熔體組成。此時SiO₂礦物開始晶出。進一步降溫則導致剩餘熔體徹底結晶成頑火輝石和SiO₂礦物。

值得注意的是，鎂橄欖石先結晶，但不出現於最終礦物中，如果冷卻不是在近於平衡的條件下緩慢進行，而是快速進行，以致橄欖石沒有足夠時間與熔體徹底反應，那麼部分反應將在橄欖石顆粒的邊部形成頑火輝石環邊。這是鮑文反應系列的實例。

其他常用的二元相圖包括：透輝石（Di）－鈉長石（Ab）系、鈉長石（Ab）－SiO₂系、霞石（Ne）－SiO₂系、白榴石（Lc）－SiO₂系、鈉長石（Ab）－鈣長石（An）系等，它們都包含有具體的岩石學意義，讀者可參考有關書目，進行進一步的學習。

圖5－4 具有低共熔點的三元立體示意相圖（據周珣若和王方正，1987）

（五）三元體系

三元系相圖較一元系和二元系相圖復雜，判讀亦較難。這里僅介紹最簡單的具三元低共結點的三元系相圖，它的特點是組成體系的各組分在液態時完全混熔，在固態時完全不互熔，也不形成中間化合物，具有一個三元低共結點。

1.立體相圖的構成要素及底面投影

圖5－4所表示的是一個三面稜柱體狀的立體示意相圖。底面為一個濃度三角形，由端元組分A、B、C以任意比例組成的體系在此三角形中均可表達為一個成分點。垂直坐標為溫度。A′、B′、C′分別代表三端元組分A、B、C的熔點。三個棱面分別代表A－B、B－C、C－A三個二元系，E₁、E²、E³分別為這三個二元系的共結點。如果已知任何不同比例的三元混合物完全熔融到液相時的溫度（也即從岩漿中開始析晶的溫度），以此溫度和對應的體系成分為坐標，在這個三面稜柱體內進行空間投影即可得到三個液相 面也稱液相面。在這三個液相面上，開始晶出的固相分別為A、B、C相，因此，稱之為A始（首，初）晶面（區）、B始（首，初）晶面（區）、C始（首，初）晶面（區）。

根據熔點降低原理，當二元系中加入第三組分後，低共熔點亦隨之降低。隨著加入量的增多，低共熔點不斷下降。因此，在三元系相圖內形成的三個液相面匯集於E′點，即三元低共熔點。三條低共熔曲線E!E′、E!E′、E!E′，就是三個液相面之間的交線。在低共熔曲線上，液相與兩個固相相處於平衡，三相共存，自由度F＝3－^3＋1＝1。在三元低共熔點（E′點），組成為E′的液相與A、B、C三個固相處於平衡，四相共存，自由度F＝3－4＋1＝0，三元低共熔點是整個系統存在液相的最低溫度點。

由於立體圖在使用上比較麻煩，因此經常用在底面等邊三角形上的垂直投影圖表示三元相系的相圖。如圖5－4所表示，底面三角形的邊分別代表A－B、B－C、C－A三個二元體系，e₁、e₂、e₃分別代表它們的共結點， 別代表液相面 的投影，e₁E、e₂E、e₃E分別代表低共熔線E₁E′、E₂E′、E₃E′的投影，E代表三元低共熔點E′的投影。

圖5－5 具三元低共熔點的三元系結晶過程分析示意圖（據周珣若和王方正，1987）

投影圖上表示溫度的方法如下：(1)將一些固定點的溫度（如熔點、低共熔點、一致熔融點、分解熔融點等）直接標在圖上。(2)低共熔線上的箭頭表示溫度下降的方向，三角形邊上的箭頭表示二元體系中液相線溫度下降的方向。(3)通過立體圖的溫度坐標，以一定溫度間隔t′₁、t′₂作平行於底面的等溫面（圖中的扇形面），這些等溫面與液相面相交得到等溫線（a′₁C′₁，a′₂C′₃…），在底面投影圖中t₁、t₂等溫線。顯然，等溫線的疏密反映了液相面的緩陡。

