化学工程与工艺专业实验指导书HAcVA图1Hac-H0-Vac的三元相图示意三、实验装置（1）木制恒温箱（其结构如图2所示）的作用原理是：由电加热器加热并用风扇搅动气流，使箱内温度均匀，温度有半导体温度计测量，并由恒温控制器控制加热温度。实验前先接通电源进行加热，使温度达到25℃，并保持恒温。（2）实验仪器包括电光分析天平，具有侧口的100mL三角磨口烧瓶及医用注射器等。213L.6图2实验恒温装置示意图1-导体温度计：2-恒温控制器：3-木箱：4-风扇5-电加热器：6-电磁搅拌器：7-三角烧瓶(3)实验用的物料包括醋酸、醋酸乙烯酯及去离子水，它们的物理常如下表：品名沸点密度醋酸1181.04972.5醋酸乙烯酯0.9312水1000.997四、预习与思考（1）请指出图1溶液的总组成点在A，B，C，D，E点会出现什么现象？（2）何谓平衡联结线，有什么性质？（3）本实验通过怎样的操作达到液液平衡？14
化学工程与工艺专业实验指导书 14 三、实验装置 （1）木制恒温箱（其结构如图 2 所示）的作用原理是： 由电加热器加热并用风扇搅动气流， 使箱内温度均匀，温度有半导体温度计测量，并由恒温控制器控制加热温度。实验前先接通电源进 行加热，使温度达到 25℃，并保持恒温。 （2）实验仪器包括电光分析天平，具有侧口的 100mL 三角磨口烧瓶及医用注射器等。 1 2 3 4 5 7 6 图 2 实验恒温装置示意图 1–导体温度计；2–恒温控制器； 3–木箱；4–风扇 5–电加热器；6–电磁搅拌器； 7–三角烧瓶 （3） 实验用的物料包括醋酸、醋酸乙烯酯及去离子水，它们的物理常如下表： 品 名 沸 点 密 度 醋酸 118 1.049 醋酸乙烯酯 72.5 0.9312 水 100 0.997 四、预习与思考 （1）请指出图 1 溶液的总组成点在 A，B，C，D，E 点会出现什么现象? （2）何谓平衡联结线，有什么性质? （3）本实验通过怎样的操作达到液液平衡?
化学工程与工艺专业实验指导书（4）拟用浓度为0.1mol/L的NaOH定法测定实验系统共轭两相中醋酸组成的方法和计算式。取样时应注意哪些事项，H2O及VAc的组成如何得到？五、实验操作指导1.实验准备按P15页配样表制备实验溶液：用50ml的滴定管2根，按配样瓶的序号及配样表的数据，分别将水、醋酸乙烯酯加入到下口瓶中，然后用移液管移取醋酸后加入到上瓶中，盖好盖子。共配4个样让学生选择。2.实验装置的操作（1）插上电源。（2）按上装置的电源按钮，指示灯亮，电源接通。（3）设定装置控制温度，一般设定温度：25C。加热至恒温。（4）将样品瓶放入恒温箱中，按动4个开磁力搅拌的按钮，搅拌开始。搅拌15分钟，静止15分钟。（5）用2个1ml的洗净干燥针筒，分别从样品瓶的上口及下支口取样。上层样取1.0ml，下层样取0.5ml，在分析天平上称重后，分别快速打入事先已加入约10ml水的2个锥形瓶中，将锥形瓶摇动后，分别称出两个空针筒的重量，抽样后针筒的重量与空针筒的重量差即为样品的重量。（6）用0.1mol的标准NaOH溶液滴定，中性红或酚酰作指示剂，记录终点时所消耗的NaOH的体积。（7）按公式计算出上、下层的醋酸的组成。（8）由下层的醋酸含量查下层HAc一Vac关系图，得到醋酸乙酯的含量从而计算出水的含量：由上层的醋酸含量查上层HAc一H2O关系图，得到上层平衡样中水的含量。从而计算出VAc的含量。（9）实验结束，关掉磁力搅拌器，关掉电源。3.注意事项（1）本实验装置只提供加热装置。（2）设定控制的温度应高于室温10℃以上，否则由于设备运行时的发热，影响温度的控制。（3）将针头插入下口瓶支口硅橡胶上时，应慢插入慢拔出。（4）取好上层样后应接着取下层样，以免影响溶液组成的平衡。（5）抽样后的针筒及空针筒的重量应及时称，否则会影响实验数据的精度。（6）指示剂用中性红比较好，溶液的颜色从红色变到黄色，但平衡样中醋酸的浓度较多时，指示剂变色迟缓。15
