实验八三组分体系等温相图 1实验目的 (1)熟悉相律,掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。 (2)掌握用溶解度法绘制相图的基本原理。 (3)用溶解度法作出具有一对共轭溶液的苯一醋酸一水体系的相图(溶解度曲线及连结 线)。 2实验原理 组分体系C=3,当体系处于恒温恒压条件,根据相律,体系的条件自由度为 式中,Φ为体系的相数。体系最大条件自由度m=3-1=2,因此,浓度变量最多只有两个可 用平面图表示体系状态和组成间的关系,称为三元相图。通常用等边三角形坐标表示,见图 1.1所示。 等边三角形顶点分别表示纯物A、B、C,AB、BC、CA三条边分别表示A和B、B和 C、C和A所组成的二组分体系的组成,三角形内任何一点都表示三组分体系的组成。图1.1 中的P点,其组成表示如下 经P点作平行于三角形三边的直线,并交三边于a、b、c三点。若将三边均分成100等 分,则P点的A、B、C组成分别为A%=Pa=Cb,B%=Pb=Ac,C%=Pc=Ba 本实验讨论的苯一醋酸一水体系属于具有一对共轭溶液的三液体体系,即三组分中二对 液体A和B,A和C完全互溶,而另一对B和C只能有限度的混溶,见图1.2所示。 B(H,O) CCs H 图1.1等边三角形法表示三元相图 图1.2共轭溶液的三元相图 图1.2中,E、K2、K1、P、L1、L、F点构成溶解度曲线,K1Ll、K2l2等是连结线。溶 解度曲线内是两相区,即一层是苯在水中的饱和溶液,另一层是水在苯中的饱和溶液。曲线
实验八 三组分体系等温相图 1 实验目的 (1) 熟悉相律，掌握用三角形坐标表示三组分体系相图。 (2) 掌握用溶解度法绘制相图的基本原理。 (3) 用溶解度法作出具有一对共轭溶液的苯—醋酸—水体系的相图(溶解度曲线及连结 线)。 2 实验原理 三组分体系 C=3，当体系处于恒温恒压条件，根据相律，体系的条件自由度 f*为 f * = 3 - Φ (1) 式中，Φ为体系的相数。体系最大条件自由度 f*max =3-1=2，因此，浓度变量最多只有两个可 用平面图表示体系状态和组成间的关系，称为三元相图。通常用等边三角形坐标表示，见图 1.1 所示。 等边三角形顶点分别表示纯物 A、B、C，AB、BC、CA 三条边分别表示 A 和 B、B 和 C、C 和 A 所组成的二组分体系的组成，三角形内任何一点都表示三组分体系的组成。图 1.1 中的 P 点，其组成表示如下: 经 P 点作平行于三角形三边的直线，并交三边于 a、b、c 三点。若将三边均分成 100 等 分，则 P 点的 A、B、C 组成分别为:A％=Pa=Cb，B％=Pb=Ac，C％=Pc=Ba。 本实验讨论的苯—醋酸—水体系属于具有一对共轭溶液的三液体体系，即三组分中二对 液体 A 和 B，A 和 C 完全互溶，而另一对 B 和 C 只能有限度的混溶，见图 1.2 所示。 图 1.1 等边三角形法表示三元相图 图 1.2 共轭溶液的三元相图 图 1.2 中，E、K2、K1、P、L1、L2、F 点构成溶解度曲线，K1L1、K2L2 等是连结线。溶 解度曲线内是两相区，即一层是苯在水中的饱和溶液，另一层是水在苯中的饱和溶液。曲线
外是单相区。因此,利用体系在相变化时清浊现象的出现,可以判断体系中各组分间互溶度 的大小。本实验是向均相的苯一醋酸体系滴加水使之变成二相混合物的方法,确定二相间的 相互溶解度。 为了绘制连结线,在两相区配制混合溶液,达平衡时,两相的组成一定,只需分析每相 中的一个组分的含量(重量百分组成),在溶解度曲线上就可以找出每相的组成点,连接共轭 溶液组成点的连线,即为连结线。本实验先在两相区内配制两个混合液(组成已知),然后用 NaOH分别滴定每对共轭相中的醋酸含量,根据醋酸含量在溶解度曲线上找出每对共轭相的组 成点,连接此二组成点即为连结线(注意:连结线必须通过混合液的物系点)。 