异丙醇—环己烷双液系相图的绘制
实验内容：
利用沸点仪测定异丙醇—环己烷双液系的沸点，利用阿贝折射仪测量混合液的组成，绘制系统的气液相图。
学习任务
1、掌握双液系气液平衡相图绘制的实验原理。
2、掌握阿贝折射仪的使用方法。
3、掌握温度与组成图（相图）的绘制方法。
实验原理
从物理化学课相平衡部分的知识中了解到两种液态物质混合时所形成的二组分系统称为双液系。若组成系统的两个组分可以任意比例相互溶解时，则称此系统为完全互溶双液系。由相律f＝K－φ+2可知，当组分K=2，系统的相数中φ=1，则自由度数f=2-1+2=3。即描述系统状态的独立变量数为3。人们常常是固定其中一个变量，用两个变量来描述，此时f*=2。f*称之为条件自由度，并加注*号以示区别。以两个独立变量描述物系的状态及其变化是二维平面状态图，简称为相图。它可以是定温下的压力—组成图(P-x图)，也可以是定压下的温度—组成图(T-x图)。常用的还是定压下的T-x图。
当系统处于气液两相共存时，φ=2，f*=1，这表明在温度、组成两个变量中，若指定了一个，则另一个则随之确定。指定了温度，则与此温度相对应的气液相组成是确定的，不可随便指定。反之，亦同。
当完全互溶双液系的第一组分在全部浓度范围内蒸气压与组成的关系都遵守拉乌尔(Raoult)定律时，此系统称之为理想完全互溶双液系。其T-x图如图1所示。实际上，这种理想系统并不存在。少数系统（如苯与甲苯系统）可以近似看作是理想体系。绝大多数系统与拉乌尔定律均有一定偏差，根据偏差的大小可以分为三类：(1)系统的各组分对拉乌尔定律发生较小偏差，T-x图与图1基本一样，溶液的沸点仍介于两纯物质沸点之间。属于这类的系统有：甲醇—水、苯—四氯化碳等。(2)系统中各组分对拉乌尔定律发生较大负偏差，其溶液有最高沸点，如图2所示。属于这类的系统有：氯化氢—水、氯仿—乙醚等。(3)各组分对拉乌尔定律发生较大正偏差，其溶液有最低沸点，如图3所示。属于这类的系统有：乙醇—水、苯—乙醇、甲醇—氯仿等。
图2 图3
第(2)、(3)两类系统的溶液在最高或最低沸点时的气液两相组成相同。加热蒸发时，只能使气相的总量增加，气液相组成及溶液沸点均保持不变。这时的温度称为恒沸温度(或恒沸点)，相应的组成称为恒沸组成。不难看出，恒沸温度与恒沸组成是这些相图的特征参数，可以依此区别不同的系统。
从这三类系统的T-x图还可以看出，对于第(1)类的混合物可以利用一般精馏法分离出两种纯物质；而对于第(2)、(3)类的混合物只能分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。
为了绘制双液系的定压T-x图，需测定一系列不同组成的溶液的沸点
、
…
以及在此沸点时气液相达平衡时气相组成xg1、xg2…xgn和液相组成xl1、xl2…xln。例如在图3中，与沸点Ti对应的气相组成是气相线上gi所对应的
，液相组成是液相线上li所对应的
。实验测定整个浓度范围内所选定的几个不同组成溶液的沸点和平衡时的气液相组成之后，将气相组成点联接成气相线，液相组成点成液相线，定压下的T-x图即可绘制出来。
为了获得上述的测定数据，本实验利用沸点仪(见图4)，采用回流冷凝法，当气液两相的相对量一定时，系统的温度也将保持恒定，即可由温度计读取沸腾温度。分别由蒸气冷凝的凹形贮槽中取样分析平衡气相组成；从加液口取样分析平衡液相组成。组成测定使用的仪器是阿贝折射仪。请参阅物理化学实验教材，了解仪器的基本构造与工作原理，掌握使用方法。
阿贝折射仪所测定的是试样的折射率，还需将折射率转换成组成。为此，实验中应测定已知组成的混合试样的折射率，绘制出折射率—组成的工作曲线。由此曲线即可查出各气液相试样折射率所对应的组成。
仪器与试剂
沸点仪 1套；
阿贝折射仪(包括恒温装置) 1套；
温度计(50-100ºC，1/10 ºC) 1只；
调压变压器(0.5~1kVA) 1台；
移液管(1mL、5mL、10mL、25mL) 4支；
长颈取样管 2支；
烧杯(250mL) 1支；
