1.
測定常壓下環己烷-乙醇二元系統的汽液平衡資料，繪製101325Pa下的沸點-組成的相圖。
2.
掌握阿貝折射儀的原理和使用方法。
二、實驗原理
液體混合物中各組分在同一溫度下具有不同的揮發能力。因而，經過汽液見相變達到平衡後，各組分在汽、液兩相中的濃度是不相同的。根據這個特點，使二元混合物在精餾塔中進行反覆蒸餾，就可分離得到各純組分。為了得到預期的分離效果，設計精餾裝置必須掌握精確的汽液平衡資料，也就是平衡時的汽、液兩相的組成與溫度、壓力見的依賴關係。大量工業上重要的系統的平衡資料，很難由理論計算，必須由實驗直接測定，即在恆壓（或恆溫）下測定平衡的蒸汽與液體的各組分。其中，恆壓資料應用更廣，測定方法也較簡便。
恆壓測定方法有多種，以迴圈法最普遍。迴圈法原理的示意圖見圖5-11。在沸騰器P中盛有一定組成的二元溶液，在恆壓下加熱。液體沸騰後，逸出的蒸汽經完全冷凝後流入收集器R。達一定數量後逸流，經迴流管流回到P。由於氣相中的組成與液相中不同，所以隨著沸騰過程的進行，P、R兩容器中的組成不斷改變，直至達到平衡時，汽、液兩相的組成也保持恆定。分別從R、P中取樣進行分析，即得出平衡溫度下氣相和液相的組成。
本實驗測定的恆壓下環己烷-乙醇二元汽液平衡相圖，如圖5-12所示。
圖中橫座標表示二元系的組成（以B的摩爾分數表示），縱座標為溫度。顯然曲線的兩個端點 、 即指在恆壓下純A與純B的沸點。若溶液原始的組成為 ,當它沸騰達到汽液平衡的溫度為 時，其平衡汽液相組成分別為 與 。用不同組成的溶液進行測定，可得一系列 資料，據此畫出一張由液相線與汽相線組成的完整相圖。圖5-12的特點是當系統組成為 時，沸騰溫度為 ，平衡的汽相組成與液相組成相同。因為 是所有組成中的沸點最低者，所以這類相圖稱為具有最低恆沸點的汽液平衡相圖。
分析汽液兩相組成的方法很多，有化學方法和物理方法。本實驗用阿貝折射儀測定溶液的折射率以確定其組成。因為在一定溫度下，純物質具有一定的順變關係。預先測定一定溫度下一系列已知組成的溶液的折射率，得到折射率-組成對照表。以後即可根據待測溶液的折射率，由此表確定其組成。
三、試劑與儀器
試劑：環己烷、乙醇。
儀器：埃立斯（Ellis）平衡蒸餾器、0.5kW調壓變壓器、電壓表、阿貝折射儀、超級恆溫槽。
埃立斯平衡蒸餾器是由玻璃吹制而成的，它具有汽液兩相同時迴圈的結構，如圖5-13所示。
四、實驗步驟
將預先配置好的一定組成的環己烷-乙醇溶液緩緩加入蒸餾器中，使液麵略低於蛇管噴口，蛇管的大部分浸在溶液之中。
調節適當的電壓透過加熱元件1和下保溫電熱絲對溶液進行加熱。同時在冷凝器9、10中通以冷卻水。
3.
加熱一定時間後溶液開始沸騰，氣、液兩相混合物經蛇形管口[噴於溫度計底部；同時可見氣相冷凝液滴入接受器11。為了防止蒸氣過早的冷凝，透過變壓器將上保溫電加熱絲加熱，要求套管8內溫度比套管6內溫度高0.5~1.5℃。控制加熱器電壓，使冷凝液產生速度為每分鐘60~100滴。調節下保溫電熱絲電壓，以蒸餾器的器壁上不產生冷凝液為宜。為防止暴沸，在加熱升溫過程中可藉助於雙連球透過活塞14向蒸餾器內緩慢而間歇地鼓入少量空氣，待溶液沸騰後即取下雙連球。
4.
待套管6處的溫度約恆定20min後，可認為汽、液相間已達平衡，記下溫度計6讀數，即為汽、液平衡的溫度。
5.
分別從取樣口12、13同時取樣約2mL，稍冷卻後測定其折射率。阿貝折射儀的原理與使用方法見本書2.2.3節。
6.