3仪器药品 带塞锥形瓶(100mL) 带塞锥形瓶(25mL) 酸式滴定管(20mL) 1只 碱式滴定管(50mL) 1只 移液管(1mL、2mL) 各1只 刻度移液管(10mL、20mL)各1只 锥形瓶(150mL) 2只 冰醋酸(分析纯) 苯(分析纯) 标准NaOH溶液(0.2 mol- dm3) 酚酞指示剂 4实验步骤 (1)测定互溶度曲线 在洁净的酸式滴定管内装水,用移液管取l00omL苯及40omL醋酸于干燥的100mL带 塞锥形瓶中,然后慢慢滴加水,同时不停摇动,至溶液由清变浑,即为终点,记下水的体积, 再向此瓶中加入500mL醋酸,体系又成均相,再用水滴定至终点,然后依次用同样方法加 入800mL、800mL醋酸,分别用水滴至终点,记录每次各组分的用量。最后再加入1000mL 苯和20.o0mL水,加塞摇动,并每间隔5min摇动一次,30min后用此溶液测连结线 另取一只干燥的100mL带塞锥形瓶,用移液管加入L00mL苯及200mL醋酸,用水滴 至终点,以后依次加入1.00mL、1.00mL、1.00mL、1.00mL、200mL、1000mL醋酸,分别 用水滴定至终点,并记录每次各组分的用量。最后再加入1500mL苯和20.00mL水,每隔 5min摇一次,30min后用于测定另一条连结线。 (2)连结线的测定 上面所得的两份溶液,经半小时后,待二层液分清,用干燥的移液管或滴管)分别吸取 上层液约5mL,下层液约lmL于已称重的4个25mL带塞锥形瓶中,再称其重量,然后用水 洗入150mL锥形瓶中,以酚酞为指示剂,用02mol·dm3标准氢氧化钠溶液滴定各层溶液中 醋酸的含量。 5数据处理
外是单相区。因此，利用体系在相变化时清浊现象的出现，可以判断体系中各组分间互溶度 的大小。本实验是向均相的苯—醋酸体系滴加水使之变成二相混合物的方法，确定二相间的 相互溶解度。 为了绘制连结线，在两相区配制混合溶液，达平衡时，两相的组成一定，只需分析每相 中的一个组分的含量(重量百分组成)，在溶解度曲线上就可以找出每相的组成点，连接共轭 溶液组成点的连线，即为连结线。本实验先在两相区内配制两个混合液(组成已知)，然后用 NaOH分别滴定每对共轭相中的醋酸含量，根据醋酸含量在溶解度曲线上找出每对共轭相的组 成点，连接此二组成点即为连结线(注意：连结线必须通过混合液的物系点)。 3 仪器 药品 带塞锥形瓶(100mL) 2 只 带塞锥形瓶(25mL) 4 只 酸式滴定管(20mL) 1 只 碱式滴定管(50mL) 1 只 移液管(1mL、2mL) 各 1 只 刻度移液管(10mL、20mL) 各 1 只 锥形瓶(150mL) 2 只 冰醋酸(分析纯) 苯(分析纯) 标准 NaOH 溶液(0.2mo1·dm-3 ) 酚酞指示剂。 4 实验步骤 (1)测定互溶度曲线 在洁净的酸式滴定管内装水，用移液管取 10.00mL 苯及 4.00mL 醋酸于干燥的 100mL 带 塞锥形瓶中，然后慢慢滴加水，同时不停摇动，至溶液由清变浑，即为终点，记下水的体积， 再向此瓶中加入 5.00mL 醋酸，体系又成均相，再用水滴定至终点，然后依次用同样方法加 入 8.00mL、8.00mL 醋酸，分别用水滴至终点，记录每次各组分的用量。最后再加入 10.00mL 苯和 20.00mL 水，加塞摇动，并每间隔 5min 摇动一次，30min 后用此溶液测连结线。 另取一只干燥的 100mL 带塞锥形瓶，用移液管加入 1.00mL 苯及 2.00mL 醋酸，用水滴 至终点，以后依次加入 1.00mL、1.00mL、1.00mL、1.00mL、2.00mL、10.00mL 醋酸，分别 用水滴定至终点，并记录每次各组分的用量。最后再加入 15.00mL 苯和 20.00mL 水，每隔 5min 摇一次，30min 后用于测定另一条连结线。 (2）连结线的测定 上面所得的两份溶液，经半小时后，待二层液分清，用干燥的移液管(或滴管)分别吸取 上层液约 5mL，下层液约 1mL 于已称重的 4 个 25mL 带塞锥形瓶中，再称其重量，然后用水 洗入 150mL 锥形瓶中，以酚酞为指示剂，用 0.2mol·dm-3 标准氢氧化钠溶液滴定各层溶液中 醋酸的含量。 5 数据处理
