相图分析蒸馏

Ⅰ 蒸馏问题

我不知道你是否学物理化学了，这应该是相平衡的问题。

解释你这个问题不画相图是很难解释的，我尽量说清楚一些，希望你能明白。
首先说明你用的两种纯净物混合在一起，由于分子之间的作用力与原来环境的作用力发生了变化所以两种物质的沸点都要受到影响，但具体影响到是么程度，要看两种物质的混合比例！

上面说到混合比例，这个是这里最关键的，乙醇和水当按一个比例混合时候是恒沸点混合物，也就是说当混合中乙醇占 X %（一个定值，有点记不清了) 的时候，无论你怎么加热只要它能沸腾都会蒸发出一种混合气体（其中乙醇占 Y %也是定值），这个X %就是恒沸比。但当比例小于或大于这个比例的时候，随着温度的上升达到液相线开始蒸发，随后会进入气液共存状态，这个时候你所蒸出的混合气力也是混合物，但其中乙醇的含量会随着温度的升高而改变，直到达到气相线这时候液体全部蒸发完。
所以来说，蒸发出来的物质一定不是单质（纯净物），是混合物，而且混合物中水和乙醇的百分比也不会相同，除非开始蒸发的混合物是恒沸混合物。
希望你能理解，要是有相图就更好理解了，可以去物理化学相平衡那章去查看，先写这么多，手都累了，呵呵。要是不明白继续帮你解答，希望对你有帮助~

Ⅱ 如果实验过程中溶液过热或者分馏，对相图有何影响

温度计测定的是分馏出的蒸汽的温度,温度计过高,蒸汽未能充分与温度计水银球接触,导致测量结果偏低;温度计过低,过热的蒸汽与水银球接触,导致测量结果过高。

Ⅲ 相图及相关概念

（一）体系与平衡体系

热力学把从整体中孤立出来的研究对象称为体系，体系以外与体系有关的部分称为环境。体系的划分因研究目的的不同而有差别。以火成岩研究为例，如果要研究长石环带的成因，我们就需要把单个的长石环带孤立出来，而在此环带形成之时，与长石平衡共生的熔体以及其他的晶体相都属于环境。但如果要研究岩浆的结晶演化过程，那么整个岩浆房内的岩浆物质都属于体系，整个围岩系统就是环境。

体系的划分有多种方案，按照体系与环境之间物质和能量的交换情况，可划分为封闭体系、开放体系和孤立体系。与外部环境之间只有能量交换而没有物质交换者，属于封闭体系；两者均有交换者称为开放体系；两者均没有交换者称为孤立体系。根据体系内部的热力学平衡状态，又可分为平衡体系和非平衡体系。平衡体系是以其最低能量状态同外加条件相一致的体系，其内部丝毫没有自发地发生变化的趋势。非平衡体系则是指体系正在变化或具有某种变化趋势。一个体系不是处于平衡就是处于非平衡状态。在平衡体系中存在可预见的热力学规律，因此是热力学研究的重点。同样，体系还可以分为稳定体系、亚稳定体系与不稳定体系。稳定体系即平衡体系；亚稳定体系则是看起来处于平衡，但实际体系并未处于最低能量状态。许多致密矿物，如金刚石、蓝晶石、硬玉或柯石英，仅在压力高于1at时才真正稳定。之所以能在亚稳定条件下继续存在，是因为在低温低压下反应速率极其缓慢的缘故。同样地，许多高温下生成的矿物，如透长石或方石英，在室温下是亚稳定的。不稳定体系是指矿物或矿物共生体正在向更稳定的结构状态发生转变的体系。

（二）相律与相图

体系中物理性质和化学性质完全均匀一致的部分称为一种 “相”。相与相间存在界面，可用机械的方法把它们分离。可见，体系中具有确定成分的一种矿物就是一种相，均匀的熔体也是一种相。但若熔体之间不混熔则构成了不同的相。

在一个平衡体系中，平衡共生的相数受系统组成和外界环境变化的控制。相数与系统组分数及自由度数之间的内在关联就是吉布斯相律的内涵。这里的自由度数是指能够独立变化而不改变系统原有相数的变量数。