2.結晶過程分析

根據圖5－4及圖5－5，假設原始岩漿成分點為M點，位於首晶區內，它的開始狀態由M′點表示。在降溫過程中，由M′點降到液相面上的L₁點，L₁是t₁′等溫線a₁′C₁′上的一點，此時，C開始晶出。隨著溫度的下降，液相線將沿著L₁－L₂－L₃曲線（CC′線與CM線所組成的平面與液相面的交線）移動，即沿投影圖上CM連線的延長線MD移動（析出關系）。在此過程中，只有C晶出，自由度F＝3－2＋1＝2，液相中組分C的含量不斷改變，而組分A與B的量比保持不變。當溫度降到L₃點（投影圖中的D點）時，即到達低共熔線E₃E′時，則A亦晶出，此時，C、A、L三相共存，自由度F＝3－3＋1＝1。溫度繼續下降，液相組成將沿L₃E′曲線（投影圖中的DE曲線）方向變化，固相組成將沿CF方向變化。當液相剛剛到達E′點（投影圖中的E點）時，固相的總體組成變化到F點，其中C與A的晶出量的比值為AF：FC。在E′點由於B也晶出，所以C、A、B、L四相共存，自由度F＝3－4＋1＝0。在E′點晶出過程中，液相量逐漸減少，但其組成不變。而固相的組成，由於除了C、A之外又有B的晶出，因此，從F點向M點變化，也就是從三角形的邊上移到三角形內，直至岩漿全部耗盡，結晶過程全部結束。最後，晶出C、A、B三固相的總體組成。與原始岩漿成分M點一致。

總之，液相組成變化為M→D→E；固相總體組成變化為C→F→M。

在結晶過程中，固與液相之量比如下：

(1)當液相組成剛剛到達D點時，液相：固相（C）＝CM：MD。

(2)當液相組成剛剛到達E點時，液相：固相（C＋A）＝FM：ME，C：A＝AF：FC。

Ⅳ 生活中有哪些應用相平衡吸收關系的

例如：溶解、蒸餾、重結晶、萃取、提純及金相分析等方面都要用回到相平衡的知識答。一個系統可以是多組分的並含有許多相。當相與相間達到物理的和化學的平衡時，則稱系統達到了相平衡。相平衡的熱力學條件是各相的溫度和壓力相等，任一組分在各相的化學勢相等。

此時在宏觀上已經沒有任何物質在相際傳遞，但在微觀上仍有方向相反的物質在相際傳遞，且速度相等，故傳遞的凈速度為零，化工熱力學研究的兩相系統的平衡，有氣液平衡、氣固平衡、汽液平衡、汽固平衡、液液平衡、液固平衡和固固平衡；相數多於2的系統，有氣液固平衡、汽液液平衡等。

(4)相圖分析蒸餾擴展閱讀

相平衡圖可用來研究相平衡體系的性質與組成，各參變數之間的關系具有清晰、直觀的特徵，雖然它主要來自實驗，但切莫忽視熱力學對相圖的指導意義以及由相圖可再現熱力學規律的深刻內涵。

由熱力學性質所構成的關系式再用幾何作圖法或者用計算機計演算法可以構成相圖（相圖計算），反之由相圖也可以提取多種熱力學性質。前者是相圖的「合成」或稱「構築」，後者是相圖的「分析」。

Ⅳ 怎麼從相圖看能不能進行共沸精餾

一般情況下，在低層大氣中，氣溫是隨高度的增加而降低的。但有時在某些層次可能出現相反的情況，氣溫隨高度的增加而升高，這種現象稱為逆溫。出現逆溫現象的大氣層稱為逆溫層。

Ⅵ 誰有「二組分氣液平衡相圖的測定實驗報告」範文推薦一下 要盡量完整

完全互溶雙液系氣液平衡相圖的繪制

報告人： 同組人： 實驗時間2010年05月24日

一．實驗目的
1．測定常壓下環己烷－乙醇二元系統的氣液平衡數據，繪制沸點－組成相圖。
2．掌握雙組分沸點的測定方法，通過實驗進一步理解分餾原理。
3．掌握阿貝折射儀的使用方法。

