三元液-液平衡數據測定實驗裝置實驗指導書

三元液-液平衡數值測量實驗裝置實驗指導書
1、實驗目的
? 熟悉用三角形相圖表示三組分體系構成的方法，掌控把握用濁點法和平衡釜法測量液—液平衡數值的原理；
? 測繪環己烷—水—乙醇三組分體系液—液平衡相圖。
2、實驗原理
? 三角形相圖
設等邊三角形三個頂點分別代表純物質 A 、 B 和 C （圖 1 ），則 AB 、 BC 和 CA 三條邊分別代表（ A+B ）、（ B+C ）和（ C+A ）三個二組分體系，而三角形內部各點相當于三組分體系。將三角形的每一邊分成 100 等分，經過三角形內部任何一點 O 引平行于各邊的直線 a 、 b 和 c ，按照幾何原理 ,a+b+c=AB=BC=CA=100% ，或 a ` +b ` +c ` = AB = BC = CA =100% ， 因此 O 點的構成可由 a ` 、 b ` 、 c ` 表示 , 即 O 點所代表的三個組分的 % 構成為 ,B%= b ` ， A%= a ` ， C%=c ` 。要確定 O 點的 B 構成 , 只需經過 O 點作出與 B 的對邊 AC 的平行線 , 割 AB 邊于 D,AD 線段長度即相當于 B%. 余可類推 . 如果已知三組分混合物的任何二個 % 構成 , 只須作兩條平行線 , 其交點就是被測體系的構成點。

圖 1 等邊三角形圖

等邊三角形圖還有以下兩個特別點 :
? 經過任一頂點 B 向其對邊引直線 BD, 則 BD 線上的各點所代表的構成中 , A 、 C
兩個組分含量的比值保持不變 . 這可由三角形相似原理得到證明 . 即
a ` /c ` = a ‘‘ /c ‘' = A%/C% = 常數
(2) 如果有兩個三組分體系 D 和 E, 將其混合后 , 其構成點必位于 D 、 E 兩點之間的連線上 ,
例如為 O, 按照杠桿規則 :
E 之重 /D 之重 =DO 之長 /EO 之長
? 環己烷 — 水 — 乙醇三組分體系液 — 液平衡相圖測量方法
環己烷 — 水 — 乙醇三組分體系中，環己烷與水是不互溶的，而乙醇與水及乙醇與環己烷全部是互溶的。在環己烷與水體系中加入乙醇可促使環己烷與水互溶。由于乙醇在環己烷層與水層中非等量分配，代表二層濃度的 a ， b 點連線并不一定和底邊平行（見圖 2 ）。設加入乙醇后體系的總構成點為 c ，平衡共存的二相叫共軛溶液，其構成由經過 c 的直線上的 a ， b 兩點表示。圖中彎彎曲線以下的部分為二相共存區，其余部分為一相（均相）。
(1) 液 — 液分層線的測繪制作
(a) 濁點法 現有一環己烷與水二組分體系，其構成為 K ，于其中逐漸加入乙醇，則體系總構成的沿 K--B 改變（環己烷與水的比例保持不變），當構成點在彎彎曲線以下的區域內，體系為互不混溶的兩共軛相，震蕩時則出現渾濁狀態。繼續滴加乙醇直到彎彎曲線上的 d 點，體系發生一突變，溶液由二相變為一相，外觀由渾濁變清。補加少量乙醇到 e 點，體系仍為一相。再向溶液中逐漸加入水，體系總構成點將沿 e--c 改變（環己烷與乙醇的比例保持不變），直到彎彎曲線上的 f 點，體系又發生一突變，溶液由一相變為二相，外觀由清變渾濁。補加少量水到 g 點，體系仍為二相。如于此體系再加入乙醇 …… 可獲取 h 點，如此反復實行。用上述方法可依次得到 d 、 f 、 h 、 j…… 等位于液 — 液平衡線上的點，將這些點連接即得到一彎彎曲線，就是一相區和二相區的分界線 ---- 液 — 液分層線。