實驗結束，關閉所有加熱元件。待溶液冷卻後，將溶液放回原來的溶液瓶。
五、資料處理
將測定的各氣液相折射率，利用環己烷-乙醇系統的折射率-組成對照表（見本書附錄11）查得平衡的液相組成x環與氣相組成y環。
平衡溫度的確定
（1）
溫度計示值校正和露莖校正見《大學基礎化學實驗（Ⅰ）》。
（2）
氣壓計讀數校正見本書附錄4。
（3）
平衡溫度的壓力校正 溶液的沸點與外壓有關，為了將溶液沸點校正到正常沸點，即外壓為101325Pa下的汽液平衡溫度，應將測得的平衡溫度進行校正。環己烷-乙醇系統的校正公式如下：
(5-21)
式中，t常為校正到外壓為101325Pa下的平衡常數（℃），t為外壓為p大氣（Pa）時測得的溫度，y環為用環己烷摩爾分數表示的氣相組成。
綜合實驗所得的各組成的平衡資料，繪出101325Pa下環己烷-乙醇的汽液平衡相圖。
六、思考題
一般而言，如何才能準確測得溶液的沸點？
埃立斯平衡蒸餾器有什麼特點有什麼特點？其中蛇管的作用是什麼？
埃立斯平衡蒸餾器為何要上下保溫？為何氣相部分溫度應略高於液麵部位溫度？
取出的平衡汽液相樣品，為什麼必須在密閉的容器中冷卻後方可用以測定其折射率？
為得到精確的相平衡資料，應採用恆壓裝置以控制外壓。有關恆壓裝置的原理及使用參見本書附錄4。
使用埃立斯蒸餾器操作時，應注意防止閃蒸現象、精餾現象及暴沸現象。當加熱功率過高時，溶液往往會產生完全汽化，將原組成溶液瞬間完全變為蒸氣，即閃蒸。顯然，閃蒸得到的汽液組成不是平衡的組成。為此需要調節適當的加熱功率，以控制蒸氣冷凝液的迴流速度。
蒸餾器所得的平衡資料是溶液一次汽化平衡的結果。但蒸氣在上升過程中又遇到液相冷凝液，則又可進行再次汽化，這樣就形成了多次蒸餾的精餾操作。其結果是得不到蒸餾器應得的平衡資料。為此，在蒸餾器上部必須進行保溫，使氣相部位略高於液相，以防止蒸氣過早的冷凝。
由於沸騰時氣泡生成困難，暴沸現象常會發生。避免的方法是提供氣泡生成中心或造成溶液區域性過熱。為此，可在實驗中鼓入小氣泡或在加熱管的外壁造成粗糙表面以利於形成氣穴；或將電熱絲直接與溶液接觸，造成區域性過熱。
1.
測定常壓下環己烷-乙醇二元系統的汽液平衡資料，繪製101325Pa下的沸點-組成的相圖。
2.
掌握阿貝折射儀的原理和使用方法。
二、實驗原理
液體混合物中各組分在同一溫度下具有不同的揮發能力。因而，經過汽液見相變達到平衡後，各組分在汽、液兩相中的濃度是不相同的。根據這個特點，使二元混合物在精餾塔中進行反覆蒸餾，就可分離得到各純組分。為了得到預期的分離效果，設計精餾裝置必須掌握精確的汽液平衡資料，也就是平衡時的汽、液兩相的組成與溫度、壓力見的依賴關係。大量工業上重要的系統的平衡資料，很難由理論計算，必須由實驗直接測定，即在恆壓（或恆溫）下測定平衡的蒸汽與液體的各組分。其中，恆壓資料應用更廣，測定方法也較簡便。
恆壓測定方法有多種，以迴圈法最普遍。迴圈法原理的示意圖見圖5-11。在沸騰器P中盛有一定組成的二元溶液，在恆壓下加熱。液體沸騰後，逸出的蒸汽經完全冷凝後流入收集器R。達一定數量後逸流，經迴流管流回到P。由於氣相中的組成與液相中不同，所以隨著沸騰過程的進行，P、R兩容器中的組成不斷改變，直至達到平衡時，汽、液兩相的組成也保持恆定。分別從R、P中取樣進行分析，即得出平衡溫度下氣相和液相的組成。
本實驗測定的恆壓下環己烷-乙醇二元汽液平衡相圖，如圖5-12所示。
圖中橫座標表示二元系的組成（以B的摩爾分數表示），縱座標為溫度。顯然曲線的兩個端點 、 即指在恆壓下純A與純B的沸點。若溶液原始的組成為 ,當它沸騰達到汽液平衡的溫度為 時，其平衡汽液相組成分別為 與 。用不同組成的溶液進行測定，可得一系列 資料，據此畫出一張由液相線與汽相線組成的完整相圖。圖5-12的特點是當系統組成為 時，沸騰溫度為 ，平衡的汽相組成與液相組成相同。因為 是所有組成中的沸點最低者，所以這類相圖稱為具有最低恆沸點的汽液平衡相圖。
分析汽液兩相組成的方法很多，有化學方法和物理方法。本實驗用阿貝折射儀測定溶液的折射率以確定其組成。因為在一定溫度下，純物質具有一定的順變關係。預先測定一定溫度下一系列已知組成的溶液的折射率，得到折射率-組成對照表。以後即可根據待測溶液的折射率，由此表確定其組成。
三、試劑與儀器
試劑：環己烷、乙醇。
儀器：埃立斯（Ellis）平衡蒸餾器、0.5kW調壓變壓器、電壓表、阿貝折射儀、超級恆溫槽。
埃立斯平衡蒸餾器是由玻璃吹制而成的，它具有汽液兩相同時迴圈的結構，如圖5-13所示。
四、實驗步驟
1.