化学工程与工艺专业实验指导书 15 （4）拟用浓度为 0.1 mol/L 的 NaOH 定法测定实验系统共轭两相中醋酸组成的方法和计算式。 取样时应注意哪些事项，H2O 及 VAc 的组成如何得到? 五、实验操作指导 1．实验准备 按 P15 页配样表制备实验溶液：用 50ml 的滴定管 2 根，按配样瓶的序号及配样表的数据，分 别将水、醋酸乙烯酯加入到下口瓶中，然后用移液管移取醋酸后加入到上瓶中，盖好盖子。共配 4 个样让学生选择。 2．实验装置的操作 （1）插上电源。 （2）按上装置的电源按钮，指示灯亮，电源接通。 （3）设定装置控制温度，一般设定温度：25℃。加热至恒温。 （4）将样品瓶放入恒温箱中，按动 4 个开磁力搅拌的按钮，搅拌开始。搅拌 15 分钟，静止 15 分钟。 （5）用 2 个 1ml 的洗净干燥针筒，分别从样品瓶的上口及下支口取样。上层样取 1.0ml，下层 样取 0.5ml，在分析天平上称重后，分别快速打入事先已加入约 10ml 水的 2 个锥形瓶中，将锥形瓶 摇动后，分别称出两个空针筒的重量，抽样后针筒的重量与空针筒的重量差即为样品的重量。 （6）用 0.1mol 的标准 NaOH 溶液滴定，中性红或酚酞作指示剂，记录终点时所消耗的 NaOH 的体积。 （7）按公式计算出上、下层的醋酸的组成。 （8）由下层的醋酸含量查下层 HAc－Vac 关系图，得到醋酸乙酯的含量从而计算出水的含量； 由上层的醋酸含量查上层 HAc－H2O 关系图，得到上层平衡样中水的含量。从而计算出 VAc 的含量。 （9）实验结束，关掉磁力搅拌器，关掉电源。 3．注意事项 （1） 本实验装置只提供加热装置。 （2） 设定控制的温度应高于室温 10℃以上，否则由于设备运行时的发热，影响温度的控制。 （3） 将针头插入下口瓶支口硅橡胶上时，应慢插入慢拔出。 （4） 取好上层样后应接着取下层样，以免影响溶液组成的平衡。 （5） 抽样后的针筒及空针筒的重量应及时称，否则会影响实验数据的精度。 （6） 指示剂用中性红比较好，溶液的颜色从红色变到黄色，但平衡样中醋酸的浓度较多时， 指示剂变色迟缓
化学工程与工艺专业实验指导书（7）针筒及针头应及时清洗。六、数据记录1.三元溶液配制表锥形瓶VAC (ml)H20 (ml)HAC (ml)113107213126317104413 153配样方法：在干燥洁净的液液平衡配样瓶中，用2支滴定管按上表格中的数据分别加入水和醋酸乙烯酯，然后用10ml的移液管加入醋酸。2.三元液液平衡实验数据记录表针筒初读数滴定初读数(mL)(g)上层油相针筒末读数滴定末读数(mL)（g）样品质量（g）滴定体积(mL)针筒初读数（g）滴定初读数(mL)下层水相针筒末读数滴定末读数(mL)(g)样品质量（g）滴定体积(mL)3.三元液液平衡两相溶液组成表液相取样滴定NaOH溶液体积xHAc/wt%XH20/wt%xvAc/wt%质量m/g△V/mL上层油相下层水相七、数据处理（包括计算过程举例）（1）在三角形相图中，将本实验附录中给出的醋酸水醋酸乙烯三元体系中的溶解度数据作成光滑的溶解度曲线，将测得的数据标绘在图上。（2）将温度、溶液的HAc、H2O、VAc，质量分数输入计算机，得出两相的计算值（以摩尔分数表示）及实验值（以摩尔分数表示）进行比较。具体计算方法见本实验附录。八、实验结果与讨论（1）温度和压力对液液平衡的影响如何？（2）分析实验误差的来源。（3）试述作出本实验系统液液平衡相图的方法。九、主要符号说明16
化学工程与工艺专业实验指导书 16 （7） 针筒及针头应及时清洗。 六、数据记录 1．三元溶液配制表 锥形瓶 VAC（ml） H2O（ml） HAC（ml） 1 13 10 7 2 13 12 6 3 17 10 4 4 13 15 3 配样方法：在干燥洁净的液液平衡配样瓶中，用 2 支滴定管按上表格中的数据分别加入水和醋 酸乙烯酯，然后用 10ml 的移液管加入醋酸。 2．三元液液平衡实验数据记录表 上层油相 针筒初读数 （g） 滴定初读数 （mL） 针筒末读数 （g） 滴定末读数 （mL） 样品质量 （g） 滴定体积 （mL） 下层水相 针筒初读数 （g） 滴定初读数 （mL） 针筒末读数 （g） 滴定末读数 （mL） 样品质量 （g） 滴定体积 （mL） 3．三元液液平衡两相溶液组成表 液相取样 质量 m/g 滴定 NaOH 溶液体积 △V/mL xHAc/wt% xH2O/wt% xVAc/wt% 上层油相 下层水相 七、数据处理（包括计算过程举例） （1）在三角形相图中，将本实验附录中给出的醋酸水醋酸乙烯三元体系中的溶解度数据作成光 滑的溶解度曲线，将测得的数据标绘在图上。 （2）将温度、溶液的 HAc、H2O、VAc，质量分数输入计算机，得出两相的计算值（以摩尔分 数表示）及实验值（以摩尔分数表示）进行比较。 具体计算方法见本实验附录。 八、实验结果与讨论 （1）温度和压力对液液平衡的影响如何？ （2）分析实验误差的来源。 （3）试述作出本实验系统液液平衡相图的方法。 九、主要符号说明
