三元液-液平衡数据测定实验装置实验指导书
1、实验目的
• 熟悉用三角形相图表示三组分体系组成的方法，掌握用浊点法和平衡釜法测定液—液平衡数据的原理；
• 测绘环己烷—水—乙醇三组分体系液—液平衡相图。
2、实验原理
• 三角形相图
设等边三角形三个顶点分别代表纯物质 A 、 B 和 C （图 1 ），则 AB 、 BC 和 CA 三条边分别代表（ A+B ）、（ B+C ）和（ C+A ）三个二组分体系，而三角形内部各点相当于三组分体系。将三角形的每一边分成 100 等分，通过三角形内部任何一点 O 引平行于各边的直线 a 、 b 和 c ，根据几何原理 ,a+b+c=AB=BC=CA=100% ，或 a ` +b ` +c ` = AB = BC = CA =100% ， 因此 O 点的组成可由 a ` 、 b ` 、 c ` 表示 , 即 O 点所代表的三个组分的 % 组成为 ,B%= b ` ， A%= a ` ， C%=c ` 。要确定 O 点的 B 组成 , 只需通过 O 点作出与 B 的对边 AC 的平行线 , 割 AB 边于 D,AD 线段长度即相当于 B%. 余可类推 . 如果已知三组分混合物的任何二个 % 组成 , 只须作两条平行线 , 其交点就是被测体系的组成点。
图 1 等边三角形图
等边三角形图还有以下两个特点 :
• 通过任一顶点 B 向其对边引直线 BD, 则 BD 线上的各点所代表的组成中 , A 、 C
两个组分含量的比值保持不变 . 这可由三角形相似原理得到证明 . 即
a ` /c ` = a ‘‘ /c ‘' = A%/C% = 常数
(2) 如果有两个三组分体系 D 和 E, 将其混合后 , 其组成点必位于 D 、 E 两点之间的连线上 ,
例如为 O, 根据杠杆规则 :
E 之重 /D 之重 =DO 之长 /EO 之长
• 环己烷 — 水 — 乙醇三组分体系液 — 液平衡相图测定方法
环己烷 — 水 — 乙醇三组分体系中，环己烷与水是不互溶的，而乙醇与水及乙醇与环己烷都是互溶的。在环己烷与水体系中加入乙醇可促使环己烷与水互溶。由于乙醇在环己烷层与水层中非等量分配，代表二层浓度的 a ， b 点连线并不一定和底边平行（见图 2 ）。设加入乙醇后体系的总组成点为 c ，平衡共存的二相叫共轭溶液，其组成由通过 c 的直线上的 a ， b 两点表示。图中曲线以下的部分为二相共存区，其余部分为单相（均相）。
(1) 液 — 液分层线的绘制
(a) 浊点法 现有一环己烷与水二组分体系，其组成为 K ，于其中逐渐加入乙醇，则体系总组成的沿 K--B 变化（环己烷与水的比例保持不变），当组成点在曲线以下的区域内，体系为互不混溶的两共轭相，震荡时则出现浑浊状态。继续滴加乙醇直到曲线上的 d 点，体系发生一突变，溶液由二相变为一相，外观由浑浊变清。补加少量乙醇到 e 点，体系仍为单相。再向溶液中逐渐加入水，体系总组成点将沿 e--c 变化（环己烷与乙醇的比例保持不变），直到曲线上的 f 点，体系又发生一突变，溶液由单相变为二相，外观由清变浑浊。补加少量水到 g 点，体系仍为二相。如于此体系再加入乙醇 …… 可获得 h 点，如此反复进行。用上述方法可依次得到 d 、 f 、 h 、 j…… 等位于液 — 液平衡线上的点，将这些点连接即得到一曲线，就是单相区和二相区的分界线 ---- 液 — 液分层线。
图 2 滴定路线
(b) 平衡釜法
按一定的比例向一液 — 液平衡釜中加入环己烷、水和乙醇三组分，恒温下搅拌若干分钟， 静置、恒温和分层。取上下二层清液分析其组成，得第一组平衡数据；再补加乙醇，重复上述步骤，进行第二组平衡数据测定 …… ，由此得到一系列二液相的平衡线（类似图 2 中，线 acb ），将各平衡线的端点相连，就获得液 — 液分层线。平衡釜结构见图 3 。
图 3 液 — 液平衡釜
• 结线的绘制
（ a ）浊点法
根据溶液的清浊变换和杠杆规则计算得到。此法误差较大。（见参考文献 4 ）
（ b ）平衡釜法
由（ 1 ）（ b ）中得到的二液相的平衡线，就是平衡共存二液相组成点的连线 ---- 结线。
3、实验仪器、设备及试剂
液 — 液平衡釜一台
恒温水浴一台
电磁搅拌器一台
气相色谱仪一台（配色谱工作站）
精密天平一台
常规玻璃仪器：玻璃温度计（0--100 ℃），酸式滴定管（50ml 二支），刻度移液管（1ml ， 2ml），
锥形瓶（250ml），注射器（10ml 三支）等
实验试剂：乙醇（分析纯）、环己烷（分析纯）和蒸馏水。
4、实验操作
1 ．开启气相色谱仪，调定色谱条件，作好分析准备。
2 ．浊点法测液 — 液分层线
用干燥移液管取环己烷 2ml ，水 0.1ml 放入 250 ml 干燥的锥形瓶中（注意不使液滴沾在瓶内壁上），向二支滴定管分别加入 20—30 ml 乙醇和水。用滴定管向锥形瓶中缓慢滴加乙醇（边加边摇动锥形瓶），至溶液恰由浊变清时，记下加入乙醇的 ml 数。于此溶液中再补加乙醇 0.5 ml ，再用滴定管向锥形瓶中缓慢滴加水（边加边摇动锥形瓶），至溶液恰由清变浊时，记下加入水的 ml 数。按表 1 所给数字加水 …… 如此反复进行实验，直至表 1 中 10 组数据测完。滴定时要充分摇动，但要避免液滴沾在瓶壁上。
3 ．平衡釜法测定液 — 液平衡数据
用注射器向干燥的液 — 液平衡釜中加入水、乙醇和环己烷各 10 ml （用精密天平准确称量）开启恒温水浴，调节到实验温度，并向平衡釜恒温水套通人恒温水（测定室温下平衡数据可不用恒温浴）。开启电磁搅拌器，搅拌 20—30 min , 静置 30 min , 分层，取上层和下层样品进行色谱分析。（注意：可用微型注射器，由上取样口直接取上、下二层样品。取样前，微型注射器要用样品本身清洗 5—6 次。）补加乙醇 5 ml 重复上述步骤，测第二组数据。如时间许可，可再加 5 ml 乙醇测第三组数据。有关数据记录于表 2 。
5、实验数据记录
实验数据记录按表 1 、表 2 列出。
6、实验数据整理
1 ．将终点时溶液中各组分的体积，根据其密度（附录 1 ）换算成质量，求出其质量百分组成。
2 ．将表 1 所得结果在三角坐标图上标出，连成一平滑曲线（液 — 液分层线），并与附录 2 中文献数据得到的结果比较。将此曲线用虚线外延到三角形的二个顶点（ 100% 水和 100% 环己烷点）。因为室温下，水与环己烷可看成完全不互溶的。
3 ．按表 2 中实验数据及色谱分析结果，计算出总组成、上层组成和下层组成，计算结果填入表 2 ，并标入上述三角坐标图上。上层和下层组成点应在液 — 液分层线上，总组成点、上层组成点和下层组成点应在同一条直线上。