如果体系内各个相的化学组成可以用C种化学物质来表达，且C是所有可能性方案中数目最小的那种选择，我们称C为最小独立组分数。于是每种相的组成都可以以摩尔分数的形式表达为X₁，X₂，X₃，…，X_c，且∑X_i（i＝1，2，…，C）＝1。下面来分析该体系中的变量数目。体系的外部变量一般设定为2，即只考虑温度和压力变化，适用于封闭系统。体系的内部变量则体现在各个相的化学组成变化上。若体系中存在P个相，那么就存在P（C－1）个独立组分变量，因为每个相中所有组分的摩尔分数和为1，实际上只有C－1个独立摩尔分数能够作为变量。如此可知体系的独立变量数为^2＋P（C－1）。

然而，在平衡体系中各相之间不存在任何物质转移，每一种组分在体系各相（a，b，c，…，p）中的化学势相等。换言之，对于P种相中的任意组分i而言，其在各相中并不能独立变化，而是受P－1个关系式制约。那么，整个体系中可以独立变化的变量数就应该减少C（P－1）。因此，体系的自由度应该是F＝［^2＋P（C－1）］－［C（P－1）］，或者F＝^2＋C－P。

请注意，数字2代表的是变量温度与压力，适用于封闭体系。如果是开放体系，需要考虑到外界物质的带入与带出，此时数字应大于2。另一方面，如果压力（或是温度）确定了，或是恒定不变，那么F＝1＋C－P，如果压力和温度都确定了，那么F＝C－P。

相图也称相态图或相平衡状态图，是用来表示平衡体系中组成、共生相与其他变量（如温度、压力）之间关系的图解。相图一般只能表示两个参数的情况，即压力－温度，压力－成分或温度－成分。三个或多个变量的相图只能在特殊的投影下才能表示出来。在岩石学研究中我们常常借助相图来说明岩石的结晶或反应过程。另一方面，达到了平衡态的矿物组合往往也能反映结晶过程中物理化学条件的变化，因此相图分析是一种非常有用的研究手段。需要说明的是，相图与相律涉及较多的实验岩石学与热力学知识，读者可以参考相关教材和参考书目（例如，周珣若和王方正，1987；周金城和王孝磊，2005；邓晋福，1987；Ernest，1981中文版等）。

（三）一元体系：纯相熔融与同质多象

一元系是指研究对象只有一种纯物质，即独立组分数C＝1。根据相律公式，F＝1－P＋2＝3－P，因此相数最多不超过3，自由度不超过2。这里我们以无挥发分的SiO₂相图为例加以说明。

SiO₂一元系（图5－1）有重要的地质意义。在SiO₂一元系中存在七个相，即SiO₂的六个同质多相变体（α－石英、β－石英、鳞石英、方石英、柯石英、斯石英）和熔体相。每个矿物或熔体的稳定区域称为 “双变域”，在每个双变域内，P＝1，自由度F＝3－1＝2，意味着压力、温度两个变量可以在一定的范围内独立变化而不改变体系的相组成。双变域被“单变线” 隔开，在单变线上两个相邻矿物或熔体与矿物共存。在单变线上，P＝2，自由度F＝3－2＝1。这意味着要保持两个相邻相共存，就只有一个变量可以独立变化。因此温度和压力要保持协变关系，二者之间的关系就是单变线的几何方程。三条单变线或三个双变域交会的点为三相共存的点。该点上，P＝3，C＝1，即F＝0，所以，此点是温度、压力都不能独立变化的 “不变点”。

图5－1 SiO₂一元系相图（据Blatt ＆ Tracy，1996）

石英的同质多象体广泛分布于地壳之中。鳞石英和方石英只会出现在低压高温的火山环境之中。在地壳岩石中要找到高压的柯石英是非常困难的，其主要见于高压－超高压变质带中。另外，在陨石撞击成因的富硅质的岩石中也找到了柯石英和斯石英。前者是因为高压－超高压岩石可能曾经进入到地幔深处，后者则与陨石撞击时产生的瞬时高压有关。当高压－超高压变质的柯石英折返到地壳层次后，会发生不同程度的退变质而转化为石英。

（四）二元体系

二元系有两个独立组分，即C＝2。如果只考虑温度或压力其中之一的影响，则其相律公式为：F＝2－P＋1＝3－P，相数P的变化范围为1～3，自由度F的变化范围为0～2。常见的二元相图类型有低共熔系，一致分解熔融系，液态、固态有限及无限混熔系等。二元系相图判读方便，在分析岩浆结晶过程、矿物共生组合、岩石结构及成因方面有重要意义。本节仅介绍两个较为常用的二元系相图，并说明相图的解读方法。