化学工程与工艺专业实验指导书K一平衡常数一活度系数；P一密度。x—液相摩尔分数；附录1HAc-H2O-VAc三元液液平衡溶解度数据表（298K）NoH20VAcNoHAcH20VAcHAc170.050.0170.9330.350.5040.146280.100.300.0950.0340.8660.605390.150.250.0550.7950.6800.0704100.200.0810.7190.200.7470.0535110.0440.250.1210.6290.150.80660.300.515120.100.8630.1850.037附录2三元液液平衡的推算若已知互溶的两对二元汽液平衡数据以及部分互溶对二元的液液平衡的数据，应用非线性型最小二乘法。可求出对二元活度系数关联式的参数。由于Wilson方程对部分互溶体系不适用，因此关联液液平衡常用NRTL或UNIQUAC方程当已计算出HAc-H2O，HAc-VAc，VAc-H2O三对二元体系的NRTL或UNIQUAC参数后，用可用Null法求出。在某一温度下，已知三对二元的活度系数关联式参数，并已知溶液的总组成，即可计算平衡液相的组成。另溶液的总组成为xif，分成两液层，一层为A，组成为xiA，另一层为B，组成为xiB，设混合物的总量为1mol，其中液相占Mmol，液相b占（1-M）mol对i组分进行物料衡算：(1)X =XuA+(1-M)XB若将xiA.XiB，Xit在三角坐标中标绘.则三点应在一条直线上.此直线称为共轭线根据液液热力平衡关系式：XIAYiA=XiBYBYB. XiB = K,XB(2)XiA=YiAK,=YB式中Yiu将式（2）代入式（1）17
化学工程与工艺专业实验指导书 17 K—平衡常数 —活度系数； x—液相摩尔分数； ρ—密度。 附录 1 HAc-H2O-VAc 三元液液平衡溶解度数据表（298K） No HAc H2O VAc No HAc H2O VAc 1 0.05 0.017 0.933 7 0.35 0.504 0.146 2 0.10 0.034 0.866 8 0.30 0.605 0.095 3 0.15 0.055 0.795 9 0.25 0.680 0.070 4 0.20 0.081 0.719 10 0.20 0.747 0.053 5 0.25 0.121 0.629 11 0.15 0.806 0.044 6 0.30 0.185 0.515 12 0.10 0.863 0.037 附录 2 三元液液平衡的推算 若已知互溶的两对二元汽液平衡数据以及部分互溶对二元的液液平衡的数据，应用非线性型最 小二乘法。可求出对二元活度系数关联式的参数。由于 Wilson 方程对部分互溶体系不适用，因此 关联液液平衡常用 NRTL 或 UNIQUAC 方程. 当已计算出 HAc- H2O，HAc- VAc， VAc - H2O 三对二元体系的 NRTL 或 UNIQUAC 参数后， 用可用 Null 法求出。 在某一温度下，已知三对二元 的活度系数关联式参数，并已知溶液的总组成，即可计算平衡液 相的组成。 另溶液的总组成为 xif，分成两液层，一层为 A，组成为 xiA，另一层为 B ，组成为 xiB，设混合 物的总量为 1mol，其中液相占 Mmol，液相 b 占（1-M）mol. 对 j 组分进行物料衡算： if iA iB x x A (1 M )x （1） 若将 xiA.xiB，xif 在三角坐标中标绘.则三点应在一条直线上.此直线称为共轭线. 根据液液热力平衡关系式： iA iA x = iB iB x iB i iB iA iB iA x x K x （2） 式中 iA iB Ki 将式（2）代入式（1）