二．實驗原理
兩種液體物質混合而成的兩組分體系稱為雙液系。根據兩組分間溶解度的不同，可分為完全互溶、部分互溶和完全不互溶三種情況。兩種揮發性液體混合形成完全互溶體系時，如果該兩組分的蒸氣壓不同，則混合物的組成與平衡時氣相的組成不同。當壓力保持一定，混合物沸點與兩組分的相對含量有關。
恆定壓力下，真實的完全互溶雙液系的氣－液平衡相圖（T－x），根據體系對拉烏爾定律的偏差情況，可分為三類：
（1）一般偏差：混合物的沸點介於兩種純組分之間，如甲苯－苯體系，如圖1(a)所示。
（2）最大負偏差：混合物存在著最高沸點，如鹽酸－水體系，如圖1 (b)所示。
（3）最大正偏差：混合物存在著最低沸點，如正丙醇—水體系，如圖1(c)）所示。

圖1 完全互溶雙液系的相圖
對於後兩種情況，為具有恆沸點的雙液系相圖。它們在最低或最高恆沸點時的氣相和液相組成相同，因而不能象第一類那樣通過反復蒸餾的方法而使雙液系的兩個組分相互分離，而只能採取精餾等方法分離出一種純物質和另一種恆沸混合物。
為了測定雙液系的T－x相圖，需在氣－液平衡後，同時測定雙液系的沸點和液相、氣相的平衡組成。
本實驗以環己烷－乙醇為體系，該體系屬於上述第三種類型，在沸點儀（如圖2）中蒸餾不同組成的混合物，測定其沸點及相應的氣、液二相的組成，即可作出T－x相圖。
本實驗中兩相的成分分析均採用折光率法。 圖2
折光率是物質的一個特徵數值，它與物質的濃度及溫度有關，因此在測量物質的折光率時要求溫度恆定。溶液的濃度不同、組成不同，折光率也不同。因此可先配製一系列已知組成的溶液，在恆定溫度下測其折光率，作出折光率－組成工作曲線，便可通過測折光率的大小在工作曲線上找出未知溶液的組成。

三．儀器與試劑
沸點儀，阿貝折射儀，調壓變壓器，超級恆溫水浴，溫度測定儀，長短取樣管。
環己烷物質的量分數x環己烷為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的環己烷－乙醇標准溶液，各種組成的環己烷－乙醇混和溶液。

四．實驗步驟：
1．環己烷－乙醇溶液折光率與組成工作曲線的測定
調節恆溫槽溫度並使其穩定，阿貝折射儀上的溫度穩定在某一定值，測量環己烷－乙醇標准溶液的折光率。為了適應季節的變化，可選擇若干溫度測量，一般可選25℃、30℃、35℃三個溫度。
2．測定待測溶液沸點和折光率
（1）無水乙醇沸點的測定
將乾燥的沸點儀安裝好。從側管加入約20mL無水乙醇於蒸餾瓶內，並使感測器（溫度計）浸入液體內。冷凝管接通冷凝水。按恆流源操作使用說明，將穩流電源調至1.8-2.0A，使加熱絲將液體加熱至緩慢沸騰。液體沸騰後，待測溫溫度計的讀數穩定後應再維持3～5min以使體系達到平衡。在這過程中，不時將小球中凝聚的液體傾入燒瓶。記下溫度計的讀數，即為無水乙醇的沸點，同時記錄大氣壓力。
（2）測定系列濃度待測溶液的沸點和折光率
同（1）操作，從側管加入約20mL預先配製好的1號環己烷－乙醇溶液於蒸餾瓶內，並使感測器（溫度計）浸入溶液內,將液體加熱至緩慢沸騰。因最初在冷凝管下端內的液體不能代表平衡氣相的組成，為加速達到平衡，須連同支架一起傾斜蒸餾瓶，使小槽中氣相冷凝液傾回蒸餾瓶內，重復三次（注意：加熱時間不宜太長，以免物質揮發），待溫度穩定後，記下溫度計的讀數，即為溶液的沸點。
切斷電源，停止加熱，分別用吸管從小槽中取出氣相冷凝液、從側管處吸出少許液相混液，迅速測定各自的折光率。剩餘溶液倒入回收瓶。
按1號溶液的操作，依次測定2、3、4、5、6、7、8號溶液的沸點和氣－液平衡時的氣，液相折光率。
（3）環己烷沸點的測定
同（1）操作，測定環己烷的沸點。測定前應注意，必須將沸點儀洗凈並充分乾燥。

