㈠ 在測定乙醇環己烷氣液相圖實驗中,乙醇環己烷標准溶液作用是什麼
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測定純乙醇或環己烷沸點的用途有機合成,可在樹脂、塗料、脂肪、石蠟油類中應用。
乙醇和環己烷能和水形成共沸物,沸點降低,也就影響正常的測定。環己烷與水共沸,共沸點只有69℃左右,如果蒸餾瓶是濕的汗水,在爭的過程中會影響到測量結果,使環己烷測定所得沸點偏低。
苯甲酸和乙醇反應生成苯甲酸乙酯和水,水-乙醇-環己烷能形成三元共沸物,導致水量減少,生成物的量減少,導致平衡向正反應方向移動,故答案為:通過形成水-乙醇-環己烷三元共沸物,除去反應生成的水,平衡向右移動。
㈡ 說明精餾操作的t+xy相圖的組成
"T + xy"相圖是指精餾操作中的平衡相圖。它是一種熱力學工具,用於表示兩種物質在溶劑中的溶解度和沸點隨溫度變化的變化情況。
T + xy相圖由兩個維度組成:
X軸:表示溫度(T),通常以攝氏度為單位。
Y軸:表示溶解度(x)或沸點(y),這取決於相圖的類型。如果是溶解度相圖,則表示溶解物在溶劑中的摩爾分數比例。如果是沸點相圖,則表示沸點隨溫度的變化。
T + xy相圖通常用於分離混合物中的不同成分。在精餾操作中,溶劑和溶解物在不同的溫度下相互作用,使得溶解物在溶劑中的分數比發生變化。通過在T + xy相圖上選擇適當的操作溫度,可以實現溶解物的有效分離。
總之,T + xy相圖是精餾操作中一種常用的熱力學工具,用於表示溶解度和沸點隨溫度的變化情況,從而幫助確定精餾操作的最佳操作溫度。
㈢ 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。
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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。
㈤ 急~~蒸餾與分餾的不同以及各自的優劣勢
蒸餾是一種熱力學的分離工藝,它利用混合液體或液-固體系中各組分沸點不同,使低沸點組分蒸發,再冷凝以分離整個組分的單元操作過程,是蒸發和冷凝兩種單元操作的聯合。與其它的分離手段,如萃取、Absorption等相比,它的優點在於不需使用系統組分以外的其它溶劑,從而保證不會引入新的雜質。
原理
不同組分液體具有不同的沸點,是蒸餾最基本的理論依據。在相同溫度下,液體上方各個組分蒸氣的分壓也有所不同。
參考二元單相液體的相圖,當由液體A和B按一定比例配成的混合液(設A的濃度為c1)經過加熱後到達沸點線,然後通過無差異的氣液平衡(從1到2),在生成的氣相中得到A的含量為c2的混合氣;該氣體經過降溫冷凝後收集便得到具有新組成(A濃度為c2)的液體。按圖例來講,就是左側的A組分被提純了(因為C2大於c1)。
蒸餾有兩種形式:
簡單蒸餾,如製造蒸餾水以去處其中溶解的固體雜質;製造蒸餾酒以濃縮酒精,去除部分水分;
精餾,也叫分餾,在一個設備中進行多次部分汽化和部分冷凝,以分離液態混合物,如將石油經過分餾可以分離出汽油、柴油、煤油和重油等多種組分。
看到沒,簡單蒸餾通常只是分出一樣東西,比較簡單的;分餾裡面有好多種東西,慢慢地一樣一樣提取,比較難的
㈥ 精餾塔中易揮發組分在液相中的濃度沿著塔高的升高而怎麼樣
塔的總長如果升高,那麼易揮發組分越容易在上升過程中冷凝迴流,所以液相中的濃度也就越高。