三元液-液平衡數(shù)據(jù)測定實驗裝置實驗指導(dǎo)書
1、實驗?zāi)康?br /> • 熟悉用三角形相圖表示三組分體系組成的方法，掌握用濁點法和平衡釜法測定液—液平衡數(shù)據(jù)的原理；
• 測繪環(huán)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(shè)等邊三角形三個頂點分別代表純物質(zhì) 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(nèi)部各點相當(dāng)于三組分體系。將三角形的每一邊分成 100 等分，通過三角形內(nèi)部任何一點 O 引平行于各邊的直線 a 、 b 和 c ，根據(jù)幾何原理 ,a+b+c=AB=BC=CA=100% ，或 a ` +b ` +c ` = AB = BC = CA =100% ， 因此 O 點的組成可由 a ` 、 b ` 、 c ` 表示 , 即 O 點所代表的三個組分的 % 組成為 ,B%= b ` ， A%= a ` ， C%=c ` 。要確定 O 點的 B 組成 , 只需通過 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(dāng)于 B%. 余可類推 . 如果已知三組分混合物的任何二個 % 組成 , 只須作兩條平行線 , 其交點就是被測體系的組成點。
圖 1 等邊三角形圖
等邊三角形圖還有以下兩個特點 :
• 通過任一頂點 B 向其對邊引直線 BD, 則 BD 線上的各點所代表的組成中 , 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(shù)
(2) 如果有兩個三組分體系 D 和 E, 將其混合后 , 其組成點必位于 D 、 E 兩點之間的連線上 ,
例如為 O, 根據(jù)杠桿規(guī)則 :
E 之重 /D 之重 =DO 之長 /EO 之長
• 環(huán)己烷 — 水 — 乙醇三組分體系液 — 液平衡相圖測定方法
環(huán)己烷 — 水 — 乙醇三組分體系中，環(huán)己烷與水是不互溶的，而乙醇與水及乙醇與環(huán)己烷都是互溶的。在環(huán)己烷與水體系中加入乙醇可促使環(huán)己烷與水互溶。由于乙醇在環(huán)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(shè)加入乙醇后體系的總組成點為 c ，平衡共存的二相叫共軛溶液，其組成由通過 c 的直線上的 a ， b 兩點表示。圖中曲線以下的部分為二相共存區(qū)，其余部分為單相（均相）。
(1) 液 — 液分層線的繪制
(a) 濁點法 現(xiàn)有一環(huán)己烷與水二組分體系，其組成為 K ，于其中逐漸加入乙醇，則體系總組成的沿 K--B 變化（環(huán)己烷與水的比例保持不變），當(dāng)組成點在曲線以下的區(qū)域內(nèi)，體系為互不混溶的兩共軛相，震蕩時則出現(xiàn)渾濁狀態(tài)。繼續(xù)滴加乙醇直到曲線上的 d 點，體系發(fā)生一突變，溶液由二相變?yōu)橐幌啵庥^由渾濁變清。補加少量乙醇到 e 點，體系仍為單相。再向溶液中逐漸加入水，體系總組成點將沿 e--c 變化（環(huán)己烷與乙醇的比例保持不變），直到曲線上的 f 點，體系又發(fā)生一突變，溶液由單相變?yōu)槎�，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 …… 可獲得 h 點，如此反復(fù)進行。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曲線，就是單相區(qū)和二相區(qū)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(huán)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。取上下二層清液分析其組成，得第一組平衡數(shù)據(jù)；再補加乙醇，重復(fù)上述步驟，進行第二組平衡數(shù)據(jù)測定 …… ，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，就獲得液 — 液分層線。平衡釜結(jié)構(gòu)見圖 3 。
圖 3 液 — 液平衡釜
• 結(jié)線的繪制
（ a ）濁點法
根據(jù)溶液的清濁變換和杠桿規(guī)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組成點的連線 ---- 結(jié)線。
3、實驗儀器、設(shè)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（配色譜工作站）
精密天平一臺
常規(guī)玻璃儀器：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（分析純）、環(huán)己烷（分析純）和蒸餾水。
4、實驗操作
1 ．開啟氣相色譜儀，調(diào)定色譜條件，作好分析準(zhǔn)備。
2 ．濁點法測液 — 液分層線
用干燥移液管取環(huán)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(nèi)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(shù)。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(shù)。按表 1 所給數(shù)字加水 …… 如此反復(fù)進行實驗，直至表 1 中 10 組數(shù)據(jù)測完。滴定時要充分搖動，但要避免液滴沾在瓶壁上。
3 ．平衡釜法測定液 — 液平衡數(shù)據(jù)
用注射器向干燥的液 — 液平衡釜中加入水、乙醇和環(huán)己烷各 10 ml （用精密天平準(zhǔn)確稱量）開啟恒溫水浴，調(diào)節(jié)到實驗溫度，并向平衡釜恒溫水套通人恒溫水（測定室溫下平衡數(shù)據(jù)可不用恒溫�。�。開啟電磁攪拌器，攪拌 20—30 min , 靜置 30 min , 分層，取上層和下層樣品進行色譜分析。（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(fù)上述步驟，測第二組數(shù)據(jù)。如時間許可，可再加 5 ml 乙醇測第三組數(shù)據(jù)。有關(guān)數(shù)據(jù)記錄于表 2 。
5、實驗數(shù)據(jù)記錄
實驗數(shù)據(jù)記錄按表 1 、表 2 列出。
6、實驗數(shù)據(jù)整理
1 ．將終點時溶液中各組分的體積，根據(jù)其密度（附錄 1 ）換算成質(zhì)量，求出其質(zhì)量百分組成。
2 ．將表 1 所得結(jié)果在三角坐標(biāo)圖上標(biāo)出，連成一平滑曲線（液 — 液分層線），并與附錄 2 中文獻數(shù)據(jù)得到的結(jié)果比較。將此曲線用虛線外延到三角形的二個頂點（ 100% 水和 100% 環(huán)己烷點）。因為室溫下，水與環(huán)己烷可看成完全不互溶的。
3 ．按表 2 中實驗數(shù)據(jù)及色譜分析結(jié)果，計算出總組成、上層組成和下層組成，計算結(jié)果填入表 2 ，并標(biāo)入上述三角坐標(biāo)圖上。上層和下層組成點應(yīng)在液 — 液分層線上，總組成點、上層組成點和下層組成點應(yīng)在同一條直線上。