实验四 异丙醇—环己烷双液系相图
一、实验目的：
1. 了解物理化学实验手段中常用的物理方法—光学方法的基本原理。
2. 绘制异丙醇—环己烷双液系的沸点—组成图，确定其恒沸组成及恒沸温度。
3. 进一步理解分馏原理。
4. 掌握阿贝折射计的原理及使用方法。
二．基本原理：
根据相律：f + φ = c + 2 ， 对二组分体系：f = 4 - φ，f max = 3 (T，P ，x) 。
对于二组分体系，常常保持一个变量为常量，而得到立体图形的平面截面图。这种平面图可以有三种：p-x 图，T-x 图，T-p 图。常用的是前两种。在平面图上，f =3-φ ，f max =2，同时共存的相数φmax =3。
单组分的液体在一定外压下，它的沸点是一定值，把两种完全互溶的挥发性液体（组分A 和B ）互相混合后，在某一定温度下，平衡共存的气液两相的组成，通常并不相同，因此如果在恒压下将溶液蒸馏，测定馏出物（气相）和蒸馏液（液相）的折射率，就能找出平衡时气液两相的成分，并绘出沸点—组成（T —x ）图线，在常温下，两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的体系称之为完全互溶双液系。完全互溶双液系在恒定压力下的沸点—组成图可分为三类：
（1）溶液沸点介于两纯组分沸点之间（如图1），（2）溶液存在最低沸点（图2）和（3）溶液存在最高沸点（图3）。
**
（2）、（3）被称为具有恒沸点的双液系，即体系处于恒沸点时气、液两相的组成相同，其相应的溶液称为恒沸点混合物。此时对恒沸点混合物进行蒸馏，所得气相与液相组成相同，因此我们不能用普通蒸馏方法获得任一纯组分。异丙醇—环己烷双液系属于具有最低恒沸点一类的体系。
T —x 图在进行蒸馏或分馏时是必不可少的，而分馏在提纯溶剂和石油工业中也得到广泛应用，所以这种图是具有很大的实用价值的。
本实验的目的就是要绘制异丙醇—环己烷的T —x 图并找出恒沸点混合物的组成。
1．沸点—组成图的绘制
为了绘制沸点—组成图，可采取不同的方法。在本实验中，我们采用的是一种物理方法—通过折射率的测定，来间接的获取溶液组成，它具有简捷、准确的特点。
本实验就是利用回流及分析的方法来绘制相图。取不同组成的溶液在沸点仪中回流，测定其沸点及气、液相组成。沸点数据可直接由温度计获得，气、液相组成可通过测其折射率，然后由组成—折射率曲线中最后确定。以沸点对组成作图，将所有的气、液相组成连起来， 即成相图。
2．阿贝折射计的原理与使用
原理：利用折射率的原理制成的。参考图7.7。
使用：
（1） 将超级恒温槽调到测定所需要之温度（20），并将此恒温水通入阿贝折射计的两棱镜恒温夹套中，检查棱镜上的温度计的读数。如被测样品浑浊或有较浓的颜色时，视野较暗，可打开基础棱镜上的圆窗进行测量。
（2） 阿贝折射计置于光亮处，但避免阳光直接照射，调节反射镜，使白光射入棱镜。
（3） 打开棱镜，滴1~2滴无水乙醇（或乙醚）在镜面上，用擦镜纸轻轻擦干镜面，再将棱镜轻轻合上。
（4） 测量时，用滴管取待测试样，由位于两棱镜上方的加液孔将此被测液体加入两棱镜间的缝隙间，旋紧锁钮，务使被测物体均匀覆盖于两棱镜间镜面上，不可有气泡存在，否则重新取样进行操作。
（5） 转棱镜使目镜中能看到半明半暗现象，让明暗界线落在目镜里交叉法线交点上，如有色散现象，可调节消色补偿器，使色散消失，得到清晰的明暗界限。
（6） 测完后用擦镜纸擦干棱镜面。
简单可表示为：
仪器安装—加样—对光—左下按钮粗调明暗面—右上按钮细调消色散—读数—仪器校正（纯水的n D 20=1.3325）
三．实验装置图：
四．实验步骤：
1. 将超级恒温槽恒温至20 C ，安装好仪器。
2. 在干净的烧杯中加入20~30ml所测溶液，从移取液相的瓶口倒入，温度计的水银球一半 浸在液体中，一半在气相中，水银球离电热丝2-3mm ，打开回流冷凝管，插上14V 直流电源加热。（注意：在没有加入液体之前，一定不要通电，以防烧坏电阻丝）