1.透辉石（Di）－钙长石（An）二元系

透辉石（Di）－钙长石（An）二元体系由鲍文在1915年首次阐述，已经成为经典的二元系相图，可以用来理解玄武质岩浆中斜长石与辉石结晶的简单模型（图5－2）。请注意，在这个二元体系中，二组分的化学表达式与晶体相的化学式完全一致。但在大多数体系中，相的化学式与系统组分的化学表达式是不同的。

图5－2 一个标准大气压下（P＝10⁵Pa）

透辉石－钙长石二元系相图（据Yoder，1976）

为了更深入地理解二元体系，必须熟悉一些特别线条的含义与规则。相图中表示熔融完全结束或者是结晶刚刚开始的曲线称为液相线（liquis）。与之对应，表示熔融刚刚开始或者是结晶完全结束的曲线称为固相线（solis）。垂向的等值线指示体系的化学组成。在图5－2中表示为纵向的线落在90％处，具体的含义是体系由90％的钙长石（An）和10％的透辉石（Di）组成。等温线也叫等热线，在图中是一条水平线。

组成为An ＝90％ 的体系在1400℃下共生的两个相为熔体＋钙长石晶体。此时熔体的化学组分又是多少呢？熔体与晶体的比值又是多少呢？ 回答这两个问题，必须认识到等温线与液相线相交于L点，与右纵轴交于S点，图中分别以空心圆与实心方形表示。介于L点与S点间的线段称为连接线，它将两个稳定共生相通过点线联系起来。点S代表钙长石晶体，点L代表1400℃时与钙长石共生的熔体的组成，作一条过点L的垂向等值线与横轴相交，可得到熔体的组分由62％的钙长石和38％的透辉石组成。

L相与S相的相对比值可运用杠杆法则来确定。具体方法如下：等温连接线上的点S与点L各自代表了1400℃下共生的固态相与液态相。想象这条线是一个置于支点上的机械杠杆，两端分别有S与L。平衡实际上就类似儿童游乐园里的跷跷板，固态相的质量分数S乘以其杠杆臂长y必等于液态相的质量分数L乘以它的杠杆臂长x，即S×y＝L×x。固体相和液体相质量分数之和为100％，即S＋L＝1，得到S×y＝（1－S）×x＝x－S×x或S＝x/（x＋y）。因此，我们测量图5－2中的距离x与y，并且计算出比值为0.72，此比值就是固态相钙长石晶体在1400℃下的质量分数。即晶体占72％，剩下的28％是熔体。注意例子中的成分点与固态相点S的距离较其与液态相点L的距离更近，相应地晶体的比例较熔体而言更高。随着温度的不断下降，晶出的钙长石量不断增加，而剩余的熔体成分不断朝富透辉石组分的方向演化。

当熔体组分演化到E点时，透辉石与钙长石同时晶出，因而被称为共结点。此时体系由钙长石、熔体的两相共生转变为钙长石晶体、透辉石晶体与熔体的三相共生。当P确定时，根据相律F＝1＋C－P＝1＋2－3＝0。这表明共结点E是等压二元图解中唯一的一个不变点。在E点所有变量都必须是确定，即压力P＝1atm，T＝1274℃。此时熔体的成分为XL＝An42Di58。

透辉石－钙长石体系可以看成玄武质岩浆结晶过程的简单模型。含有较多钙长石组分的岩浆在液相线处会首先结晶出钙长石，从完全的液态相变为液态相＋钙长石结晶相。在一段温度范围内，钙长石持续不断地结晶。当温度降低至共结点处时，透辉石也开始晶出。可以料想，这种成分的玄武岩会由高温的钙长石斑晶与细小的含有辉石的基质组成。而如果岩浆更富含透辉石组分的话，玄武岩则可能会由辉石斑晶与含有钙长石的细小基质组成。

2.镁橄榄石（Fo）－SiO₂二元系

该二元系（图5－3）的熔融过程可分为两种情况：不一致熔融与一致熔融。一致熔融是指一种固体熔融后形成一种同成分的液相。不一致熔融则是指某结晶相在温度升高时并不直接熔出成分一致的熔体，而是转变为另一种固相和熔体，后两者与原来的固相成分不一致。结晶过程则恰好相反，随着温度的降低，熔体与一种早期结晶相反应生成一种新的具有不一致熔融性质的晶体。在岩浆冷却过程中，若温度下降得足够快，即在熔体与早期结晶的矿物反应完成之前总体系就已经凝固，这种反应关系就可以被保存下来，可以观察到反应生成的新矿物以反应边的形式环围在早期结晶的矿物相之外。