圖 2 滴定路線
(b) 平衡釜法
按一定的比例向一液 — 液平衡釜中加入環己烷、水和乙醇三組分，恒溫下攪拌若干分鐘， 靜置、恒溫和分層。取上下二層清液解析其構成，得**組平衡數值；再補加乙醇，重復上述步驟，實行第二組平衡數值測量 …… ，由此得到一系列二液相的平衡線（類似圖 2 中，線 acb ），將各平衡線的端點相連，就獲取液 — 液分層線。平衡釜構造見圖 3 。

圖 3 液 — 液平衡釜
? 結線的測繪制作
（ a ）濁點法
按照溶液的清濁變換和杠桿規則計算得到。此法誤差較大。（見參考文獻 4 ）
（ b ）平衡釜法
由（ 1 ）（ b ）中得到的二液相的平衡線，就是平衡共存二液相構成點的連線 ---- 結線。
3、實驗儀表器具、設備及試劑
液 — 液平衡釜一臺
恒溫水浴一臺
電磁攪拌器一臺
氣相色譜儀一臺（配色譜作業站）
精密天平一臺
常規玻璃儀表器具：玻璃溫度（℃）計（0--100 ℃），酸式滴定管（50ml 二支），刻度移液管（1ml ， 2ml），
錐形瓶（250ml），注射器（10ml 三支）等
實驗試劑：乙醇（解析純）、環己烷（解析純）和蒸餾水。
4、實驗實操
1 ．開啟氣相色譜儀，調定色譜條件，作好解析準備。
2 ．濁點法測液 — 液分層線
用干燥移液管取環己烷 2ml ，水 0.1ml 放入 250 ml 干燥的錐形瓶中（注意不使液滴沾在瓶內壁上），向二支滴定管分別加入 20—30 ml 乙醇和水。用滴定管向錐形瓶中緩慢滴加乙醇（邊加邊搖動錐形瓶），至溶液恰由濁變清時，記下加入乙醇的 ml 數。于此溶液中再補加乙醇 0.5 ml ，再用滴定管向錐形瓶中緩慢滴加水（邊加邊搖動錐形瓶），至溶液恰由清變濁時，記下加入水的 ml 數。按表 1 所給數字加水 …… 如此反復實行實驗，直至表 1 中 10 組數值測完。滴定時要充分搖動，但要避免液滴沾在瓶壁上。
3 ．平衡釜法測量液 — 液平衡數值
用注射器向干燥的液 — 液平衡釜中加入水、乙醇和環己烷各 10 ml （用精密天平準確稱量）開啟恒溫水浴，調動到實驗溫度（℃），并向平衡釜恒溫水套通人恒溫水（測量室溫下平衡數值可不用恒溫?。ｉ_啟電磁攪拌器，攪拌 20—30 min , 靜置 30 min , 分層，取上層和下層樣品實行色譜解析。（注意：可用微型注射器，由上取樣口直接取上、下二層樣品。取樣前，微型注射器要用樣品本身清洗 5—6 次。）補加乙醇 5 ml 重復上述步驟，測第二組數值。如時間許可，可再加 5 ml 乙醇測第三組數值。有關數值記錄于表 2 。
5、實驗數值記錄
實驗數值記錄按表 1 、表 2 列出。

6、實驗數值整理
1 ．將終點時溶液中各組分的體積，按照其密度（附錄 1 ）換算成重量，求出其重量百分構成。
2 ．將表 1 所得成果在三角坐標圖上標出，連成一平滑彎彎曲線（液 — 液分層線），并與附錄 2 中文獻數值得到的成果對比。將此彎彎曲線用虛線外延到三角形的二個頂點（ 100% 水和 100% 環己烷點）。因為室溫下，水與環己烷可看成完全不互溶的。
3 ．按表 2 中實驗數值及色譜解析成果，計算出總構成、上層構成和下層構成，計算成果填入表 2 ，并標入上述三角坐標圖上。上層和下層構成點應在液 — 液分層線上，總構成點、上層構成點和下層構成點應在同一條直線上。