环己烷(A.R)；异丙醇(A.R)；环己烷摩尔分数分别为0.2、0.4、0.6、0.8的标准混合液。
实验操作、数据记录与处理
1、工作曲线的绘制
25 ºC下，用阿贝折射仪逐个测定纯环己烷、纯异丙醇以及环己烷摩尔分数分别为0.2、0.4、0.6、0.8的标准混合溶液的折射率。测试中，注意试样要铺满镜面，旋钮要锁紧，动作要迅速。
2、溶液沸点及气液相组成的测定
(1)取25mL纯环己烷由加液口注入干燥的沸点仪中，盖好瓶塞，连接好线路，使电热丝完全浸入液体中，温度计水银球2/3要浸入液体内，但不能接触到电热丝。冷凝管中通入冷却水，接通电源，通过调节调压变压器的电压的大小控制温度升高的速度，调压变压器的电压不能太大，否则会由于电压太高而发生危险，但也不能太小，电压太小了不能使沸点仪中的液体充分回流，一般来说，比较合适的电压应该是回流冷凝管中的气流不超过整个冷凝管的高度的1/3，当沸点仪中的液体沸腾后，记下沸腾温度，该温度就是纯环己烷的沸点。停止加热(即将调压变压器示数调至零处)。冷却到不再有蒸汽冒出时，从磨塞加液口向沸点仪中加入0.2mL异丙醇，重新加热至沸腾。回流并注意温度计刻度的变化，待温度趋于恒定后，再稳定2-3min，使系统达平衡。记录下沸腾温度，停止加热。可用盛有冷水的烧杯将沸点仪的烧瓶部分浸入水中加速冷却。用两支干燥洁净的取样管分别由冷凝管上端伸入凹形贮液槽中取气相试样和从磨塞加液口中取液相试样，迅速用阿贝折射仪测定气液相的折射率并记录。
(2)按上述操作步骤向沸点仪中继续加入异丙醇分别为0.3mL、0.5mL、1mL、4mL、5mL时各液体的沸点及相应的气液相试样的折射率。
(3)当上述实验测量工作完毕后，将沸点仪中的液体由加液口倒入回收贮瓶中。用少量异丙醇清洗，并用吹风机或打气球将其吹干。再注入25mL纯异丙醇，与步骤(1)相似，测定异丙醇的沸点，并分别测定加入环己烷为1mL、2mL、3mL、4mL、5mL、10mL时各试样的沸点与气、液相折射率。测定结束后，将沸点仪内液体倒入回收贮瓶中，沸点仪则不必清洗干燥。
3、由操作步骤 1 所记录的数据，绘制25 ºC的折射率—组成工作曲线。
4、利用折射率—组成工作曲线，将实验测得的气、液相试样的折射率转换成气、液相的组成，并以校正后的各试样的沸点为纵坐标，绘制定压下的
图，绘制时曲线要圆滑与连续，不应出现折线。
5、在所绘测的T-x图上确定出环己烷-异丙醇双液系最低恒沸温度与恒沸组成。
6、对实验结果进行必要的分析、讨论。
实验关键提示
溶液的沸点及相应的气液相折射率是本实验的两个直接测量值，所以影响这两个测量值的因素均是影响实验结果的主要因素。
影响沸点测定的主要因素是回流的质量。为了保证有一个很好的回流操作，要注意以下几点：(1)调压变压器控制的供热电压不易过高，以维持被测液体处于沸腾回流的状态为宜，要防止电压过高引起的暴沸。(2)回流时间不可过短。当沸腾温度趋于恒定后，还应维持2-3min的回流，使体系尽量达到平衡状态后，再记录沸点温度及取样测量折射率。
实验中有时可发现，虽长时间的回流，但温度总是上下波动而不能稳定。这多是由于沸点仪在吹制中贮存气相冷凝液的凹形贮槽的体积过大所至。出现此种情况时，可将沸点仪倾斜一下，使存留在凹形贮槽中的试样能减少一些。一般来说，这样处理即可使沸腾温度在较短时间内趋于恒定。
实验过程中最好准备多支洁净的取样管，即每次取样时选用不同的取样管，这样可以保证测量的精度。如果只是有两支取样管，则需要一支用来取液相，另外一支用来取气相。并且需要在每次取样之前将取样管用待测液润洗一下，由于气相组分太少，所以需要在沸腾温度趋于恒定之后的1-2分钟内将取样管伸入储液凹槽内，用冷凝在凹形储槽中的气相冷凝液润洗一下，这样可以减少实验的误差，而且得到的试验点所联成的曲线比较平滑。
对于试样折射率的测定要做到：动作迅速，铺满试样，锁紧旋钮，以保证测试的准确性。
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