图5－3 一个标准大气压（P＝10⁵Pa）下镁橄榄石－石英二元系相图（据Bowen ＆ Anderson，1914，修改）

当图5－3a中成分为X的熔体冷却到温度T₁时，纯镁橄榄石开始结晶。随着进一步的冷却，镁橄榄石逐渐析出，使熔体变得更加富SiO₂，直至体系温度下降到T₂到达近结点（或转熔点），此时成分为L₂的熔体和与纯镁橄榄石平衡共存。近结点是固体与熔体间的反应点。在更高温下矿物与熔体可以共存，但在较低温下要发生反应。因此，继续冷却将导致镁橄榄石与富SiO₂熔体发生反应，生成顽火辉石。直至全部熔体耗尽，系统转变为镁橄榄石和顽火辉石共生。如果熔体较顽火辉石略微富SiO₂，如图5－3b中成分为Y的熔体，冷却到温度T₄时镁橄榄石开始晶出。随着温度的逐渐下降，镁橄榄石不断析出，剩余熔体变得越来越富SiO₂，直至体系到达温度T5。在温度为T₅时，与成分为X的熔体演化的情况相同，镁橄榄石与富SiO₂熔体L₂反应形成顽火辉石，如果体系温度能在T₅保持足够的时间，所有的镁橄榄石都将反应殆尽。至T₅的稍下方开始，大量顽火辉石从熔体中结晶，体系进入顽火辉石和熔体共存区。最后温度达到T₆时，体系由顽火辉石和共结点成分的熔体组成。此时SiO₂矿物开始晶出。进一步降温则导致剩余熔体彻底结晶成顽火辉石和SiO₂矿物。

值得注意的是，镁橄榄石先结晶，但不出现于最终矿物中，如果冷却不是在近于平衡的条件下缓慢进行，而是快速进行，以致橄榄石没有足够时间与熔体彻底反应，那么部分反应将在橄榄石颗粒的边部形成顽火辉石环边。这是鲍文反应系列的实例。

其他常用的二元相图包括：透辉石（Di）－钠长石（Ab）系、钠长石（Ab）－SiO₂系、霞石（Ne）－SiO₂系、白榴石（Lc）－SiO₂系、钠长石（Ab）－钙长石（An）系等，它们都包含有具体的岩石学意义，读者可参考有关书目，进行进一步的学习。

图5－4 具有低共熔点的三元立体示意相图（据周珣若和王方正，1987）

（五）三元体系

三元系相图较一元系和二元系相图复杂，判读亦较难。这里仅介绍最简单的具三元低共结点的三元系相图，它的特点是组成体系的各组分在液态时完全混熔，在固态时完全不互熔，也不形成中间化合物，具有一个三元低共结点。

1.立体相图的构成要素及底面投影

图5－4所表示的是一个三面棱柱体状的立体示意相图。底面为一个浓度三角形，由端元组分A、B、C以任意比例组成的体系在此三角形中均可表达为一个成分点。垂直坐标为温度。A′、B′、C′分别代表三端元组分A、B、C的熔点。三个棱面分别代表A－B、B－C、C－A三个二元系，E₁、E²、E³分别为这三个二元系的共结点。如果已知任何不同比例的三元混合物完全熔融到液相时的温度（也即从岩浆中开始析晶的温度），以此温度和对应的体系成分为坐标，在这个三面棱柱体内进行空间投影即可得到三个液相 面也称液相面。在这三个液相面上，开始晶出的固相分别为A、B、C相，因此，称之为A始（首，初）晶面（区）、B始（首，初）晶面（区）、C始（首，初）晶面（区）。

根据熔点降低原理，当二元系中加入第三组分后，低共熔点亦随之降低。随着加入量的增多，低共熔点不断下降。因此，在三元系相图内形成的三个液相面汇集于E′点，即三元低共熔点。三条低共熔曲线E!E′、E!E′、E!E′，就是三个液相面之间的交线。在低共熔曲线上，液相与两个固相相处于平衡，三相共存，自由度F＝3－^3＋1＝1。在三元低共熔点（E′点），组成为E′的液相与A、B、C三个固相处于平衡，四相共存，自由度F＝3－4＋1＝0，三元低共熔点是整个系统存在液相的最低温度点。

由于立体图在使用上比较麻烦，因此经常用在底面等边三角形上的垂直投影图表示三元相系的相图。如图5－4所表示，底面三角形的边分别代表A－B、B－C、C－A三个二元体系，e₁、e₂、e₃分别代表它们的共结点， 别代表液相面 的投影，e₁E、e₂E、e₃E分别代表低共熔线E₁E′、E₂E′、E₃E′的投影，E代表三元低共熔点E′的投影。

