二组分气一液平衡相图体系的选择
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摘 要： 考虑学生知识水平现状和倡导绿色化学实验教学，用正丙醇代替环己烷，采用正丙醇—乙醇体系做二组分气—液平衡相图测绘实验，经多次实操和历届学生实训验证，均得到了较好的二组分气一液平衡相图，是比较理想的选择。
关键词： 正丙醇 乙醇 气液平衡 相图 选择
1.引言
高职院校化工类各专业在物理化学实验教学中，二组分体系气—液平衡相图的测绘是一个重要的实训项目，学生经过本项目的实训，能进一步理解相律公式及相图中点、线、面的意义，为后续学习精馏打下好的基础；另外这也是学生掌握阿贝折光仪基本操作的重要实训机会。在我院采用的高职高专“十一五”规划教材《物理化学》中，二组分体系气—液平衡相图的测绘采用的是环己烷—乙醇体系，在实训过程中我们发现，这个体系有一些不足的地方：环己烷属中等毒性类溶剂，但挥发性高，在实训过程中环己烷的刺激性气味比较大，且它的脂溶性高，在人体内可蓄积，特别是对神经系统有毒性，实为高毒性物质。近年来因普通高等院校的扩招等原因，高职院校生源整体素质下降。环己烷—乙醇体系的相图比较复杂，学生对实验基本原理的理解和实训操作的把握有一定难度，描绘相图有一定困难，很难达到实训目地。考虑上述情况，我们在二组分体系选择上查阅了相关资料，做了一些调整：用正丙醇替代环己烷，采用正丙醇—乙醇体系。
2.实验部分
2.1仪器与试剂
阿贝折光仪1台，沸点仪1套，超级恒温槽1台，稳流电源1台，精密温度计1支（50℃～100℃，精确到0.01℃），25mL移液管1支，长滴管2支，无水乙醇、正丙醇。
2.2实验目的
2.2.1掌握用沸点仪测沸点的方法；
2.2.2绘制常压下正丙醇—乙醇双液系的沸点—组成图；
2.2.3掌握阿贝折光仪的使用方法；
2.2.4理解相图中点、线、面的意义，了解精馏原理。
2.3实验原理
两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系。两个组分若能按任意比互溶，则称为完全互溶双液系。液体的沸点是指液体的蒸气压与外压相等时的温度。在一定的外压下，纯液体的沸点有其确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关，而且与双液系的组成有关。
完全互溶的双液系的沸点—组成图可分为三类：
（1）混合物沸点介于两纯组分沸点之间（如图（a））
（2）混合物存在最高恒沸点（如图（b））
（3）混合物存在最低恒沸点（如图（c））
（a） （b） （c）
环己烷—乙醇相图属于第一种类型，相图较复杂；而正丙醇—乙醇体系相图属于第一种类型，相图相对简单。
预先测定一系列已知组成的标准溶液的折光率，绘制在一定温度下该标准溶液的折光率—组成曲线，作为标准曲线；然后采用回流冷凝法，以沸点仪馏出液的组成作为平衡时气相组成Y，以沸点仪中溶液的组成作为平衡时液相组成X，然后根据测定的气相和液相的折光率在标准曲线上找到相对应的平衡时气液两相的组成，绘制待测体系的沸点——组成图。
2.4实训结果及数据处理
2.4.1标准溶液折光率的测定：在一定温度下，纯物质具有一定的折光率，当两种物质互溶形成溶液后，溶液的折射率与其组成有一定的对应关系。
2.4.2标准曲线的绘制：根据表1绘制出标准曲线如图1。
2.4.3待测溶液的沸点及气—液两相的折光率。
利用阿贝折光仪测定待测溶液气、液两相的折光率，查询标准曲线，确定其气、液两相组成。
2.4.4沸点—组成图绘制：根据表2绘制出正丙醇—乙醇双液系气—液平衡相图，如图2。
3.结语
3.1正丙醇—乙醇相比环己烷—乙醇体系相图，在要求和难度上有所降低，符合学生目前知识水平现状，也改善了实验室环境，减少了有毒物质对人体的危害。
3.2通过多次实操和历届学生实训验证，用正丙醇—乙醇体系来做二组分气一液平衡相图实验是比较理想的选择，学生一般都能得到理想的双液系温度——组成图，较好完成本项目的实训任务。
3.3为保证标准曲线的准确性和节省实验时间，标准溶液可由实验老师预先配制好。
3.4考虑学生实操水平，我们在前面的物化实训项目中，开设了常用仪器操作技能训练，有针对性地用阿贝折光仪进行了无水乙醇、正丙醇等样品的折光率测定训练，学生在本次实训中，能熟练进行测试，为相图的测绘打下了好的基础。
参考文献：
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