3. 加热沸腾后，用小电源加热（换12V ），沸腾一段时间后看温度稳定后停止加热，（注意： 一定要拔下电源插头），记下此时的温度（即沸点），其间倾倒2-3次气相组成液。用盛水的大烧杯冷却后用抹布擦干，防止水进入试样。
4. 分别从液相（烧瓶底部）和气相（冷凝管底部）用滴管吸取液体，（注意：滴管一定要干 燥，每次要用电吹风机吹干；另外取气相液时滴管要垂直；）测其折射率。（注意：每测一次样品，都要用搽镜纸将镜面搽干净，镜面上的液体要均匀，不可有气泡）。每做完一个样品，要将剩余液体倒回原瓶，不要倒错。按照上述步骤再做下一个。通过折射率—组成工作曲线
（给出，不需做实验）得到相应温度下气液相的组成。
五．数据记录：
异丙醇—环己烷一定组成溶液的折射率
异丙醇重量百分数（%） 0.00
溶液的折射率 7.85 15.15 22.02 32.62 41.66 51.72 74.01 100.00 1.4263 1.4210 1.4168 1.4130 1.4077 1.4029 1.3983 1.3882
1.3773
六．实验注意事项：
1. 沸点仪没加液体，不得加热，防止电热丝烧断。
2. 测试样品前一定要断电，用自来水冷却半分钟，然后用抹布擦干。防止水进入试样。取 气相液滴需要垂直，做完后试样倒回原瓶，不要倒错，重做下一个。
3. 低压直流电14伏。
4. 在分馏液取样口处应加一干燥设备。
5. 气液相反复倾倒2~3次，以确保气液达平衡。倾倒时，速度要快，防止电热丝被烧断。
6. 温度计的水银球应一半在液体中，一半在气相中（气液平衡）。
7. 盛气相冷凝液的部位不可太大，只需盛一滴即可，若太大，不易达平衡。
8. 滴管一定要干燥，用吹风机吹干。
9. 滴水后，调下旋钮有色彩，调上旋钮消色散。调明暗界限恰好通过十字线交点。（蒸馏
水n D 20=1.3331）
10. 读数镜筒太暗，可调旁边窗口盖成45o 角。
七．结果讨论：
1．气液相应反复倾倒2~3次，以确保气液达平衡。
2．温度计的水银球应一半在液体中，一半在气相中，以确保气液达平衡，否则将影响实验结果。
3．滴管一定要用吹风机吹干，否则由于滴管上的残留液，而影响气相或液相的组成。
4．恒温槽中的水的温度应始终保持恒定，否则将影响气相或液相的折光率，从而影响气相或液相的组成。
5．气相或液相的折光率的测定准确与否，将直接影响实验结果。
八．思考题：
1．操作步骤中，在加入不同数量的各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制有无影响？为什么？
答：加入各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制无影响，因为最终液体的组成是通过对折光率的测定，在工作曲线上得出，所以无影响。
2．折射率的测定为什么要在恒定温度下进行？
答： 因为折射率与温度有关，所以在测量时要在两棱镜的周围夹套内通入恒温水，保持恒温。
3．影响实验精度的因素之一是回流的好坏。如何使回流进行好？它的标志是什么？
答：要使回流进行好，必须使气液多次充分接触，所以玻璃陶管不可缺，这样沸腾时才能不断撞击水银球，使气液两相平衡。它的标志是温度指示数恒定。
4．对应某一组成测定沸点及气相冷凝液和液相折射率，如因某中原因缺少其中某一个数据，应如何处理？它对相图的绘制是否有影响？
答：沸点的数据不能少，其它可以少。对于缺少的数据，可由它们的趋势找出其它点。
5．正确使用阿贝折射仪要注意些什么？（课本P87）
6．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？
答：若组成在0～x 之间，蒸馏会得到A 和C ；若组成在x ～1之间，蒸馏将会得到C 和B 。若组成为x ，则蒸馏只会得到恒沸混合物C 。