图5－5 具三元低共熔点的三元系结晶过程分析示意图（据周珣若和王方正，1987）

投影图上表示温度的方法如下：(1)将一些固定点的温度（如熔点、低共熔点、一致熔融点、分解熔融点等）直接标在图上。(2)低共熔线上的箭头表示温度下降的方向，三角形边上的箭头表示二元体系中液相线温度下降的方向。(3)通过立体图的温度坐标，以一定温度间隔t′₁、t′₂作平行于底面的等温面（图中的扇形面），这些等温面与液相面相交得到等温线（a′₁C′₁，a′₂C′₃…），在底面投影图中t₁、t₂等温线。显然，等温线的疏密反映了液相面的缓陡。

2.结晶过程分析

根据图5－4及图5－5，假设原始岩浆成分点为M点，位于首晶区内，它的开始状态由M′点表示。在降温过程中，由M′点降到液相面上的L₁点，L₁是t₁′等温线a₁′C₁′上的一点，此时，C开始晶出。随着温度的下降，液相线将沿着L₁－L₂－L₃曲线（CC′线与CM线所组成的平面与液相面的交线）移动，即沿投影图上CM连线的延长线MD移动（析出关系）。在此过程中，只有C晶出，自由度F＝3－2＋1＝2，液相中组分C的含量不断改变，而组分A与B的量比保持不变。当温度降到L₃点（投影图中的D点）时，即到达低共熔线E₃E′时，则A亦晶出，此时，C、A、L三相共存，自由度F＝3－3＋1＝1。温度继续下降，液相组成将沿L₃E′曲线（投影图中的DE曲线）方向变化，固相组成将沿CF方向变化。当液相刚刚到达E′点（投影图中的E点）时，固相的总体组成变化到F点，其中C与A的晶出量的比值为AF：FC。在E′点由于B也晶出，所以C、A、B、L四相共存，自由度F＝3－4＋1＝0。在E′点晶出过程中，液相量逐渐减少，但其组成不变。而固相的组成，由于除了C、A之外又有B的晶出，因此，从F点向M点变化，也就是从三角形的边上移到三角形内，直至岩浆全部耗尽，结晶过程全部结束。最后，晶出C、A、B三固相的总体组成。与原始岩浆成分M点一致。

总之，液相组成变化为M→D→E；固相总体组成变化为C→F→M。

在结晶过程中，固与液相之量比如下：

(1)当液相组成刚刚到达D点时，液相：固相（C）＝CM：MD。

(2)当液相组成刚刚到达E点时，液相：固相（C＋A）＝FM：ME，C：A＝AF：FC。

Ⅳ 生活中有哪些应用相平衡吸收关系的

例如：溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯及金相分析等方面都要用回到相平衡的知识答。一个系统可以是多组分的并含有许多相。当相与相间达到物理的和化学的平衡时，则称系统达到了相平衡。相平衡的热力学条件是各相的温度和压力相等，任一组分在各相的化学势相等。

此时在宏观上已经没有任何物质在相际传递，但在微观上仍有方向相反的物质在相际传递，且速度相等，故传递的净速度为零，化工热力学研究的两相系统的平衡，有气液平衡、气固平衡、汽液平衡、汽固平衡、液液平衡、液固平衡和固固平衡；相数多于2的系统，有气液固平衡、汽液液平衡等。

(4)相图分析蒸馏扩展阅读

相平衡图可用来研究相平衡体系的性质与组成，各参变量之间的关系具有清晰、直观的特征，虽然它主要来自实验，但切莫忽视热力学对相图的指导意义以及由相图可再现热力学规律的深刻内涵。

由热力学性质所构成的关系式再用几何作图法或者用计算机计算法可以构成相图（相图计算），反之由相图也可以提取多种热力学性质。前者是相图的“合成”或称“构筑”，后者是相图的“分析”。

Ⅳ 怎么从相图看能不能进行共沸精馏

一般情况下，在低层大气中，气温是随高度的增加而降低的。但有时在某些层次可能出现相反的情况，气温随高度的增加而升高，这种现象称为逆温。出现逆温现象的大气层称为逆温层。

Ⅵ 谁有“二组分气液平衡相图的测定实验报告”范文推荐一下 要尽量完整

完全互溶双液系气液平衡相图的绘制

报告人： 同组人： 实验时间2010年05月24日

一．实验目的
1．测定常压下环己烷－乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点－组成相图。
2．掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。
3．掌握阿贝折射仪的使用方法。