五．實驗結果與數據處理

恆溫槽溫度： 29.15 ℃ 大氣壓： 97.40 kPa
環己烷沸點：76.1 ℃ 無水乙醇沸點 79.2℃

表1 環己烷－乙醇標准溶液的折光率
x環己烷 0 0.25 0.5 0.75 1.0
折光率 1.3475 1.3658 1.3854 1.4075 1.4280

表2 環己烷－乙醇混和液測定數據
混和液編號 混合液近似組成x環己烷 沸點/℃ 液相分析 氣相冷凝分析
折光率 x環己烷 折光率 y環己烷
1 74.6 1.3575 0.1215 1.3631 0.2256
2 71.1 1.3605 0.1678 1.3745 0.3589
3 64.8 1.3730 0.3205 1.3838 0.4568
4 63.8 1.3863 0.5012 1.3950 0.6007
5 62.5 1.3965 0.6105 1.3975 0.6322
6 62.6 1.4021 0.6859 1.4005 0.6689
7 69.7 1.4175 0.8803 1.4085 0.7602
8 72.5 1.4218 0.9287 1.4107 0.8009

1．作出環己烷－乙醇標准溶液的折光率－組成關系曲線。

2．根據工作曲線插值求出各待測溶液的氣相和液相平衡組成，填入表中。以組成為橫軸，沸點為縱軸，繪出氣相與液相的沸點－組成(T-x)平衡相圖。

3．由圖找出其恆沸點及恆沸組成。
答：由圖知：恆沸點為62.5℃，恆沸點組成為x環己烷=0.57

六．注意事項

1．加熱電阻絲一定要被欲測液體浸沒，否則通電加熱時可能會引起有機液體燃燒；所加電壓不能太大，加熱絲上有小氣泡逸出即可。
2．取樣時，先停止通電再取樣。
3．每次取樣量不宜過多，取樣管一定要乾燥，不能留有上次的殘液，氣相部分的樣品要取干凈。
4．阿貝折射儀的棱鏡不能用硬物觸及（如滴管），擦拭棱鏡需用擦鏡紙

七．思考題
1．取出的平衡氣液相樣品，為什麼必須在密閉的容器中冷卻後方可用以測定其折射率？
答：因為過熱時將導致液相線向高溫處移動，氣相組分含有的易揮發成份偏多，該氣相點會向易揮發組分那邊偏移。所以要在密閉容器中冷卻。
2．平衡時，氣液兩相溫度是否應該一樣，實際是否一樣，對測量有何影響？
答：不一樣，由於儀器保溫欠佳，使蒸氣還沒有到達冷凝小球就因冷凝而成為液相。
3．如果要測純環己烷、純乙醇的沸點，蒸餾瓶必須洗凈，而且烘乾，而測混合液沸點和組成時，蒸餾瓶則不洗也不烘，為什麼?
答：測試純樣時，如沸點儀不幹凈，所測得沸點就不是純樣的沸點。測試混合樣時，其沸點和氣、液組成都是實驗直接測定的，繪制圖像時只需要這幾個數據，並不需要測試樣的准確組成，也跟式樣的量無關。
4．如何判斷氣－液已達到平衡狀態？討論此溶液蒸餾時的分離情況？
答：當溫度計讀數穩定的時候表示氣－液已達到平衡狀態；
5．為什麼工業上常產生95％酒精？只用精餾含水酒精的方法是否可能獲的無水酒精？
答：因為種種原因在此條件下，蒸餾所得產物只能得95%的酒精。不可能只用精餾含水酒精的方法獲得無水酒精，95%酒精還含有5%的水，它是一個沸點為的共沸物，在沸點時蒸出的仍是同樣比例的組分，所以利用分餾法不能除去5%的水。工業上無水乙醇的製法是先在此基礎上加入一定量的苯，再進行蒸餾。

