A9 正戊醇-乙酸-水三元体系等温相图的绘制.pdf

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1、A9正戊醇-乙酸-水三元体系等温等压相图的绘制实验简介本实验中我们用溶解度法测定三元溶液体系正戊醇-乙酸-水的等温等压相图，并用酸碱滴定法测量该体系中液-液二相平衡的连接线，正戊醇与水之间存在有限的溶解度，而乙酸与其它两个组份完全混溶，三者间的关系由三角形坐标法表示的三元相图进行分析。该实验展示了即使几乎不借助任何仪器（实际上本实验中最重要的仪器就是实验者的目视观察），我们仍然可以做出富有意义的研究工作。本实验需要8课时。学生应了解三元体系等温等压相图的基本标示方法，即Gibbs-Roozeboom等边三角形图示法，另外还应熟悉基本的酸碱滴定和标定操作。原

2、理探讨了解一个二相系统中液体的饱和溶解度有时是非常必要的，比如当水相和有机相接触时，我们需要知道有多少水溶解在有机物中，也需要知道有多少有机物溶解在水中。当进行萃取操作时，我们就是面临着这样的情况，即通过加入萃取剂形成二相体系，从而将某个化合物富集到萃取剂相中，由于萃取的目的是分离，也就是说萃取操作的对象至少有两个组份，加上萃取剂本身，萃取体系至少有三个组份，因此三元相图的知识对于确定萃取条件有重要的指导作用。根据相律F=C–P+2，三组分系统的组分数为C=3，因此体系的自由度F=5–P。若体系仅有一个相，P=1，则F=5–1=4，即需要有4个变量来描述体

3、系的状态，比如我们常用T、p、x1、x2这四个参数。我们当然不可能在三维坐标系中将上述体系完整地用图形表示出来，因为在这样的坐标系中只能有两个自变量，结果就是我们通常在恒温恒压条件下画出相图，此时系统的自由度F=3–P，最多只需要2个变量就可以描述系统的状态了。体系的温度和压力固定后，剩下的变量就是组份变量x1、x2、x3，且存在关系x1+x2+x3=1，因此只需要知道任意两个组份浓度，就可以确定第三个组份浓度。当然，用直角坐标系绘制这样的相图仍然会造成相当的视觉困惑，因此Gibbs和Roozeboom采用等边三角形图示法来绘制恒温恒压下的三元体系相图，如

4、图1所示，等边三角形的三个顶点各代表一纯组分（纯A、纯B、纯C），三角形的三条边AB、BC、CA上的点分别代表组份A和B、组份B和C、组份C和A所组成的二组分系统的某个组成状态，而三角形中的任意一个点就表示三组分系统的某个组成状态。图1恒温恒压下三元相图的等边三角形表示法在等边三角形ABC中，平行于任一底边的直线的位置决定了该底边对应顶点纯物质的含量，比如在平行BC的任意一条平行线（图1中蓝色虚线）上所有体系点的xA相等，平行线越接近A点，其对应的xA越大；同样的，平行于AC的绿色虚线上的xB相等，而平行AB的红色虚线上的xC相等。三角形ABC的三条边可以

5、作为各组份含量的标尺，如图1所示，各组份含量由小到大按逆时针方向轮转排列标注，AB、BC、CA线分别为B组份、C组份和A组份的含量标尺；反之，若各组份含量由小到大按顺时针方向轮转排列标注，BA、AC、CB线分别为A组份、C组份和B组份的含量标尺。以P点为例，该点的系统组成可以这样确定，过P点分别作平行于等边三角形三条边的平行线，交AB、BC、CA于E、F、G点，则xA=CG=60%，xB=AE=10%，xC=BF=30%。有时，仅在三角形底边（BC）上标注含量，其它两条边（AB、AC）上没有含量标尺，此时P点的体系组成可以这样确定，过P点分别作AB、AC的

6、平行线交BC与F、H点，由几何关系可以看出，xA=FH=60%，xB=HC=10%，xC=BF=30%。等边三角形相图中的某些特殊线段对了解萃取过程和测量相图实验非常重要。若体系开始时处于P0点（图2(b)），即为B和C的二组分体系，此时向体系中加入第三组分A，体系点将沿着直线AP0向A点移动，加入A的数量越多，体系点越靠近A，反之亦然，在图2(b)中，xA(P2)>xA(P1)>xA(P0)=0。这就说明三元相图中通过某个顶点的直线表示的是加入（或除去）该顶点代表组分的过程中，体系点的移动路径，根据几何关系可以确定，直线AP0上各体系点的组份B、C含量的

7、比例不变，即xB:xC=常数。另外，若有两部分溶液，其体系点分别为P和Q（图2(a)），则该二部分溶液合并形成新体系的体系点x一定处于PQ连线上，当P、Q点代表两个平衡相时，x点就代表体系的原始组成（或总组成），此时连线PxQ被称为连接线（tieline），必须注意到，三元相图中两相平衡的连接线不一定平行于三角形的任一边。图2三元相图中的特殊线段(a)连接线，(b)二元体系加入第三组份后的体系移动路径本实验中，水和正戊醇是部分互溶的，而乙酸和正戊醇及乙酸和水则完全互溶，在正戊醇-水二元体系中加入乙酸可以促进正戊醇与水的互溶，由此构成了生成一对共轭溶液的三组

8、分体系。图3浊点法测定三元相图溶解度曲线示意图图3中紫色曲线是正戊