二．实验原理
两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。
恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气－液平衡相图（T－x），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为三类：
（1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯－苯体系，如图1(a)所示。
（2）最大负偏差：混合物存在着最高沸点，如盐酸－水体系，如图1 (b)所示。
（3）最大正偏差：混合物存在着最低沸点，如正丙醇—水体系，如图1(c)）所示。

图1 完全互溶双液系的相图
对于后两种情况，为具有恒沸点的双液系相图。它们在最低或最高恒沸点时的气相和液相组成相同，因而不能象第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离，而只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。
为了测定双液系的T－x相图，需在气－液平衡后，同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。
本实验以环己烷－乙醇为体系，该体系属于上述第三种类型，在沸点仪（如图2）中蒸馏不同组成的混合物，测定其沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出T－x相图。
本实验中两相的成分分析均采用折光率法。 图2
折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，因此在测量物质的折光率时要求温度恒定。溶液的浓度不同、组成不同，折光率也不同。因此可先配制一系列已知组成的溶液，在恒定温度下测其折光率，作出折光率－组成工作曲线，便可通过测折光率的大小在工作曲线上找出未知溶液的组成。

三．仪器与试剂
沸点仪，阿贝折射仪，调压变压器，超级恒温水浴，温度测定仪，长短取样管。
环己烷物质的量分数x环己烷为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的环己烷－乙醇标准溶液，各种组成的环己烷－乙醇混和溶液。

四．实验步骤：
1．环己烷－乙醇溶液折光率与组成工作曲线的测定
调节恒温槽温度并使其稳定，阿贝折射仪上的温度稳定在某一定值，测量环己烷－乙醇标准溶液的折光率。为了适应季节的变化，可选择若干温度测量，一般可选25℃、30℃、35℃三个温度。
2．测定待测溶液沸点和折光率
（1）无水乙醇沸点的测定
将干燥的沸点仪安装好。从侧管加入约20mL无水乙醇于蒸馏瓶内，并使传感器（温度计）浸入液体内。冷凝管接通冷凝水。按恒流源操作使用说明，将稳流电源调至1.8-2.0A，使加热丝将液体加热至缓慢沸腾。液体沸腾后，待测温温度计的读数稳定后应再维持3～5min以使体系达到平衡。在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶。记下温度计的读数，即为无水乙醇的沸点，同时记录大气压力。
（2）测定系列浓度待测溶液的沸点和折光率
同（1）操作，从侧管加入约20mL预先配制好的1号环己烷－乙醇溶液于蒸馏瓶内，并使传感器（温度计）浸入溶液内,将液体加热至缓慢沸腾。因最初在冷凝管下端内的液体不能代表平衡气相的组成，为加速达到平衡，须连同支架一起倾斜蒸馏瓶，使小槽中气相冷凝液倾回蒸馏瓶内，重复三次（注意：加热时间不宜太长，以免物质挥发），待温度稳定后，记下温度计的读数，即为溶液的沸点。
切断电源，停止加热，分别用吸管从小槽中取出气相冷凝液、从侧管处吸出少许液相混液，迅速测定各自的折光率。剩余溶液倒入回收瓶。
按1号溶液的操作，依次测定2、3、4、5、6、7、8号溶液的沸点和气－液平衡时的气，液相折光率。
（3）环己烷沸点的测定
同（1）操作，测定环己烷的沸点。测定前应注意，必须将沸点仪洗净并充分干燥。

五．实验结果与数据处理

恒温槽温度： 29.15 ℃ 大气压： 97.40 kPa
环己烷沸点：76.1 ℃ 无水乙醇沸点 79.2℃

表1 环己烷－乙醇标准溶液的折光率
x环己烷 0 0.25 0.5 0.75 1.0
折光率 1.3475 1.3658 1.3854 1.4075 1.4280

表2 环己烷－乙醇混和液测定数据
混和液编号 混合液近似组成x环己烷 沸点/℃ 液相分析 气相冷凝分析
折光率 x环己烷 折光率 y环己烷
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．作出环己烷－乙醇标准溶液的折光率－组成关系曲线。