Ⅶ 乙醇－環己烷氣液平衡相圖

1. 測定常壓下環己烷-乙醇二元系統的汽液平衡數據，繪制101325Pa下的沸點-組成的相圖。

2. 掌握阿貝折射儀的原理和使用方法。

二、實驗原理

液體混合物中各組分在同一溫度下具有不同的揮發能力。因而，經過汽液見相變達到平衡後，各組分在汽、液兩相中的濃度是不相同的。根據這個特點，使二元混合物在精餾塔中進行反復蒸餾，就可分離得到各純組分。為了得到預期的分離效果，設計精餾裝置必須掌握精確的汽液平衡數據，也就是平衡時的汽、液兩相的組成與溫度、壓力見的依賴關系。大量工業上重要的系統的平衡數據，很難由理論計算，必須由實驗直接測定，即在恆壓（或恆溫）下測定平衡的蒸汽與液體的各組分。其中，恆壓數據應用更廣，測定方法也較簡便。

恆壓測定方法有多種，以循環法最普遍。循環法原理的示意圖見圖5-11。在沸騰器P中盛有一定組成的二元溶液，在恆壓下加熱。液體沸騰後，逸出的蒸汽經完全冷凝後流入收集器R。達一定數量後逸流，經迴流管流回到P。由於氣相中的組成與液相中不同，所以隨著沸騰過程的進行，P、R兩容器中的組成不斷改變，直至達到平衡時，汽、液兩相的組成也保持恆定。分別從R、P中取樣進行分析，即得出平衡溫度下氣相和液相的組成。

本實驗測定的恆壓下環己烷-乙醇二元汽液平衡相圖，如圖5-12所示。
圖中橫坐標表示二元系的組成（以B的摩爾分數表示），縱坐標為溫度。顯然曲線的兩個端點 、 即指在恆壓下純A與純B的沸點。若溶液原始的組成為 ,當它沸騰達到汽液平衡的溫度為 時，其平衡汽液相組成分別為 與 。用不同組成的溶液進行測定，可得一系列 數據，據此畫出一張由液相線與汽相線組成的完整相圖。圖5-12的特點是當系統組成為 時，沸騰溫度為 ，平衡的汽相組成與液相組成相同。因為 是所有組成中的沸點最低者，所以這類相圖稱為具有最低恆沸點的汽液平衡相圖。

分析汽液兩相組成的方法很多，有化學方法和物理方法。本實驗用阿貝折射儀測定溶液的折射率以確定其組成。因為在一定溫度下，純物質具有一定的順變關系。預先測定一定溫度下一系列已知組成的溶液的折射率，得到折射率-組成對照表。以後即可根據待測溶液的折射率，由此表確定其組成。