实验四 异丙醇—环己烷双液系相图
一、实验目的：
1. 了解物理化学实验手段中常用的物理方法—光学方法的基本原理。
2. 绘制异丙醇—环己烷双液系的沸点—组成图，确定其恒沸组成及恒沸温度。
3. 进一步理解分馏原理。
4. 掌握阿贝折射计的原理及使用方法。
二．基本原理：
根据相律：f + φ = c + 2 ， 对二组分体系：f = 4 - φ，f max = 3 (T，P ，x) 。
对于二组分体系，常常保持一个变量为常量，而得到立体图形的平面截面图。这种平面图可以有三种：p-x 图，T-x 图，T-p 图。常用的是前两种。在平面图上，f =3-φ ，f max =2，同时共存的相数φmax =3。
单组分的液体在一定外压下，它的沸点是一定值，把两种完全互溶的挥发性液体（组分A 和B ）互相混合后，在某一定温度下，平衡共存的气液两相的组成，通常并不相同，因此如果在恒压下将溶液蒸馏，测定馏出物（气相）和蒸馏液（液相）的折射率，就能找出平衡时气液两相的成分，并绘出沸点—组成（T —x ）图线，在常温下，两种液态物质以任意比例相互溶解所组成的体系称之为完全互溶双液系。完全互溶双液系在恒定压力下的沸点—组成图可分为三类：
（1）溶液沸点介于两纯组分沸点之间（如图1），（2）溶液存在最低沸点（图2）和（3）溶液存在最高沸点（图3）。
**
（2）、（3）被称为具有恒沸点的双液系，即体系处于恒沸点时气、液两相的组成相同，其相应的溶液称为恒沸点混合物。此时对恒沸点混合物进行蒸馏，所得气相与液相组成相同，因此我们不能用普通蒸馏方法获得任一纯组分。异丙醇—环己烷双液系属于具有最低恒沸点一类的体系。
T —x 图在进行蒸馏或分馏时是必不可少的，而分馏在提纯溶剂和石油工业中也得到广泛应用，所以这种图是具有很大的实用价值的。
本实验的目的就是要绘制异丙醇—环己烷的T —x 图并找出恒沸点混合物的组成。
1．沸点—组成图的绘制
为了绘制沸点—组成图，可采取不同的方法。在本实验中，我们采用的是一种物理方法—通过折射率的测定，来间接的获取溶液组成，它具有简捷、准确的特点。
本实验就是利用回流及分析的方法来绘制相图。取不同组成的溶液在沸点仪中回流，测定其沸点及气、液相组成。沸点数据可直接由温度计获得，气、液相组成可通过测其折射率，然后由组成—折射率曲线中最后确定。以沸点对组成作图，将所有的气、液相组成连起来， 即成相图。
2．阿贝折射计的原理与使用
原理：利用折射率的原理制成的。参考图7.7。
使用：
（1） 将超级恒温槽调到测定所需要之温度（20），并将此恒温水通入阿贝折射计的两棱镜恒温夹套中，检查棱镜上的温度计的读数。如被测样品浑浊或有较浓的颜色时，视野较暗，可打开基础棱镜上的圆窗进行测量。
（2） 阿贝折射计置于光亮处，但避免阳光直接照射，调节反射镜，使白光射入棱镜。
（3） 打开棱镜，滴1~2滴无水乙醇（或乙醚）在镜面上，用擦镜纸轻轻擦干镜面，再将棱镜轻轻合上。
（4） 测量时，用滴管取待测试样，由位于两棱镜上方的加液孔将此被测液体加入两棱镜间的缝隙间，旋紧锁钮，务使被测物体均匀覆盖于两棱镜间镜面上，不可有气泡存在，否则重新取样进行操作。
（5） 转棱镜使目镜中能看到半明半暗现象，让明暗界线落在目镜里交叉法线交点上，如有色散现象，可调节消色补偿器，使色散消失，得到清晰的明暗界限。
（6） 测完后用擦镜纸擦干棱镜面。
简单可表示为：
仪器安装—加样—对光—左下按钮粗调明暗面—右上按钮细调消色散—读数—仪器校正（纯水的n D 20=1.3325）
三．实验装置图：
四．实验步骤：
1. 将超级恒温槽恒温至20 C ，安装好仪器。
2. 在干净的烧杯中加入20~30ml所测溶液，从移取液相的瓶口倒入，温度计的水银球一半 浸在液体中，一半在气相中，水银球离电热丝2-3mm ，打开回流冷凝管，插上14V 直流电源加热。（注意：在没有加入液体之前，一定不要通电，以防烧坏电阻丝）