2．根据工作曲线插值求出各待测溶液的气相和液相平衡组成，填入表中。以组成为横轴，沸点为纵轴，绘出气相与液相的沸点－组成(T-x)平衡相图。

3．由图找出其恒沸点及恒沸组成。
答：由图知：恒沸点为62.5℃，恒沸点组成为x环己烷=0.57

六．注意事项

1．加热电阻丝一定要被欲测液体浸没，否则通电加热时可能会引起有机液体燃烧；所加电压不能太大，加热丝上有小气泡逸出即可。
2．取样时，先停止通电再取样。
3．每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。
4．阿贝折射仪的棱镜不能用硬物触及（如滴管），擦拭棱镜需用擦镜纸

七．思考题
1．取出的平衡气液相样品，为什么必须在密闭的容器中冷却后方可用以测定其折射率？
答：因为过热时将导致液相线向高温处移动，气相组分含有的易挥发成份偏多，该气相点会向易挥发组分那边偏移。所以要在密闭容器中冷却。
2．平衡时，气液两相温度是否应该一样，实际是否一样，对测量有何影响？
答：不一样，由于仪器保温欠佳，使蒸气还没有到达冷凝小球就因冷凝而成为液相。
3．如果要测纯环己烷、纯乙醇的沸点，蒸馏瓶必须洗净，而且烘干，而测混合液沸点和组成时，蒸馏瓶则不洗也不烘，为什么?
答：测试纯样时，如沸点仪不干净，所测得沸点就不是纯样的沸点。测试混合样时，其沸点和气、液组成都是实验直接测定的，绘制图像时只需要这几个数据，并不需要测试样的准确组成，也跟式样的量无关。
4．如何判断气－液已达到平衡状态？讨论此溶液蒸馏时的分离情况？
答：当温度计读数稳定的时候表示气－液已达到平衡状态；
5．为什么工业上常产生95％酒精？只用精馏含水酒精的方法是否可能获的无水酒精？
答：因为种种原因在此条件下，蒸馏所得产物只能得95%的酒精。不可能只用精馏含水酒精的方法获得无水酒精，95%酒精还含有5%的水，它是一个沸点为的共沸物，在沸点时蒸出的仍是同样比例的组分，所以利用分馏法不能除去5%的水。工业上无水乙醇的制法是先在此基础上加入一定量的苯，再进行蒸馏。

Ⅶ 乙醇－环己烷气液平衡相图

1. 测定常压下环己烷-乙醇二元系统的汽液平衡数据，绘制101325Pa下的沸点-组成的相图。

2. 掌握阿贝折射仪的原理和使用方法。

二、实验原理

液体混合物中各组分在同一温度下具有不同的挥发能力。因而，经过汽液见相变达到平衡后，各组分在汽、液两相中的浓度是不相同的。根据这个特点，使二元混合物在精馏塔中进行反复蒸馏，就可分离得到各纯组分。为了得到预期的分离效果，设计精馏装置必须掌握精确的汽液平衡数据，也就是平衡时的汽、液两相的组成与温度、压力见的依赖关系。大量工业上重要的系统的平衡数据，很难由理论计算，必须由实验直接测定，即在恒压（或恒温）下测定平衡的蒸汽与液体的各组分。其中，恒压数据应用更广，测定方法也较简便。

恒压测定方法有多种，以循环法最普遍。循环法原理的示意图见图5-11。在沸腾器P中盛有一定组成的二元溶液，在恒压下加热。液体沸腾后，逸出的蒸汽经完全冷凝后流入收集器R。达一定数量后逸流，经回流管流回到P。由于气相中的组成与液相中不同，所以随着沸腾过程的进行，P、R两容器中的组成不断改变，直至达到平衡时，汽、液两相的组成也保持恒定。分别从R、P中取样进行分析，即得出平衡温度下气相和液相的组成。

本实验测定的恒压下环己烷-乙醇二元汽液平衡相图，如图5-12所示。
图中横坐标表示二元系的组成（以B的摩尔分数表示），纵坐标为温度。显然曲线的两个端点 、 即指在恒压下纯A与纯B的沸点。若溶液原始的组成为 ,当它沸腾达到汽液平衡的温度为 时，其平衡汽液相组成分别为 与 。用不同组成的溶液进行测定，可得一系列 数据，据此画出一张由液相线与汽相线组成的完整相图。图5-12的特点是当系统组成为 时，沸腾温度为 ，平衡的汽相组成与液相组成相同。因为 是所有组成中的沸点最低者，所以这类相图称为具有最低恒沸点的汽液平衡相图。

分析汽液两相组成的方法很多，有化学方法和物理方法。本实验用阿贝折射仪测定溶液的折射率以确定其组成。因为在一定温度下，纯物质具有一定的顺变关系。预先测定一定温度下一系列已知组成的溶液的折射率，得到折射率-组成对照表。以后即可根据待测溶液的折射率，由此表确定其组成。