三、試劑與儀器

試劑：環己烷、乙醇。

儀器：埃立斯（Ellis）平衡蒸餾器、0.5kW調壓變壓器、電壓表、阿貝折射儀、超級恆溫槽。

埃立斯平衡蒸餾器是由玻璃吹制而成的，它具有汽液兩相同時循環的結構，如圖5-13所示。
四、實驗步驟

1. 將預先配置好的一定組成的環己烷-乙醇溶液緩緩加入蒸餾器中，使液面略低於蛇管噴口，蛇管的大部分浸在溶液之中。

2. 調節適當的電壓通過加熱元件1和下保溫電熱絲對溶液進行加熱。同時在冷凝器9、10中通以冷卻水。

3. 加熱一定時間後溶液開始沸騰，氣、液兩相混合物經蛇形管口[噴於溫度計底部；同時可見氣相冷凝液滴入接受器11。為了防止蒸氣過早的冷凝，通過變壓器將上保溫電加熱絲加熱，要求套管8內溫度比套管6內溫度高0.5~1.5℃。控制加熱器電壓，使冷凝液產生速度為每分鍾60~100滴。調節下保溫電熱絲電壓，以蒸餾器的器壁上不產生冷凝液為宜。為防止暴沸，在加熱升溫過程中可藉助於雙連球通過活塞14向蒸餾器內緩慢而間歇地鼓入少量空氣，待溶液沸騰後即取下雙連球。

4. 待套管6處的溫度約恆定20min後，可認為汽、液相間已達平衡，記下溫度計6讀數，即為汽、液平衡的溫度。

5. 分別從取樣口12、13同時取樣約2mL，稍冷卻後測定其折射率。阿貝折射儀的原理與使用方法見本書2.2.3節。

6. 實驗結束，關閉所有加熱元件。待溶液冷卻後，將溶液放回原來的溶液瓶。

五、數據處理

1. 將測定的各氣液相折射率，利用環己烷-乙醇系統的折射率-組成對照表（見本書附錄11）查得平衡的液相組成x環與氣相組成y環。

2. 平衡溫度的確定

（1） 溫度計示值校正和露莖校正見《大學基礎化學實驗（Ⅰ）》。

（2） 氣壓計讀數校正見本書附錄4。

（3） 平衡溫度的壓力校正 溶液的沸點與外壓有關，為了將溶液沸點校正到正常沸點，即外壓為101325Pa下的汽液平衡溫度，應將測得的平衡溫度進行校正。環己烷-乙醇系統的校正公式如下：

(5-21)

式中，t常為校正到外壓為101325Pa下的平衡常數（℃），t為外壓為p大氣（Pa）時測得的溫度，y環為用環己烷摩爾分數表示的氣相組成。

3. 綜合實驗所得的各組成的平衡數據，繪出101325Pa下環己烷-乙醇的汽液平衡相圖。

六、思考題

1. 一般而言，如何才能准確測得溶液的沸點？

2. 埃立斯平衡蒸餾器有什麼特點有什麼特點？其中蛇管的作用是什麼？

3. 埃立斯平衡蒸餾器為何要上下保溫？為何氣相部分溫度應略高於液面部位溫度？

4. 取出的平衡汽液相樣品，為什麼必須在密閉的容器中冷卻後方可用以測定其折射率？

七、進一步討論

1. 為得到精確的相平衡數據，應採用恆壓裝置以控制外壓。有關恆壓裝置的原理及使用參見本書附錄4。

2. 使用埃立斯蒸餾器操作時，應注意防止閃蒸現象、精餾現象及暴沸現象。當加熱功率過高時，溶液往往會產生完全汽化，將原組成溶液瞬間完全變為蒸氣，即閃蒸。顯然，閃蒸得到的汽液組成不是平衡的組成。為此需要調節適當的加熱功率，以控制蒸氣冷凝液的迴流速度。

蒸餾器所得的平衡數據是溶液一次汽化平衡的結果。但蒸氣在上升過程中又遇到液相冷凝液，則又可進行再次汽化，這樣就形成了多次蒸餾的精餾操作。其結果是得不到蒸餾器應得的平衡數據。為此，在蒸餾器上部必須進行保溫，使氣相部位略高於液相，以防止蒸氣過早的冷凝。

由於沸騰時氣泡生成困難，暴沸現象常會發生。避免的方法是提供氣泡生成中心或造成溶液局部過熱。為此，可在實驗中鼓入小氣泡或在加熱管的外壁造成粗糙表面以利於形成氣穴；或將電熱絲直接與溶液接觸，造成局部過熱。

Ⅷ 在蒸餾過程中,某二元理想物系的氣液t-xy相圖隨什麼而變

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