温度: 大气压 (1)溶解度曲线的绘制 根据苯、醋酸和水的实际体积及由附录查得实验温度时三种试剂的密度,算出各组分的 重量百分含量,列入表1.1和表1.2 表1.1各组分的密度 密度(g/mL) CH3 COOH CaH H2O 表12各点组分的百分含量(%) 醋酸 苯 水总重量重量百分数(%) g醋酸苯 水 1400 10.00 10.00 63.00 7400 8500 l11 ll1800 1.00 注:表12中12,13为图2中E、F两点,其数据参考表13。 表1.3苯与水之间的相互溶解度 体系 溶解度(oA%) H,O 0.036 0.050 0.07
温度： 大气压： (1) 溶解度曲线的绘制 根据苯、醋酸和水的实际体积及由附录查得实验温度时三种试剂的密度，算出各组分的 重量百分含量，列入表 1.1 和表 1.2。 表 1.１ 各组分的密度 密度(g/mL) CH3COOH C6H6 H2O 表 1.２ 各点组分的百分含量（％） No. 醋酸 苯 水 总重量 重量百分数（%） ml g ml g ml g g 醋酸 苯 水 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Q1 Q2 4.00 9.00 17.00 25.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 8.00 18.00 10.00 10.00 10.00 10.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 注：表 1.2 中 12，13 为图２中 E、F 两点，其数据参考表 1.3。 表 1.３ 苯与水之间的相互溶解度 体系 溶解度（ωA%） A B 10℃ 20℃ 25℃ 30℃ 40℃ C6H6 H2O H2O C6H6 0.163 0.036 0.175 0.050 0.180 0.060 0.190 0.072 0.206 0.102
将以上组成数据在三角形坐标纸上作图,即得溶解度曲线 (2)连结线的绘制 表14共轭两相中醋酸的含量 溶液 重量(g) NAoh/mL醋酸含量(w%) 第一瓶 第二瓶 下层 (a)计算两瓶中最后醋酸、苯、水的重量百分数,标在三角形坐标纸上,即得相应的物系 点Q1和Q2。 (b)将标出的各相醋酸含量点画在溶解度曲线上,上层醋酸含量画在含苯较多的一边,下 层画在含水较多的一边,即可作出K1L1和K2L2两条连结线,它们应分别通过物系点Q1和 6注意事项 (1)因所测体系含有水的成分,故玻璃器皿均需干燥 (2)在滴加水的过程中须一滴一滴地加入,且需不停地摇动锥形瓶,由于分散的“油珠” 颗粒能散射光线,所以体系出现浑浊,如在2min~3min内仍不消失,即到终点。 (3)在实验过程中注意防止或尽可能减少苯和醋酸的挥发,测定连结线时取样要迅速。 7思考题 (1)为什么根据体系由清变浑的现象即可测定相界? (2)如连结线不通过物系点,其原因可能是什么? (3)本实验中根据什么原理求出苯一醋酸一水体系的连结线?
将以上组成数据在三角形坐标纸上作图，即得溶解度曲线。 （2）连结线的绘制 CNaOH= 表 1.4 共轭两相中醋酸的含量 溶液 重量（g） VNaOH/mL 醋酸含量（w%） 第一瓶 上层 下层 第二瓶 上层 下层 (a)计算两瓶中最后醋酸、苯、水的重量百分数，标在三角形坐标纸上，即得相应的物系 点 Q1 和 Q2。 (b)将标出的各相醋酸含量点画在溶解度曲线上，上层醋酸含量画在含苯较多的一边，下 层画在含水较多的一边，即可作出 K1L1 和 K2L2 两条连结线，它们应分别通过物系点 Q1 和 Q2。 6 注意事项 (1) 因所测体系含有水的成分，故玻璃器皿均需干燥。 (2) 在滴加水的过程中须一滴一滴地加入，且需不停地摇动锥形瓶，由于分散的“油珠” 颗粒能散射光线，所以体系出现浑浊，如在 2min～3min 内仍不消失，即到终点。 (3) 在实验过程中注意防止或尽可能减少苯和醋酸的挥发，测定连结线时取样要迅速。 7 思考题 (1) 为什么根据体系由清变浑的现象即可测定相界？ (2) 如连结线不通过物系点，其原因可能是什么？ (3) 本实验中根据什么原理求出苯—醋酸—水体系的连结线？