三、试剂与仪器

试剂：环己烷、乙醇。

仪器：埃立斯（Ellis）平衡蒸馏器、0.5kW调压变压器、电压表、阿贝折射仪、超级恒温槽。

埃立斯平衡蒸馏器是由玻璃吹制而成的，它具有汽液两相同时循环的结构，如图5-13所示。
四、实验步骤

1. 将预先配置好的一定组成的环己烷-乙醇溶液缓缓加入蒸馏器中，使液面略低于蛇管喷口，蛇管的大部分浸在溶液之中。

2. 调节适当的电压通过加热元件1和下保温电热丝对溶液进行加热。同时在冷凝器9、10中通以冷却水。

3. 加热一定时间后溶液开始沸腾，气、液两相混合物经蛇形管口[喷于温度计底部；同时可见气相冷凝液滴入接受器11。为了防止蒸气过早的冷凝，通过变压器将上保温电加热丝加热，要求套管8内温度比套管6内温度高0.5~1.5℃。控制加热器电压，使冷凝液产生速度为每分钟60~100滴。调节下保温电热丝电压，以蒸馏器的器壁上不产生冷凝液为宜。为防止暴沸，在加热升温过程中可借助于双连球通过活塞14向蒸馏器内缓慢而间歇地鼓入少量空气，待溶液沸腾后即取下双连球。

4. 待套管6处的温度约恒定20min后，可认为汽、液相间已达平衡，记下温度计6读数，即为汽、液平衡的温度。

5. 分别从取样口12、13同时取样约2mL，稍冷却后测定其折射率。阿贝折射仪的原理与使用方法见本书2.2.3节。

6. 实验结束，关闭所有加热元件。待溶液冷却后，将溶液放回原来的溶液瓶。

五、数据处理

1. 将测定的各气液相折射率，利用环己烷-乙醇系统的折射率-组成对照表（见本书附录11）查得平衡的液相组成x环与气相组成y环。

2. 平衡温度的确定

（1） 温度计示值校正和露茎校正见《大学基础化学实验（Ⅰ）》。

（2） 气压计读数校正见本书附录4。

（3） 平衡温度的压力校正 溶液的沸点与外压有关，为了将溶液沸点校正到正常沸点，即外压为101325Pa下的汽液平衡温度，应将测得的平衡温度进行校正。环己烷-乙醇系统的校正公式如下：

(5-21)

式中，t常为校正到外压为101325Pa下的平衡常数（℃），t为外压为p大气（Pa）时测得的温度，y环为用环己烷摩尔分数表示的气相组成。

3. 综合实验所得的各组成的平衡数据，绘出101325Pa下环己烷-乙醇的汽液平衡相图。

六、思考题

1. 一般而言，如何才能准确测得溶液的沸点？

2. 埃立斯平衡蒸馏器有什么特点有什么特点？其中蛇管的作用是什么？

3. 埃立斯平衡蒸馏器为何要上下保温？为何气相部分温度应略高于液面部位温度？

4. 取出的平衡汽液相样品，为什么必须在密闭的容器中冷却后方可用以测定其折射率？

七、进一步讨论

1. 为得到精确的相平衡数据，应采用恒压装置以控制外压。有关恒压装置的原理及使用参见本书附录4。

2. 使用埃立斯蒸馏器操作时，应注意防止闪蒸现象、精馏现象及暴沸现象。当加热功率过高时，溶液往往会产生完全汽化，将原组成溶液瞬间完全变为蒸气，即闪蒸。显然，闪蒸得到的汽液组成不是平衡的组成。为此需要调节适当的加热功率，以控制蒸气冷凝液的回流速度。

蒸馏器所得的平衡数据是溶液一次汽化平衡的结果。但蒸气在上升过程中又遇到液相冷凝液，则又可进行再次汽化，这样就形成了多次蒸馏的精馏操作。其结果是得不到蒸馏器应得的平衡数据。为此，在蒸馏器上部必须进行保温，使气相部位略高于液相，以防止蒸气过早的冷凝。

由于沸腾时气泡生成困难，暴沸现象常会发生。避免的方法是提供气泡生成中心或造成溶液局部过热。为此，可在实验中鼓入小气泡或在加热管的外壁造成粗糙表面以利于形成气穴；或将电热丝直接与溶液接触，造成局部过热。

Ⅷ 在蒸馏过程中,某二元理想物系的气液t-xy相图随什么而变

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