3. 加热沸腾后，用小电源加热（换12V ），沸腾一段时间后看温度稳定后停止加热，（注意： 一定要拔下电源插头），记下此时的温度（即沸点），其间倾倒2-3次气相组成液。用盛水的大烧杯冷却后用抹布擦干，防止水进入试样。
4. 分别从液相（烧瓶底部）和气相（冷凝管底部）用滴管吸取液体，（注意：滴管一定要干 燥，每次要用电吹风机吹干；另外取气相液时滴管要垂直；）测其折射率。（注意：每测一次样品，都要用搽镜纸将镜面搽干净，镜面上的液体要均匀，不可有气泡）。每做完一个样品，要将剩余液体倒回原瓶，不要倒错。按照上述步骤再做下一个。通过折射率—组成工作曲线
（给出，不需做实验）得到相应温度下气液相的组成。
五．数据记录：
异丙醇—环己烷一定组成溶液的折射率
异丙醇重量百分数（%） 0.00
溶液的折射率 7.85 15.15 22.02 32.62 41.66 51.72 74.01 100.00 1.4263 1.4210 1.4168 1.4130 1.4077 1.4029 1.3983 1.3882
1.3773
六．实验注意事项：
1. 沸点仪没加液体，不得加热，防止电热丝烧断。
2. 测试样品前一定要断电，用自来水冷却半分钟，然后用抹布擦干。防止水进入试样。取 气相液滴需要垂直，做完后试样倒回原瓶，不要倒错，重做下一个。
3. 低压直流电14伏。
4. 在分馏液取样口处应加一干燥设备。
5. 气液相反复倾倒2~3次，以确保气液达平衡。倾倒时，速度要快，防止电热丝被烧断。
6. 温度计的水银球应一半在液体中，一半在气相中（气液平衡）。
7. 盛气相冷凝液的部位不可太大，只需盛一滴即可，若太大，不易达平衡。
8. 滴管一定要干燥，用吹风机吹干。
9. 滴水后，调下旋钮有色彩，调上旋钮消色散。调明暗界限恰好通过十字线交点。（蒸馏
水n D 20=1.3331）
10. 读数镜筒太暗，可调旁边窗口盖成45o 角。
七．结果讨论：
1．气液相应反复倾倒2~3次，以确保气液达平衡。
2．温度计的水银球应一半在液体中，一半在气相中，以确保气液达平衡，否则将影响实验结果。
3．滴管一定要用吹风机吹干，否则由于滴管上的残留液，而影响气相或液相的组成。
4．恒温槽中的水的温度应始终保持恒定，否则将影响气相或液相的折光率，从而影响气相或液相的组成。
5．气相或液相的折光率的测定准确与否，将直接影响实验结果。
八．思考题：
1．操作步骤中，在加入不同数量的各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制有无影响？为什么？
答：加入各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制无影响，因为最终液体的组成是通过对折光率的测定，在工作曲线上得出，所以无影响。
2．折射率的测定为什么要在恒定温度下进行？
答： 因为折射率与温度有关，所以在测量时要在两棱镜的周围夹套内通入恒温水，保持恒温。
3．影响实验精度的因素之一是回流的好坏。如何使回流进行好？它的标志是什么？
答：要使回流进行好，必须使气液多次充分接触，所以玻璃陶管不可缺，这样沸腾时才能不断撞击水银球，使气液两相平衡。它的标志是温度指示数恒定。
4．对应某一组成测定沸点及气相冷凝液和液相折射率，如因某中原因缺少其中某一个数据，应如何处理？它对相图的绘制是否有影响？
答：沸点的数据不能少，其它可以少。对于缺少的数据，可由它们的趋势找出其它点。
5．正确使用阿贝折射仪要注意些什么？（课本P87）
6．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？
答：若组成在0～x 之间，蒸馏会得到A 和C ；若组成在x ～1之间，蒸馏将会得到C 和B 。若组成为x ，则蒸馏只会得到恒沸混合物C 。