第九屆全國大學生化學實驗邀請賽2014.7.蘭州

第九屆全國大學生化學實驗邀請賽試題

物理化學實驗

實驗一低壓下雙液系氣-液平衡相圖的繪制

選手編號：成績：

注意事項

1.實驗過程中請注意安全。

2.物理化學實驗競賽時間共為6小時，分兩部分進行；本部分實驗時間為3小時；到時實驗立即終止，

請合理安排時間。

3.請先詳細閱讀試題，再根據實驗步驟進行實驗操作。

4.需監考老師簽字的，考生務必主動配合，未簽字者無效。偽造數據者以零分計。

5.實驗結束后，將沸點儀中液體吸出，倒入廢液缸，整理實驗臺，并將實驗試題(包括報告、草稿)及

存留樣品交給監考老師，經監考老師確認后方可離開考場。

6.廢棄物應投放于指定的容器內。

一、實驗原理

氣液平衡是相平衡中重要的平衡體系之一。氣液平衡對壓力十分敏感，降低壓力可以降低

純物質及溶液的沸點。為了防止有機物的分解，減壓蒸餾及工業上很多精餾操作都需在一定真

空度下進行。

本實驗利用回流冷凝的方法在沸點儀中保持雙液系氣液兩相平衡。確定平衡溫度后，冷卻

后分別取出兩相樣品，通過折光率確定兩相組成。多次測量后，得出該溫度下氣、液兩相平衡

時的相點。改變液相組成，重復上述操作，測出不同組成體系的氣、液平衡相點。將氣相點和

液相點分別連成氣相線和液相線，即得相圖。本實驗繪制水和1-丙醇體系在30kPa壓力下的

沸點-組成(t-w%)相圖。

二、實驗裝置及試劑

1．儀器

真空裝置（真空泵，真空壓力計，緩沖瓶，干燥塔，兩通活塞）；大氣壓力計；沸點儀；

阿貝折光儀；低溫恒溫槽；恒壓恒流電源；數字溫度計；滴管及漏斗；燒杯（廢液缸）；保溫

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套，冰袋；燒瓶夾；離心管；擦鏡紙等。

2．試劑

1-丙醇(A.R.)，丙酮(A.R.)，液體石蠟（初餾點≥300℃），人造沸石，超純水。

3.沸點儀

接緩沖瓶

數字溫度計

L

D

C

H

加熱圈，接穩

壓穩流電源

圖1沸點儀裝置圖

圖2低壓下氣-液平衡相圖的繪制裝置圖

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三、實驗步驟

1．開啟低溫恒溫槽、阿貝折光儀，調節低溫恒溫槽溫度使阿貝折光儀的測量溫度在

25.0±0.2℃，開啟溫度計、真空壓力計。

2．檢查接有沸點儀的緩沖瓶的氣密性（每2分鐘壓力降不大于30Pa），并練習使用二通閥2

逐漸增大壓力3次(每次1kPa）。

3．測量水和1-丙醇的折光率（調節折光儀時請從單邊接近叉絲中心。此步可在其它實驗操作

間隙進行）。將數據交與監考老師，20分鐘后，從監考老師處領取折光率-組成標準曲線。

4．由加液口L加入60mL待測樣品1后，旋緊各磨口塞。

5．抽真空使沸點儀及緩沖瓶體系壓力為27~28kPa。

6．打開冷凝水，給燒瓶裹上保溫套，開啟穩壓穩流電源，調節加熱電壓至22V左右，加熱沸

點儀中的溶液至沸騰后，適當降低加熱電壓以維持均勻沸騰，氣相在冷凝管中冷凝后通過

D經毛細管H回流至燒瓶底部。微調二通閥2使體系壓力保持在30.0±0.5kPa（如果壓力

高出范圍不要再次抽真空以避免暴沸將溶液吸入緩沖瓶）。觀察溫度計讀數，一分鐘讀取

一次，直至相鄰讀數差小于0.04℃，記錄最后三次讀數，同時記錄真空壓力計讀數和大

氣壓讀數。

7．關閉穩壓穩流電源，停止加熱，將系統緩慢接通大氣，取下保溫套，用夾子將冰袋（展示

柜中）包裹在燒瓶上加速液體冷卻，冷卻后分別測量氣相和液相的冷凝液的折光率，重復

測量一次。留存少量氣相冷凝液和液相在離心管中，貼上標簽，實驗結束后一并交給監考

教師。

8．將沸點儀中液體吸出，倒入廢液缸，重復以上4~7步操作，分別測定待測樣品2、3、4；

記錄數據。

9．完成上述步驟后，如果仍有富余時間，可自行配樣品測定。

10．將沸點儀中液體吸出，倒入廢液缸，整理實驗臺；關閉各儀器。

四、數據處理

1.通過折光率-組成標準曲線，將測得的各組折光率換算成氣、液兩相組成。

2.利用克勞修斯-克拉貝龍方程計算水及1-丙醇在30kPa壓力下的的沸點。

3.以沸點溫度為縱坐標，組成為橫坐標，將對應于各溫度的氣相組成和液相組成標在空白相

圖中，繪出水與1-丙醇雙液體系相圖。

4.計算待測樣品1中水和1-丙醇的活度系數，氣相近似作為理想氣體考慮。

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五、實驗報告

內容(一)(二)(三)總分

分數

閱卷教師

(一)數據記錄:

25

nD,水=

25

nD,1-丙醇=

待測樣品4自配樣品

樣品待測樣品1待測樣品2待測樣品3

（選做）

大氣壓（kPa）

真空度（kPa）

壓力p（kPa）

t1

溫度t2

（℃）t3

t平均

nD1

氣相折

nD2

光率

nD平均

氣相組成w%

nD1′

液相折

nD2′

光率

nD′平均

液相組成w%

水的活度系數－－－－

1-丙醇的活度系數－－－－

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（二）根據下表中數據計算水和1-丙醇在30kPa下的沸點:

沸點（℃）

-1

樣品vapHm(kJ·mol)

50kPa30kPa

水41.781.3

1-丙醇45.680.0