三组分体系等温相图的绘制

实验八 三组分体系等温相图的绘制

【目的要求】

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。 【实验原理】

对于三组分体系，当处于恒温恒压条件时，根据相律，其自由度f*为：

f*＝3－Φ

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，通常是用等边三角形坐标表示，称之为三元相图。如图2-8-1所示。

等边三角形的三个顶点分别表示纯物A、B、C，三条边AB、BC、CA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2-8-1中， P点的组成表示如下：

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等份，则P点的A、B、C组成分别为：A％=Pa=Cb，B％=Pb=Ac，C％=Pc=Ba。

苯-醋酸-水是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，而另一对液体B和C只能有限度的混溶，其相图如图2-8-2所示。

图2-8-1 等边三角形法表示三元相图 图2-8-2 共轭溶液的三元相图

图2-8-2中，E、K2、K1、P、L1、L2、F点构成溶解度曲线，K1L1和K2L2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出现的清浊现象，可以判断体系中各组分间互溶度的大小。一般来说，溶液由清变浑时，肉眼较易分辨。所以本实验是用向均相的苯-醋酸体系中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。

【仪器试剂】

具塞锥形瓶(100mL，2只、25mL，4只)；酸式滴定管(20mL，1支)；碱式滴定管(50mL，1支)； 移液管(1mL，1支、2mL，1支)；刻度移液管(10mL，1支、20mL，1支)；锥形瓶(150mL，

2 第二篇 基础实验

2只)。

冰醋酸(A.R.)；苯(A.R.)；NaOH (0.2000mo1·dm-3)；酚酞指示剂。 【实验步骤】

1. 测定互溶度曲线

在洁净的酸式滴定管内装水。

用移液管移取10.00mL苯及4.00mL醋酸，置于干燥的100mL具塞锥形瓶中，然后在不停地摇动下慢慢地滴加水，至溶液由清变浑时，即为终点，记下水的体积。向此瓶中再加入5.00mL醋酸，使体系成为均相，继续用水滴定至终点。然后依次用同样方法加入8.00mL、8.00mL醋酸，分别再用水滴至终点，记录每次各组分的用量。最后一次加入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具塞锥形瓶，用移液管移入1.00mL苯及2.00mL醋酸，用水滴至终点。之后依次加入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。最后加入15.00mL苯和20.00mL水，加塞摇动，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具塞锥形瓶中，再称其质量，然后用水洗入150mL锥形瓶中，以酚酞为指示剂，用0.2000mol·dm-3标准氢氧化钠溶液滴定各层溶液中醋酸的含量。

【注意事项】

? 因所测体系含有水的成分，故玻璃器皿均需干燥。

? 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2～3min内仍不消失，即到终点。当体系醋酸含量少时要特别注意慢滴，含量多时开始可快些，接近终点时仍然要逐滴加入。

? 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。 ? 用水滴定如超过终点，可加入1.00mL醋酸，使体系由浑变清，再用水继续滴定。 【数据处理】

1. 从附录中查得实验温度时苯、醋酸和水的密度。 2. 溶解度曲线的绘制

根据实验数据及试剂的密度，算出各组分的质量百分含量。图2-8-2中E、F两点数据如下： 体系 A C6H6 H2O B H2O C6H6 10℃ 0.163 0.036 20℃ 0.175 0.050 溶解度/ωA% 25℃ 0.180 0.060 30℃ 0.190 0.072 40℃ 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

(1) 计算二瓶中最后醋酸、苯、水的质量百分数，标在三角形坐标纸上，即得相应的物系

实验八 三组分体系等温相图的绘制 3

点Q1和Q2。

(2) 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。

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？ 【讨论】

1. 该相图的另一种测绘方法是：在两相区内以任一比例将此三种液体混合置于一定的温度下，使之平衡，然后分析互成平衡的二共轭相的组成，在三角坐标纸上标出这些点，且连成线。此法较为繁琐。

2. 含有两固体(盐)和一液体(水)的三组分体系相图的绘制常用湿渣法。原理是平衡的固、液分离后，其滤渣总带有部分液体(饱和溶液)，即滤渣，但它的总组成必定是在饱和溶液和纯固相组成的连结线上。因此，在定温下配制一系列不同相对比例的过饱和溶液，然后过滤，分别分析溶液和滤渣的组成，并把它们一一连成直线，这些直线的交点即为纯固相的成分，由此亦可知该固体是纯物还是复盐。

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