將預先配置好的一定組成的環己烷-乙醇溶液緩緩加入蒸餾器中，使液麵略低於蛇管噴口，蛇管的大部分浸在溶液之中。
2.
調節適當的電壓透過加熱元件1和下保溫電熱絲對溶液進行加熱。同時在冷凝器9、10中通以冷卻水。
3.
加熱一定時間後溶液開始沸騰，氣、液兩相混合物經蛇形管口[噴於溫度計底部；同時可見氣相冷凝液滴入接受器11。為了防止蒸氣過早的冷凝，透過變壓器將上保溫電加熱絲加熱，要求套管8內溫度比套管6內溫度高0.5~1.5℃。控制加熱器電壓，使冷凝液產生速度為每分鐘60~100滴。調節下保溫電熱絲電壓，以蒸餾器的器壁上不產生冷凝液為宜。為防止暴沸，在加熱升溫過程中可藉助於雙連球透過活塞14向蒸餾器內緩慢而間歇地鼓入少量空氣，待溶液沸騰後即取下雙連球。
4.
待套管6處的溫度約恆定20min後，可認為汽、液相間已達平衡，記下溫度計6讀數，即為汽、液平衡的溫度。
5.
分別從取樣口12、13同時取樣約2mL，稍冷卻後測定其折射率。阿貝折射儀的原理與使用方法見本書2.2.3節。
6.
實驗結束，關閉所有加熱元件。待溶液冷卻後，將溶液放回原來的溶液瓶。
五、資料處理
1.
將測定的各氣液相折射率，利用環己烷-乙醇系統的折射率-組成對照表（見本書附錄11）查得平衡的液相組成x環與氣相組成y環。
2.
平衡溫度的確定
（1）
溫度計示值校正和露莖校正見《大學基礎化學實驗（Ⅰ）》。
（2）
氣壓計讀數校正見本書附錄4。
（3）
平衡溫度的壓力校正 溶液的沸點與外壓有關，為了將溶液沸點校正到正常沸點，即外壓為101325Pa下的汽液平衡溫度，應將測得的平衡溫度進行校正。環己烷-乙醇系統的校正公式如下：
(5-21)
式中，t常為校正到外壓為101325Pa下的平衡常數（℃），t為外壓為p大氣（Pa）時測得的溫度，y環為用環己烷摩爾分數表示的氣相組成。
3.
綜合實驗所得的各組成的平衡資料，繪出101325Pa下環己烷-乙醇的汽液平衡相圖。
六、思考題
1.
一般而言，如何才能準確測得溶液的沸點？
2.
埃立斯平衡蒸餾器有什麼特點有什麼特點？其中蛇管的作用是什麼？
3.
埃立斯平衡蒸餾器為何要上下保溫？為何氣相部分溫度應略高於液麵部位溫度？
4.
取出的平衡汽液相樣品，為什麼必須在密閉的容器中冷卻後方可用以測定其折射率？
1.
為得到精確的相平衡資料，應採用恆壓裝置以控制外壓。有關恆壓裝置的原理及使用參見本書附錄4。
2.
使用埃立斯蒸餾器操作時，應注意防止閃蒸現象、精餾現象及暴沸現象。當加熱功率過高時，溶液往往會產生完全汽化，將原組成溶液瞬間完全變為蒸氣，即閃蒸。顯然，閃蒸得到的汽液組成不是平衡的組成。為此需要調節適當的加熱功率，以控制蒸氣冷凝液的迴流速度。
蒸餾器所得的平衡資料是溶液一次汽化平衡的結果。但蒸氣在上升過程中又遇到液相冷凝液，則又可進行再次汽化，這樣就形成了多次蒸餾的精餾操作。其結果是得不到蒸餾器應得的平衡資料。為此，在蒸餾器上部必須進行保溫，使氣相部位略高於液相，以防止蒸氣過早的冷凝。
由於沸騰時氣泡生成困難，暴沸現象常會發生。避免的方法是提供氣泡生成中心或造成溶液區域性過熱。為此，可在實驗中鼓入小氣泡或在加熱管的外壁造成粗糙表面以利於形成氣穴；或將電熱絲直接與溶液接觸，造成區域性過熱。